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Sportliche Aktivität besitzt in einer von Freizeit geprägten Gesellschaft eine wichtige soziokulturelle Bedeutung und erfreut sich unter anderem wegen der hinreichend bekannten mehrdimensionalen gesundheitlichen und psychophysischen Wirkungen wachsender Akzeptanz mit einem hohen gesellschaftlichen Stellenwert (Rütten et al.2005). Neben chronisch-degenerativen Erkrankungen werden vor allem die Herz- Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen, wie beispielsweise Diabetes mellitus, durch sportliche Aktivität positiv beeinflusst. Für die Bundesrepublik Deutschland wird geschätzt, dass mehr als 6.500 kardiovaskuläre Todesfälle jährlich vermieden werden könnten, wenn nur die Hälfte der körperlich inaktiven Männer im Alter von 40 bis 69 Jahren gemäßigten körperlichen Aktivitäten nachgingen (Mensink 1997). Insgesamt zählen Krankheiten des Muskel- und Skelettsystems zu den häufigsten und kostenträchtigsten Leiden in Deutschland (Hübscher 2007). Auf die Behandlungskosten bezogen nehmen sie nach Angaben des Statistischen Bundesamtes (2006) mit etwa 25 Milliarden Euro (11%) den dritten Rang ein. Zur Aufrechterhaltung von Gesundheit und Vermeidung chronischer Erkrankungen tragen körperlich aktive Lebensstile unumstritten und wissenschaftlich hinreichend belegt bei (Bauman 2004, Kruk 2007). Daneben verhindert sportliche Aktivität aber nicht nur Erkrankungen und Todesfälle, sondern ist ihrerseits auch mit besonderen Risiken verbunden. Über- oder Fehlbelastungen können zu Sportschäden und Sportverletzungen und damit neben funktionellen Einschränkungen zu manifesten Behinderungen des Organismus führen. Quantitativ von besonderer Bedeutung sind dabei die Sportunfälle, in deren Folge sich schwere Verletzungen mit Invalidität bis hin zu Todesfällen ergeben. Die Sportverletzung beschreibt ein akutes Ereignis, das durch eine plötzliche und unerwartete Krafteinwirkung in unmittelbarem Zusammenhang mit Sport zu einer Verletzung führt (Röthig 2003). Hiervon abzugrenzen ist der Sportschaden, der mitunter sportartspezifisch durch Fehl- und Überlastung verursacht und häufig durch Eigennamen wie Werferellenbogen oder Läuferknie beschrieben wird. Sportliche Aktivität ist mit einem ihr eigenen Verletzungsrisiko verbunden, das mit der Intensität der Belastung und der Expositionsdauer steigt (Biener 1975). Jährlich werden in den stationären und ambulanten Krankenversorgungseinrichtungen der Europäischen Union schätzungsweise rund 4,5 Millionen Sportverletzungen behandelt und 40% der Verletzungen sind mit Fußball assoziiert (Kisser und Bauer 2010). Für die Bundesrepublik Deutschland existieren spärliche Daten zu Verletzungsprävalenz und -inzidenz von Verletzungen und Schäden infolge sportlicher Aktivität. Die Jahresberichte des Statistischen Bundesamtes und der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) sind wenig spezifisch und berücksichtigen dabei weder Expositionszeit, Ausmaß und Lokalisation der Verletzung noch differenzieren sie zwischen Sportunfällen und Unfällen aus Heim und Freizeit (Statistisches Bundesamt 1998, Langen 2004, Henter und Neteler 2004). Eine geringe Anzahl relevanter Publikationen, die das Themenfeld Sportverletzungen und Sportschäden betreffen, basieren entweder auf nicht repräsentativen oder vorselektionierten Stichproben, selektiven Daten von Versicherern oder sie betreffen nicht die Bundesrepublik Deutschland (Finch et al. 1998, Hootman et al. 2002, Steinbrück 1999, Seither 2008, Henke et al. 2010). Zudem entstammen die Daten zumeist Gesundheitsberichten oder Sportentwicklungsplänen, in denen Sport nicht eindeutig definiert, sondern nur erhoben wird, ob Sport betrieben wird. Den Vergleichsdaten wird dabei häufig ein abseits wissenschaftlicher Definitionen, populäres Verständnis von Sport zugrunde gelegt (Wiebe 2011). Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine aktuelle Betrachtung von Sportverletzungen und Sportschäden unter dem Aspekt von Häufigkeit, Ursachen, Risiken und Prävention mit der erstmaligen Untersuchung der Entität des Polytraumas im Sport und deren Kosten. Die vorgelegte Arbeit basiert auf fünf eigenen Publikationen zu diesem Themenkomplex und einer retrospektiven Registeranalyse polytraumatisierter Sportler der Jahre 2007 bis 2011 am Klinikum der Johann Wolfgang Goethe- Universität Frankfurt am Main.
Bayessche Methoden zur Schätzung von Stammbäumen mit Verzweigungszeitpunkten aus molekularen Daten
(2009)
Ein großes Ziel der Evolutionsbiologie ist es, die Stammesgeschichte der Arten zu rekonstruieren. Historisch verwendeten Systematiker hierfür morphologische und anatomische Merkmale. Mit dem stetigen Zuwachs an verfügbaren Sequenzdaten werden heute verstärkt Methoden entwickelt und eingesetzt, welche die Rekonstruktion auf Basis von molekularen Daten ermöglichen. Im Fokus der aktuellen Forschung steht die Anwendung und Weiterentwicklung Bayesscher Methoden. Diese Methoden besitzen große Popularität, da sie in Verbindung mit Markov-Ketten-Monte-Carlo-Verfahren eingesetzt werden können, um einen Stammbaum zu vorgegebenen Spezies zu schätzen und dessen Variabilität zu bestimmen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die erweiterbare Software TreeTime entwickelt. TreeTime bietet Schnittstellen für die Einbindung von molekularen Evolutions- und Ratenänderungsmodellen und stellt neu entwickelte Methoden bereit, um Stammbäume mit Verzweigungszeitpunkten zu rekonstruieren. In TreeTime werden die molekularen Daten und die zeitlichen Informationen, wie z.B. Fossilfunde, in einem Bayes-Verfahren simultan berücksichtigt, um die Zeitpunkte der Artaufspaltungen genauer zu datieren. Für die Anwendung Bayesscher Methoden in der Rekonstruktion von Stammbäumen wird ein stochastisches Modell benötigt, das die Evolution der molekularen Sequenzen entlang den Kanten eines Stammbaums beschreibt. Der Mutationsprozess der Sequenzen wird durch ein molekulares Evolutionsmodell definiert. Die Verwendung der klassischen molekularen Evolutionsmodelle impliziert die Annahme einer konstanten Evolutionsgeschwindigkeit der Sequenzen im Stammbaum. Diese Annahme wird als Hypothese der molekularen Uhr bezeichnet und bildet die Grundlage zum Schätzen der Verzweigungszeiten des Stammbaums. Der Verzweigungszeitpunkt, an dem sich zwei Spezies im Stammbaum aufspalten, spiegelt sich in der Ähnlichkeit der zugehörigen molekularen Sequenzen. Je älter dieser Verzweigungszeitpunkt ist, desto größer ist die Anzahl der unterschiedlichen Positionen in den Sequenzen. Häufig ist jedoch die Annahme der molekularen Uhr verletzt, so dass in gewissen Teilbereichen eines Stammbaums eine erhöhte Evolutionsgeschwindigkeit nachweisbar ist. Falls die Verletzung konstanter Evolutionsgeschwindigkeiten nicht ausgeschlossen werden kann, sollten schwankende Mutationsraten in der Modellierung explizit berücksichtigt werden. Hierfür wurden verschiedene Ratenänderungsmodelle vorgeschlagen. Bisher sind nur wenige dieser Ratenänderungsmodelle in Softwarepaketen verfügbar und ihre Eigenschaften sind nicht ausreichend erforscht. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Bereitstellung von Bayesschen Modellen und Methoden zum Schätzen von Stammbäumen mit Verzweigungszeitpunkten. Die Methoden sollten auch bei unterschiedlichen Evolutionsgeschwindigkeiten im Stammbaum anwendbar sein. Vorgestellt wird ein neues Ratenänderungsmodell, eine neue Möglichkeit der Angabe von flexiblen Beschränkungen für die Topologie des Stammbaums sowie die Nutzung dieser Beschränkungen für die zeitliche Kalibrierung. Das neue Raten Änderungsmodell sowie die topologischen und zeitlichen Beschränkungen werden in einen modularen Softwareentwurf eingebettet. Durch den erweiterbaren Entwurf können bestehende und zukünftige molekulare Evolutionsmodelle und Ratenänderungsmodelle in die Software eingebunden und verwendet werden. Die vorgestellten Modelle und Methoden werden gemäß dem Softwareentwurf in das neu entwickelte Programm TreeTime aufgenommen und effzient implementiert. Zusätzlich werden bereits vorhandene Modelle programmiert und eingebunden, die nicht in anderen Softwarepaketen verfügbar sind. Des Weiteren wird eine neue Methode entwickelt und angewendet, um die Passgenauigkeit eines Modells für die Apriori-Verteilung auf der Menge der Baumtopologien zu beurteilen. Diese Methode wird zur Auswahl geeigneter Modelle benutzt, indem eine Auswertung der beobachteten Baumtopologien der Datenbank TreeBASE durchgeführt wird. Anschließend wird die Software TreeTime in einer Simulationsstudie eingesetzt, um die Eigenschaften der implementierten Ratenänderungsmodelle zu vergleichen. Die Software wird für die Rekonstruktion des Stammbaums zu 38 Spezies aus der Familie der Eidechsen (Lacertidae) verwendet. Da die zugehörigen molekularen Daten von der Hypothese der molekularen Uhr abweichen, werden unterschiedliche Ratenänderungsmodelle bei der Rekonstruktion verwendet und abschließend bewertet. ........
CFTR ist ein Chloridkanal, der bei der rezessiven Erbkrankheit Mukoviszidose defekt ist. Es ist bekannt, dass CFTR durch Proteinkinasen aktiviert und seine Aktivität durch Nukleotide reguliert wird. Die Regulation von CFTR wurde unter zwei verschiedenen Gesichtspunkten untersucht. Zum einen wurden Experimente durchgeführt, die Aufschluss über die Beteiligung der Nukleotidbindedomänen beim Öffnen und Schließen des Kanals und über die Notwendigkeit einer ATP-Hydrolyse geben sollten. Zum anderen wurde untersucht, ob neben der durch Proteinkinasen vermittelten Aktivierung von CFTR ein alternativer Prozess existiert. Hierbei wurde ein Regulationsmechanismus entdeckt, der eine Proteinkinase-unabhängige Aktivierung von CFTR durch Phosphatidylinositolphosphate ermöglicht.
Humaner CFTR wurde in Oozyten des Krallenfrosches Xenopus laevis heterolog exprimiert und mit der Patch-Clamp-Methode untersucht. Stationäre und zeitaufgelöste Ströme des CFTR-Wildtyps wurden mit mutierten CFTR-Kanälen verglichen. Das Lysin im Walker AMotiv ist an der Koordinierung des γ-Phosphats von MgATP bei der Hydrolyse beteiligt, so dass Walker A-Mutationen die ATP-Bindung und –Hydrolyse von ATPasen beeinflussen. In dieser Arbeit wurden Walker A-Mutanten untersucht, die eine Substitution des konservierten Lysins innerhalb der Walker A-Sequenz der NBD1 (K464A) oder beider Nukleotidbindedomänen (K464A/K1250A) aufwiesen. Da die Öffnungsgeschwindigkeit der Mutante K464A kaum einen Unterschied zu der des Wildtyps aufzeigte, die Mutante K1250A jedoch das Öffnen stark verlangsamte, wurde gefolgert, dass keine Hydrolyse von ATP an der NBD1 für die Öffnung nötig ist. Während Wildtyp-Kanäle auf eine gleichzeitige Applikation von ATP und AMP-PNP, einem nichthydrolysierbaren ATP-Analogon, mit einem verlängerten Offenhalten der Kanäle („locked open“–Effekt) reagierten, das sich in einem langsamen Schließen der Kanäle äußerte, konnte bei K464A-Mutanten dieser Effekt nicht beobachtet werden. Außerdem erfolgte das Schließen der Doppelmutante K464A/K1250A im Vergleich zur Einzelmutante K1250A nach MgATP-Entzug schneller. Daraus wurde geschlossen, dass die NBD1 auf das durch die NBD2 vermittelte Offenhalten des Kanals, möglicherweise durch eine direkte Interaktion, regulierend einwirkt, bevor letztere den Kanal wieder schließt. Da auch ein Öffnen und Schließen des CFTR-Kanals unter Mg2+-freien Bedingungen zu beobachten war, unter denen keine ATP-Hydrolyse erfolgen kann, konnte die Notwendigkeit einer ATP-Hydrolyse bezüglich des Kanalgatings ausgeschlossen werden. Ein Einwirken der NBD1 auf das Offenhalten der Kanäle durch die NBD2 war unter nicht-hydrolytischen Bedingungen anhand des Vergleichs der Schließkinetiken von WT und Mutante K464A nicht feststellbar, so dass eine direkte Interaktion beider Nukleotidbindedomänen wahrscheinlich ausgeschlossen werden kann.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt des Phospholipids Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) auf CFTR-Kanäle untersucht. Die Applikation von PIP2 und MgATP zu unphosphorylierten CFTR-Kanälen zeigte einen deutlichen Stromanstieg, der einem Chloridstrom entsprach. Einzelkanaluntersuchungen ergaben, dass durch PKA induzierte Kanäle und Einzelkanäle, die durch PIP2 aktiviert wurden, dieselbe Leitfähigkeit von ~5 pS besaßen. Somit konnte eine PIP2-induzierte Aktivität endogener Chloridkanäle ausgeschlossen und ein Einfluss des Phospholipids auf CFTR-Chloridkanäle bewiesen werden, der zudem ATP-abhängig war.
Neben PIP2, welches den stärksten Effekt auf die CFTR-Aktivität zeigte, konnten auch Phosphatidylinositol (PI) und Phosphatidylinositol-4-monophosphat (PIP), sowie Arachidonsäure unphosphorylierte CFTR-Kanäle aktivieren. Damit wurde gezeigt, dass der Effekt des Signalanstiegs durch Phosphatidylinositole abhängig von der Struktur des Moleküls war, also von der Anzahl der Phosphatgruppen am Inositolring und der Fettsäurezusammensetzung des Phospholipids.
Experimente, die unter Mg 2+-freien Bedingungen durchgeführt wurden, so dass eine Phosphorylierungsreaktion durch Kinasen ausgeschlossen werden konnte, zeigten dennoch eine PIP2-vermittelte Aktivierung von unphosphorylierten CFTR-Kanälen. Auch eine Substitution des nicht-hydrolysierbaren ATP-Analogons AMP-PNP anstelle von ATP erlaubte die Öffnung unphosphorylierter CFTR-Kanäle. Mit diesen beiden Ergebnissen wurde gezeigt, dass eine PIP2-vermittelte Aktivierung von unphosphorylierten CFTR-Kanälen unabhängig von einer Proteinphosphorylierung ist.
Physiologisch betrachtet könnte man sich vorstellen, dass über die Aktivierung von Lipidkinasen die Synthese von PIP2 über PI und PIP stimuliert wird, so dass das Phospholipid, wie für viele Ionenkanäle und Transporter gezeigt, eine direkte Interaktion mit dem Protein eingeht. Eine ATP-abhängige Synthese von PIP2 in Makropatches an Xenopus-Oozyten durch endogene Lipidkinasen könnte eine mögliche Erklärung für den gezeigten ATP-abhängigen Anstieg des CFTR-Signals sein.
In dieser Arbeit wurde bei CFTR-Kanälen zum ersten Mal ein alternativer Regulationsmechanismus über Phosphatidylinositolphosphate identifiziert, der Proteinkinaseunabhängig ist und der möglicherweise über eine direkte Interaktion zwischen dem Phospholipid und dem Protein vermittelt wird.
Wertigkeit des intraoperativen Neuromonitorings bei Re- und Rezidiveingriffen an der Schilddrüse
(2005)
Ziel der Studie: In der vorliegenden prospektiven, nicht randomisierten Untersuchung wurde der Einfluß des intraoperativen Neuromonitorings im Rahmen der Operation an der Rezidivstruma und dem Re-Eingriff an der Schilddrüse und den Nebenschilddrüsen herausgearbeitet. Ergebnisse: In der Zeit von Januar 2000 bis August 2002 wurden im Bürgerhospital 110 konsekutive Patienten an 167 Halsseiten an der Rezidivstruma oder einem Re-Eingriff am Hals wegen eines im Primäreingriff entdeckten Karzinoms, eines Rezidiv-Karzinoms, eines Karzinoms im Rezidiv oder einem Hyperparathyreoidismus in einer Rezidiv-Situation operiert. Es erfolgte die systematische, prospektive Dokumentation der anatomischen Situation des Nervus Recurrens (s.u.) und des intraoperativen Neuromonitorings neben den üblichen, im OP-Bericht dokumentierten Details mittels Protokollbögen. Bei allen Patienten wurde das intraoperative Neuromonitoring zur elektromyographischen Überprüfung des Nervus laryngeus recurrens angewendet. 73 (66%) Patienten wurden aufgrund einer benignen Ursache erneut an der Schilddrüse operiert, in 38 (34%) Fällen lag eine maligne Erkrankung als Operationsindikation zugrunde. Hiervon waren 28 (73%) der Operationen Komplettierungs-Eingriffe, 4 (11%) ein Rezidiv-Karzinom und 6 (16%) ein Karzinom im Rezidiv. 150 (90%) zu operierende Schilddrüsenlappen lagen cervikal, 8 (5%) retrosternal, 7 (4) intrathorakal und 2 (1%) retrotracheal. Die 17 nicht cervikal gelegenen Schilddrüsenlappen oder Nebenschilddrüsen konnten in 16 Operationen (94%) von cervikal operiert werden, 1 mal (6%) war eine Sternotomie erforderlich. Hinsichtlich der Verläufe des Nervus recurrens in Beziehung zum Narbengewebe wurde eine in unserer Klinik übliche Einteilung getroffen: Typ X (10 (6%)) bedeutet, daß der Nerv sich nicht darstellen ließ. Verlaufstyp A (47 (28%)) beschreibt einen in anatomisch normaler Lage befindlicher Nerv. Von Typ B (110 (66%)) spricht man, wenn der Nerv ins Narbengewebe einbezogen ist. Findet man ihn dorsal in der Narbe, liegt ein Typ B1 (64 (58% von n=110)) vor, laterale in der Narbe gelegene Verläufe nennt man B2 (38 (35%)) und ein ventral in der Narbe befindlicher Nerv wird als B3 (8 (7%)) klassifiziert. Es traten folgende Komplikationen auf: tödliche Verläufe und Wundinfekte gab es keine, Tracheotomien waren nicht erforderlich. Eine revisionsbedürftige Nachblutung wurde beobachtet sowie 13 (11%) permanente Hypocalcämien und 7 (6,4%, n=110 Pat., 4,2%, n=167 N.a.R.) permanente Recurrensparesen mit einer Resektion des Nerven aus oncologischer Notwendigkeit (ergibt 6, entsprechend 5,5%, n=110 Pat., 3,6%, n=167 N.a.R.). Das intraoperative Neuromonitoring wurde bei allen Operationen angewandt. Von 150 Stimulationen über den Nervus recurrens ergaben 136 ein positives Signal, 14 mal konnte kein elektrisches Potential ausgelöst werden. 126 Nerven mit intraoperativ positivem Signal waren intakt, 11 waren trotz fehlendem elektrischem Impuls gesund. 10 Nerven hatten frühpostoperative Paresen trotz Vorhandensein eines Signals, 3 mal trat eine Parese auf bei Nerven, die intraoperativ kein Signal weitergeleitet hatten. War ein elektrisches Potential auslösbar, bildeten sich von den 10 Lähmungen 8 zurück, ohne blieben alle drei bestehen. 61 mal wurde allein der Nervus vagus stimuliert. 54 Signale standen 7 stummen Stimulationsversuchen gegenüber. Von den stimulierbaren Nerven hatten 50 keine Parese, 4 mal waren auch die ohne EMG-Signal gesund. Frühpostoperative Lähmungen wurden 4 mal trotz positiver Stimulation beobachtet, wobei davon eine permanent war. Wurde kein Signal ermittelt, war der Nerv 3 mal passager und 2 mal permanent gelähmt. Die Ergebnisse zeigen, daß ein gesunder Nerv relativ sicher als solcher erkannt wird. Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit, einen geschädigten Nerven intraoperativ wirklich als defekt zu erkennen, relativ gering. Schlußfolgerung: Eine sichere Prognose hinsichtlich der postoperativen Recurrensfunktion ist nicht möglich, wohl aber eine prognostische Aussage bezüglich der Rückbildungs-Wahrscheinlichkeit einer Parese. Die Methode konnte im vorliegenden Kollektiv keine Senkung der Recurrenspareserate bewirken. Allerdings wurde die Notwendigkeit der visuellen Darstellung des Nervus recurrens als Goldstandard bekräftigt.
Feral cats (Felis catus), introduced into Australia with European settlers in the 19th century, colonized the entire Australian continent in less than 100 years, including the Australian arid zone which covers more than 70% of the continent. Feral cats are responsible for the decline and extinction of a number of native species and the failure of a number of reintroduction attempts, especially in the arid zone. Many ecological studies on feral cats have been conducted on home range size and movement patterns in different environments, abundance and diet, with the aim of gaining a better understanding about their successful invasion of the Australian continent. There are no physiological studies on the feral cat to date. However, there is evidence that there is a strong interrelation between physiology and abiotic factors such as climate. Thus, distribution, habitat, and dispersal of species can not fully be understood without background knowledge of physiology. This PhD aims to contribute to a better understanding of three physiological parameters: metabolism, body mass and body temperature patterns. These parameters may possibly identify physiological adaptation to different climate zones, seasonal conditions and island isolation.
Die Überzeugung, dass der Computer nicht als Werkzeug, sondern als Medium zu denken sei, hat in den zurückliegenden Jahren die Debatte zu einer Medientheorie des Computers wesentlich geprägt. Damit war insbesondere eine bestimmte Auffassung des Technischen verbunden. Die Effekte der technischen Medien lassen sich, so der Gedanke, nicht über die Aktivierung anthropologischer Schemata begreifen, vielmehr müssen die Medien in ihrer Technizität ernst genommen werden. Dies heißt aber nichts anderes, als dass der Technik ein Eigenwert zuzugestehen sei, der sich gerade nicht vom Menschen her konturieren lässt. Hierüber diskreditiere sich dann letztlich eine Rede von den Medien als werkzeughaften Extensionen des Menschen. Demgegenüber soll in dieser Arbeit der Vorschlag unterbreitet werden, den Computer eben doch wieder vom Werkzeug her zu denken. Damit soll jedoch keinesfalls über den erreichten Stand medientheoretischer Positionen hinweggesehen werden. Mit dem Medienbegriff umzugehen bedeutet nicht zuletzt, den epistemischen Status mitzureflektieren, den die Medien inne haben. Sie geben den Rahmen vor, in dem sich die Subjekte äußern können. Die Medien strukturieren diese Äußerungen bereits vorab bzw. ermöglichen überhaupt erst bestimmte Äußerungsformen. Sich hierüber Rechenschaft abzulegen bedeutet aber nicht notwendig, die Metapher einer werkzeughaften Nutzung des hoch technischen neuen Mediums als trügerisch verwerfen zu müssen. Gerade diese Nutzungsweise unterscheidet den Computer vom vorherrschenden Medienparadigma des 20. Jahrhunderts, von Film und Fernsehen und dem daraus abzuleitenden Status des Rezipienten als Rezipienten. Die vorliegende Arbeit betreibt also Werbung für einen produktiven Gebrauch des neuen Mediums, wobei es jedoch nicht darum geht, den Computer als eine Art Befreiung von den "Zwängen" der anderen technischen Medien zu positionieren. Sofern Medien überhaupt -- im strengen Sinne – Zwänge ausüben, so wäre doch nicht einzusehen, warum dies beim Computer anders sein sollte. Dennoch: Dass es so etwas wie eine "Creative Commons" gibt, dass es immer selbstverständlicher wird, wenn Nutzer ihre kreativen Produkte nicht nur mit anderen Nutzern teilen, sondern sie es darüber hinaus ermöglichen, dass auf Basis ihrer Produkte weitergearbeitet werden kann, nährt die Vermutung eines sich ändernden Verhältnisses zwischen den Nutzern und den Medien. Zentrales Ziel dieser Arbeit ist daher zunächst, die sich in der Medienwissenschaft bereits etablierte Perspektive auf den Computer als eines Textmediums zu kritisieren, da hierüber allzu leichtfertig eine bestimmte Nutzungsweise des Computers verabsolutiert werden kann: Einzig der programmierende Zugriff gilt als emanzipativ. Daran anschließend möchte ich nach einer kurzen Diskussion des Medienbegriffes das in der Softwareentwicklung lange Zeit bestimmende Gestaltungskonzept der Werkzeugnutzung für eine neuerliche Verwendung in der Medienwissenschaft vorschlagen. Vorteil ist, dass hiermit auch Nutzerpraxen adäquat einbezogen werden können, die sich auf den "Oberflächen" der Software abspielen. Betrachtet man Medien nicht als bloße Übertragungskanäle und versucht man, die produktive Seite von Medientechnologien in den Blick zu nehmen, dann weist die "Botschaft" des neuen Mediums in die Richtung eines Wechsels vom Rezipienten zum Produzenten. In dieser Perspektive erscheinen die Nutzer nicht mehr nur als Anhängsel der Technik. Sie sind nicht von ihr aus zu bestimmen, ebenso wenig wie die Medientechnik rein vom Menschen her zu bestimmen wäre. Um die These einer werkzeughaften Verwendbarkeit des Computers auszuführen, konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf bestimmte Texte, die genauer diskutiert und in die Argumentation integriert werden. Dies erscheint mir fruchtbarer als der Versuch, das gesamte Spektrum der neueren Diskussion um den Computer als Medium aufgreifen und synthetisieren zu wollen. Die Gliederung verläuft dementsprechend weitgehend entlang dieser (theoretischen) Referenzen.
Die diskursanalytische Dissertation beschäftigt sich mit der Frage, wie das amerikanische Kino von seinen Anfängen bis in die Gegenewart das Thema des Scheiterns und Versagens dargestellt hat.
Ausgangspunkt der Arbeit ist dabei zunächst eine Einordnung und Differenzierung des Begriffspaares aus etymologischer Perspektive. Es wird bereits an dieser Stelle auf semantische Unterschiede verwiesen, denen sich divergierende Plotstrukturen anschließen: Die Geschichte des Versagens ist eine andere als die des Scheiterns. Außerdem werden anthropologische Erkenntnisse der Aufklärung benannt, die ein eigenständiges Scheitern und Versagen überhaupt erst ermöglichen.
Im Anschluss an diese sprachtheoretische Untersuchung widmet sich die Arbeit den Besonderheiten des amerikanischen Narrativs des Scheiterns und Versagens und damit einer historischen Perspektivierung, die von der Analyse ausgewählter literarischer Texte abgeschlossen wird.
Die Ergebnisse der sprachtheoretischen Untersuchung, der historischen Perspektivierung und der Literaturanalyse bilden schließlich das Fundament für die sich anschließende Filmanalyse, die die Frage stellt, wie tradierte Erzählformen des Scheiterns und Versagens ab dem 20. Jahrhundert in filmischer Form bestätigt, subvertiert oder gänzlich neu etabliert werden.
Im Vordergrund steht hier zunächst das klassische Hollywood-Kino. Dabei wird grundsätzlich zwischen zwei unterschiedlichen Narrativen unterschieden: Dem Versagen und dem Scheitern. Im ersten Teil stehen die Versager, bewusste Aussteiger, die auf der Suche nach alternativen Lebensentwürfen sind. Bespiele hierfür sind der tramp Chaplins, der singende Obdachlose Bumper in Halleluja, I'm a Bum oder der glückliche Tunichtgut Thadeus Winship Page in The Magnificent Dope. Demgegenüber stehen die Figuren, die an äußeren Umständen scheitern und meist an diesen zerbrechen, wie die lost woman in Blonde Venus oder der forgotten man in I Am a Fugitive from a Chain Gang. Ziel der Analyse ist es, iterative Semantiken und syntaktische Strukturen zu benennen, die die Grundlage eigener Erzählgenres bilden, wie das des „Glücklichen Versagers“ oder der lost woman.
Im letzten Kapitel werden die bisherigen Ergebnisse um Erkenntnisse erweitert, die sich dem modernen amerikanischen Kino entnehmen lassen. Ausgangspunkt ist das New Hollywood-Kino der 60er und 70er Jahre mit Filmen wie Easy Rider, The Graduate, oder The Swimmer.
Auf der Reflexion über die eigene Tätigkeit liegt vor allem im letzten Teil dieses Kapitels der Schwerpunkt. Hier sind es vorwiegend Künstler des 21. Jahrhunderts, wie Drehbuchschreiber, Theaterregisseure oder Comicautoren, die ihre eigenen Handlungen in Frage stellen. Neu ist, dass sich das künstlerische Versagen der Protagonisten nicht nur innerhalb der Diegese auf den Film auswirkt, bzw. dessen Form modifiziert, sondern diese geradezu dekonstruiert und aufbricht.
Für ein System ('ideales Gas') von N miteinander nicht wechselwirkenden Teilchen oder Zuständen, deren Wellenfunktionen φ(x) der Randbedingung φ(x)=0 für x aus Ŵ. gehorchen sollen, (W sei dabei die Oberfläche eines geschlossenen Hohlraumes Ŵ beliebiger Gestalt), ist von verschiedenen Autoren eine halbklassische Eigenwertdichteformel angegeben worden. Diese hängt nur linear über die Integrale V ,W und L über Ŵ (Volumen, Oberflächeninhalt und totale Krümmung von Ŵ) von der Gestalt. des Hohlraumes ab. Während von H. Weyl mathematisch bewiesen, werden konnte, daß der führende Volumterm im Gebiet großer Eigenwerte alle folgenden Terme überwiegt, konnte für den Oberflächenterm eine gleichartige Vermutung bisher nur numerisch begründet werden. Von dieser halbklassischen Eigenwertdichteformel ausgehend, werden die thermodynamischen Relationen des idealen Gases aufgebaut und einige Größen wie innere Energie, spezifische Wärme sowie die Oberflächen- und Krümmungs-Spannung für die Grenzfälle starker, ein Gebiet mittlerer und schwacher Entartung explizit berechnet, und zwar sowohl für die Fermi-Dirac als auch die Bose-Einstein-Statistik, als auch für deren klassischen Grenzfall, die Boltzmann-Maxwell-Statistik (s.Diagramm). Ausgenommen wird nur der Spezialfall der Einsteinkondensation, weil hier die (nur im Gebiet großer Eigenwerte gültige) halbklassische Eigenwertdichteformel nicht angewendet werden darf. Die in dieser Arbeit untersuchten quantenmechanisch bedingten Oberflächeneffekte idealer Quantengase sind experimentell bisher wenig untersucht worden; für Molekülgase sind sie verschwindend klein. Die experimentell beobachtete Oberflächenspannung stabiler Atomkerne wird von dem Modell, das den Kern als ideales, entartetes Fermigas der Temperatur T beschreibt, im wesentlichen richtig wiedergegeben. Mit dem in Kap. 3b) abgeleiteten Ausdruck für die Oberflächenspannung stark entarteter idealer Fermigase endlicher Temperatur kann eine Voraussage über die Oberflächenspannung angeregter Atomkerne gemacht werden.
Diese Arbeit untersuchte die Epidemiologie und den Einfluss verschiedener Faktoren (Grunderkrankung, empirische Therapie, Schweregrad der Sepsis und Erreger mit Resistenz) auf das Überleben von Patienten mit Septikämien. Die häufigsten Grunderkrankungen dieses Kollektivs waren Leukämien (33%), solide Neoplasien (14%) sowie kardiale Vorerkrankungen (14%). Knapp die Hälfte der Patienten erwarb die Septikämie im Krankenhaus (47%). ...
Die vakuumassistierte stereotaktische Brustbiopsie (Mammotome) bei mammographisch verdächtigen aber nicht palpablen und sonographisch nicht nachweisbaren Veränderungen der Brust ist mittlerweile ein probates Verfahren. In der vorliegenden Studie werden 152 Mammotombiopsien genauer untersucht. Es werden die konventionellen, vor der Biopsie angefertigten, und wenn vorhanden Film-Folien- Vergrößerungsaufnahmen mit den während der Biopsie angefertigten digitalen Ausschnittsmammographien verglichen, um eventuell vorhandene Unterschiede deutlich zu machen. Die Veränderungen werden in die BI-RADS-Klassifikation eingeteilt und mit der gewonnenen Histologie korreliert. Die durchschnittliche Dauer einer Biopsie beträgt 49,2 min, zum Auffinden und korrektem Einspannen der Brust in den Biopsietisch sind 1,47 Fehlversuche nötig und es werden 2,75 Rotationen pro Biopsie durchgeführt. Die Entfernung der Läsion erfolgt in 32,9% der Läsionen komplett, 51,5% werden überwiegend entfernt und 12,5% können nur unvollständig entfernt werden. Im Durchschnitt werden 15,53 Mikrokalzifikationen im Film-Folien- und 14,45 Mikrokalzifikationen im digitalen Bild gezählt, in den Film-Folien- Vergrößerungsaufnahmen sind 17,98 Mikrokalzifikationen sichtbar. Signifikant sind diese Unterschiede nur in der Gruppe der Läsionen mit 1 – 5 Mikroverkalkungen, hier sind in der digitalen Ausschnittsmammographie signifikant mehr Verkalkungen zu sehen. In der Gruppe der Läsionen mit 16 – 30 Mikroverkalkungen sind ebenfalls signifikante Unterschiede zwischen den beiden Aufnahmen zu sehen, wobei hier die Film-Folien-Mammographie mehr Verkalkungen sichtbar macht. Die Läsionen werden nach Betrachten der Film-Folien- Mammographien in signifikant höhere BI-RADS-Kategorien eingeteilt, als nach Beurteilung der digitalen Ausschnittsmammographien. Die histologische Untersuchung ergibt 7 invasive Karzinome, 30 in situ Karzinome, 14 ADHs und 101 benigne Veränderungen, wobei hier die duktale Hyperplasie und die Mastopathie den größten Anteil haben. Der Vergleich mit dem in der Literatur angegebenen Anteil an malignen Befunden in den einzelnen BI-RADS-Kategorien zeigt, dass die Film-Folien-Bilder recht gute Ergebnisse erzielen (27,5% maligne Befunde in Kategorie 4 und 6,5% in Kategorie 3-4), während die digitalen Bilder zu hohe Malignitätsanteile (45,0% in Kategorie 4) liefern. Es zeigt sich, dass bei der Unterscheidung von malignen Befunden und Präkanzerosen von benignen Befunden, die Film-Folien-Aufnahme signifikant bessere Ergebnisse erzielt als die digitale, gleiches gilt für die Unterscheidung von DCIS und ADH. Die Präparateradiographie zeigt, dass in 76,3% der Biopsien in der ersten Rotation Mikrokalk sichtbar ist, die histologische Diagnose kann aber in 92,1% der Biopsien bereits nach der ersten Rotation gestellt werden, auch wenn kein sichtbarer Kalk entnommen wurde. In 52 Fällen folgte auf die Biopsie eine operative Gewebeentnahme bzw. Tumorentfernung aus der Brust. In 13 Fällen ist die Veränderung im OP-Präparat nicht mehr nachweisbar, hier ist davon auszugehen, dass sie mit der Biopsie vollständig entfernt wurde. Bei 5 Läsionen wurde die Diagnose nach der OP als maligner eingestuft, die underestimation-rate beträgt 9,6%. Die Film-Folien-Mammographieaufnahmen eignen sich zur Einteilung in die BI-RADS-Klassifikation und Feststellung des Malignitätsrisikos besser, als die digitalen Ausschnittsmammographien.
In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwieweit sich quantenoptische Zufallsgeneratoren, bei denen die "Welcher-Weg-Entscheidung" einzelner Photonen am Strahlteiler bzw. Faserkoppler zur Zufallsgenerierung verwendet wird, zur Erzeugung von Zufallsbitströmen eignen. Es werden hierbei im wesentlichen vier verschiedene Varianten aufgebaut, die sich durch die eingesetzte Lichtquelle und die Realisierung des optischen Aufbaus unterscheiden, um zu erkennen, welche Detailprobleme sich beim Aufbau solcher Generatoren zeigen. Als Lichtquellen werden eine Einphotonenquelle auf Basis der parametrischen Fluoreszenz und eine Quelle, die stark abgeschwächte, gepulste Poisson-Lichtfelder abstrahlt, eingesetzt. Bei der optischen Realisierung wird jeweils einmal Freistrahl- und einmal Faseroptik für das Zufall generierende Element verwendet. Die Rohdaten-Bitströme der verschiedenen Varianten werden mit Hilfe von statistischen Verfahren untersucht, die für Tests von physikalischen Zufallsgeneratoren geeignet sind. In der Diskussion werden die verschiedenen Testverfahren hinsichtlich ihrer Eignung zum Aufdecken tieferliegender Defekte bewertet. Thermische Einflüsse auf die Rohdaten-Ströme werden dargelegt, Methoden zur Verringerung der Einflüsse angegeben und gezeigt, wie mit Hilfe von mathematischen Regularisierungsverfahren ideale Bitströme aus den Rohdaten erzeugt werden können. Anhand von (mehrstufigen) Autokorrelationskoeffiziententests werden die Auswirkungen von Problemen mit verschiedenen Datenaufnahme-Elektroniken auf die Rohdaten- Ströme analysiert. Die Ursachen der Probleme werden diskutiert, mögliche Lösungen, wie sich die Probleme stark verringern bzw. vermeiden lassen, werden vorgeschlagen und experimentell untersucht. Die Einflüsse der Eigenschaften der verwendeten Photonenquellen im Zusammenspiel mit den verwendeten optischen Komponenten und Detektoren werden analysiert und ihre Auswirkungen auf die Zufallsgenerierung diskutiert. Zur Erhöhung der Ausgangbitrate quantenoptischer Zufallsgeneratoren werden verschiedene Ausführungen von Mehrfachzufallsgeneratoren vorgeschlagen, insbesondere für den quantenoptischen Zufallsgenerator auf Basis der parametrischen Fluoreszenz. Als weitere, interessante Variante eines quantenoptischen Zufallsgenerators wird das theoretische Konzept für den "HOM-Generator" präsentiert, bei dem beide Photonen eines Photonenpaares bei einer gemeinsamen "Welcher-Weg-Entscheidung" zur Zufallsgenerierung verwendet werden. Die vorgeschlagenen Varianten quantenoptischer Zufallsgeneratoren werden hinsichtlich ihrer Eignung für einen praktischen Einsatz diskutiert und bewertet. Für den Dauereinsatz quantenoptischer Zufallsgeneratoren als Komponente in Sicherheitsinfrastrukturen, wie z.B. Trustcentern, werden Optimierungen, Möglichkeiten der Kostenreduzierung und weitere Aufbauvarianten vorgeschlagen. Die Optimierungen werden hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit diskutiert und gewertet. Mögliche Angriffe auf quantenoptische Zufallsgeneratoren werden diskutiert und zur Erkennung von Manipulationen an physikalischen Zufallsgeneratoren werden verschiedene Möglichkeiten vorgestellt, um künstliche Signaturen einzufügen, sie vor Verwendung der Zufallsdaten zu verifizieren und aus dem Zufallsstrom zu entfernen.
The four subunit (SU) aa3 cytochrome c oxidase (CcO) from Paracoccus denitrificans is one of the terminal enzymes of the respiratory chain. It uses electrons from cytochrome c to reduce molecular oxygen to water. Its binuclear active center, residing in SU I, contains hemeÊa3 and CuB, the latter being liganded by three histidine residues. Apart from its oxygen reductase activity, the protein possesses a peroxidase and a catalase activity.
To compare variants and the wild type (WT) protein in a more stringent way, a recombinant (rec.) WT CcO was constructed, carrying the gene for SUÊI on a low copy number plasmid. This rec. WT showed, as expected, no difference in oxygen reductase activity compared to the American Type Culture Collection (ATCC) WT CcO but surprisingly its catalase activity was increased by a factor of 20. The potential overproduction of SUÊI due to plasmid coding and the resulting deficiency in metal inserting chaperones might impair the correct insertion of hemeÊa3 and CuB because of a deficiency in metal inserting chaperones. This in turn might lead to differences in side chain orientation and to changes in the water network. However, slight changes might cause an increased accessibility of the active center for hydrogen peroxide, resulting in an increased catalase activity. The availability of chaperones and therefore the proposed structural reasons for the difference was improved by cloning the genes for the two metal inserting chaperones CtaG and Surf1c on the same plasmid together with SUÊI. This new rec. WT CcO showed in fact a reduced catalase activity. Another WT with a deletion in the chromosomal second, non expressing gene of SU I was analysed to prove plasmid coding as the reason for the difference of the ATCC WT and the rec. WT. This strain showed an increased kcat of the catalase activity as well, additionally pointing to a regulatory effect of the non expressed gene for SU I in the chromosome. To fathom the structural difference of the increased catalase activity, differential scanning calorimetry was used, but no significant difference in thermal stability between the ATCC WT CcO and the rec. WT CcO was detected. However, upon aging, the thermal stability of the rec. WT CcO declined faster than that of the ATCC WT CcO pointing to a decreased structural stability of the rec. WT CcO.
To characterize the catalase reaction, several known inhibitors were used to probe the contribution of the different metal cofactors in the catalase reaction. In addition variants in aromatic amino acids near the active center were constructed to conclude on a possible reaction mechanism of the catalase activity of CcO. These variants in combination with the wild type forms were analysed for radical signals by EPR-spectroscopy. A radical relevant for the catalase reaction of CcO was found in the F-intermediate of all variants and all wild type forms. This narrow 12 G radical signal was assigned to a porphyrine radical probably involved in the catalase reaction of CcO. Moreover, gas chromatography-mass spectrometry measurements were used to analyse isotopically labelled oxygen produced in the catalase reaction.
As a result of these experiments, a reaction cycle of the catalase activity of CcO is postulated and the structural difference between the ATCC and rec. WT CcO is outlined. The catalase activity appears to be a true catalase activity and not a "pseudocatalase" activity.
In this thesis the behavior of banks in financial markets which banks frequently use to obtain short-term as well as long-term financing is studied. In the first chapter we incorporate an interbank market for collateralized lending among banks into a dynamic, stochastic, general equilibrium (DSGE) framework to analyze the impact of variations in the expected value of the collateral on the interbank lending volume. We find that a central bank which decides to lower the haircut on eligible collateral in repurchase agreements is able to stimulate interbank markets. In the second chapter a microeconomic model of bank behavior on the interbank market is set up to analyze the impact of risk-taking behavior of interbank borrowing banks and uncertainty about their balance sheet quality on the lending behavior of interbank lending banks. It is found that the disruptions on the interbank market are the result of optimal behavior on the part of interbank lending banks in response to the uncertainty about the balance sheet quality of an interbank borrowing bank. In the third chapter we use monthly data on German bank bond spreads and regress it on bank-specific risk factors to assess the degree of market discipline in the German bank bond market. The regression results for the whole German bank bond market indicate that the bond spread does not show signs of market discipline. However, a structural break analysis uncovers that since the beginning of the financial crisis the German bank bond market exhibits at least a weak form of market discipline for bonds issued by medium-size and large banks.
Viele bösartige Tumore wie das kolorektale Karzinom oder das Mamma-Karzinom metastasieren in die Leber. Je nach Primarius kommen unterschiedliche Therapiestrategien in Frage. Die Laserinduzierte Thermotherapie (LITT) gehört neben vielen anderen minimalinvasiven Therapieformen zu den Thermotherapien und stellt eine Ergänzung zur Operation oder Chemotherapie dar und kann auch besonders bei isoliertem Leberbefall als alleinige Therapiestrategie angewandt werden. Vorteile sind die ambulante Durchführbarkeit und eine geringe Komplikationsrate. Nach CT-gesteuerter Punktion der Metastasen wird die Therapie unter Online-Monitoring im MRT mittels thermosensitiver Sequenzen überwacht. Unter Einwirkung der Laserphotonen auf das Lebergewebe kommt es durch Energieabsorption zu einer Erwärmung und Zerstörung des tumorösen Gewebes. Da der Energiebedarf zur Zerstörung der Metastasen auch bei volumengleichen Läsionen sehr schwankt, galt es anhand dieser Arbeit herauszufinden, ob ein Zusammenhang zwischen dem Energiebedarf und der im CT gemessenen Leberdichte besteht. Hierzu wurden 168 Patienten mit 279 Lebermetastasen unterschiedlicher Herkunft in die Studie eingeschlossen, die sich im Zeitraum von März 2006 bis März 2007 einer LITT-Behandlung unterzogen hatten. 55,4 % der Patienten waren mit einer Transarteriellen Chemotherapie (TACE) vorbehandelt, die aufgrund einer Reduzierung des Blutflusses in der Leber zu einem geringeren Energiebedarf führt. Vor der jeweiligen Laserung wurde im Punktions-CT die Leberdichte anhand der Hounsfieldeinheiten und im 24 h-MRT, sowie in den Kontrolluntersuchungen nach 3, 6 und 12 Monaten das Volumen der induzierten Nekrose bestimmt. Der benötigte Energiebedarf konnte aus der Anzahl, der Laufzeit und der Leistung der Laser errechnet werden. Bei Betrachtung der mittleren Nekrosevolumina konnte ein Rückgang in den Kontrolluntersuchungen verzeichnet werden. Dies spricht für Rezidivfreiheit bei der Mehrzahl der Metastasen an der jeweils gelaserten Stelle. Die Analyse der Überlebenszeiten nach der ersten LITT ergab bei einem Beobachtungszeitraum von 25 Monaten im Gesamtkollektiv eine mittlere Überlebenszeit von 21 Monaten, sowie eine kumulative Überlebensrate von 83,33 %. Patienten mit Metastasen des colorektalen Karzinoms wiesen im Mittel eine Überlebenszeit von 22 Monaten und eine Überlebensrate von 86,11 %, die des Mamma-Karzinoms ebenfalls eine mittlere Überlebenszeit von 22 Monaten und eine Überlebensrate von 84,91 % am Ende des Beobachtungszeitraumes auf. HCC-Patienten überlebten im Mittel 19 Monate und hatten eine Überlebensrate von 76,74 % nach 24 Monaten. Hieraus ergeben sich Überlebenszeiten, die deutlich über denen weiterer minimalinvasiver Verfahren, wie der Radiofrequenzablation oder der Mikrowellentherapie liegen. Ein direkter Vergleich mit den konventionellen Therapiemöglichkeiten, wie der chirurgischen Resektion oder der Chemotherapie gelingt bei unterschiedlichen Studiendaten, sowie -voraussetzungen nur schwer. Überlegen ist die LITT gegenüber der chirurgischen Resektion jedoch in der Krankenhausverweildauer und der geringen Invasivität. Gegenüber einer Chemotherapie ist die LITT hinsichtlich einer fehlenden systemischen Therapiekomponente im Nachteil. Nach anfänglicher Untersuchung des Gesamtkollektivs wurden die Patienten in 2 Gruppen unterteilt. Hierbei war das Unterscheidungsmerkmal die Vorbehandlung mit der TACE. Es wurde jeweils die Korrelation des Energiebedarfs mit der Nekrosengröße und den Hounsfieldeinheiten geprüft. Nachdem sich im Gesamtkollektiv und auch in den Untergruppen kein statistisch signifikanter linearer oder einfach exponentieller Zusammenhang zeigte, konnte nach Einteilung der Hounsfieldeinheiten in Dichtebereiche, sowie Berechnung eines mittleren Energiebedarfs nach erneuter Korrelationsberechnung ein positiver Zusammenhang gezeigt werden, so dass bei steigender Gewebsdichte von einem Mehrbedarf an Energie ausgegangen und eine Laserapplikatorenanzahl anhand der Gewebsdichte berechnet werden kann. Da die Streubreite der Werte um den Mittelwert jedoch sehr groß ist, ist fraglich, ob die Berechnung im Vorfeld der Therapie einen Nutzen für die Kosten- und Zeiteffizienz der LITT erbringt. Beim Vergleich des Energiebedarfes der 2 Untergruppen zeigte sich deutlich ein um ca. 0,5 kJ/cm3 niedriger Energiebedarf in der Gruppe der vorembolisierten Patienten, sowie eine im Durchschnitt höhere Gewebsdichte der TACE-Patienten aufgrund geringerer Durchblutung des Lebergewebes nach der Embolisation.
Entzündungen sind eine Gegenreaktion des Körpers auf einen schädlichen Stimulus. Eine akute Entzündung zeichnet sich durch typische Zeichen wie Schwellung, Rötung, Überwärmung, Schmerz und eingeschränkter Funktionsfähigkeit aus.Findet die Auflösung der Entzündung nur sehr langsam oder nicht statt, entsteht eine chronische Entzündung. Eine chronische Entzündung kann Auslöser vieler schwerwiegender Krankheiten, wie Diabetes mellitus, Krebs oder kardiovaskulärer Erkrankungen sein. Die symptomatische Behandlung einer chronischen Entzündung erfolgt unter anderem durch NSAIDs. Diese haben bei einer Langzeiteinnahme schwere Nebenwirkungen wie gastrointestinale Blutungen oder nephrotoxische Eigenschaften.NSAIDs greifen in den Metabolismus der Arachidonsäure-Kaskade ein. Die Arachidonsäure wird über mehrere Enzyme metabolisiert, die drei Hauptmetabolismuswege erfolgen über die Cyclooxygenase- (COX), 5-Lipoxygenase- (5-LOX) und Cytochrom P450-Enzyme (CYP450). Studien ergaben, dass die Inhibition eines Metabolismusweges eine Verschiebung der Lipidwerte innerhalb des Arachidonsäurestoffwechsels verursacht. Viele dieser Nebenwirkungen bei einer Langzeitmedikation kommen vermutlich durch die Verschiebung der Metabolite zustande.8 Diese Problematik könnte möglicherweise durch eine Inhibition mehrerer Metabolismuswege umgangen werden. Tierstudien belegen eine bessere Wirksamkeit dualer Inhibitoren gegenüber der Einzelverabreichung von „selektiven“ Inhibitoren und zudem wird ein erhöhtes Sicherheitsprofil für duale Inhibitoren postuliert.9,10 Im Rahmen dieser Arbeit wurden einerseits duale Inhibitoren der löslichen Epoxidhydrolase (sEH) und Leukotrien-A4-Hydrolase (LTA4H) und anderseits der sEH und der 5-Lipoxygenase entworfen, synthetisiert und in vitro gegenüber den betreffenden Enzymen in einem Aktivitätsassay evaluiert.
Es ist gelungen, duale Inhibitoren der sEH und LTA4H mit IC50-Wert im submikromolaren Bereich zu synthetisieren. Dies wurde durch die Erweiterung des Fragments 3-(4-(Benzyloxy)phenyl)propan-1-ol, welches Amano et al. publizierten, bewerkstelligt.11 Die synthetisierten Inhibitoren wurden analytisch charakterisiert und in vitro auf ihr inhibitorisches Potential untersucht. Des Weiteren konnte die Kristallstruktur eines dualen Inhibitors in der Bindetasche der sEH gelöst werden und damit weitere Erkenntnisse über den Bindungsmodus des Inhibitors gewonnen werden. Es konnten auch duale Inhibitoren der sEH und 5-LOX synthetisiert werden und jene auf ihr inhibitorisches Potential untersucht werden. Es wurden einige Inhibitoren mit submikromolaren bis nanomolaren IC50-Werten gegenüber beiden Zielproteinen entworfen, synthetisiert und analytisch charakterisiert. Da mehrere Inhibitoren zwei stereogene Zentren aufweisen, wurde ein Inhibitor mit definierten Stereozentren durch eine asymmetrische Synthese generiert. Ein stereogenes Zentrum wurde über drei Schritte synthetisiert und zum Nachweis der Reinheit des Enantiomeres zum Diastereomer gekuppelt. Per NMR-Spektroskopie wurde das Verhältnis (dr 9:1) der Diastereomere zueinander bestimmt. Das andere stereogene Zentrum wurde mit Hilfe eines Evans-Auxiliar über eine achtstufige Synthese dargestellt und mit dem Enantiomer aus der dreistufigen Synthese verknüpft. Per HPLC konnte ein dr-Verhältnis von 99:1 für den Inhibitor HK330 bestimmt werden. Das andere Diastereomer wurde mittels HPLC aus dem Recemat isoliert. Eine in vitro Evaluation zeigte, dass der Einfluss des stereogenen Zentrums auf das Inhibitionsvermögen marginal ist.
Nach einer Evaluation des Inhibitionsvermögens, der Löslichkeit, der Zelltoxizität, der metabolischen Stabilität und der synthetischen Zugänglichkeit, wurde der Inhibitor HK330 weiter untersucht. In einem Zellassay konnte jener die 5-LOX-Aktivität senken, die 12- und 15-LOX wurde jedoch nicht inhibiert. Des Weiteren wurde der Inhibitor in einer pharmakokinetischen Studie untersucht und erreichte Plasmawerte, die bis zu 4 h in der aktiven Konzentration des Inhibitors lagen. LC-MS/MS Untersuchungen der Plasmaproben ergaben ein erhöhtes EETs/DHETs-Verhältnis, welches die in vivo Inhibition der sEH bestätigt. Die Verbindung HK330 besitzt vielversprechende Eigenschaften und deshalb soll die Wirksamkeit des Inhibitors in einem Tiermodell getestet werden. Geeignete Tiermodelle wie die unilaterale Harnleiterobstruktion (unilateral ureteral obstruction, UUO) in Mäusen könnten Aufschlüsse über die Wirksamkeit von HK330 geben. Denn sowohl die Inhibition der 5-LOX als auch der sEH sind renoprotektiv.12,13 Die profibrinolytischen und anti-inflammatorischen Eigenschaften eines sEH-Inhibitors könnten auch in einem Tiermodell zur gestörten Wundheilung untersucht werden. In einem murinen Ohrwundmodell wurde gezeigt, dass eine Behandlung mit Epoxyeicosatriensäuren (EETs) die Wundheilung signifikant beschleunigte.15 Ramalho et al. zeigten, dass die Leukotriene des 5-LOX-Metabolisimusweges eine verminderte Wundheilung in diabetischen Mäusen (Typ 1) bewirkten.
Die Abstrahlung von internen Schwerewellen in atmosphärischen Strahlströmen und Temperaturfronten trägt vermutlich mit einem signifikanten Beitrag zum gesamten Schwerewellenspektrum bei. Das physikalische Verständnis der dabei ablaufenden Prozesse ist derzeit allerdings noch zu gering ausgeprägt, um eine adäquate mathematische Darstellung für operationelle Wetter- und Klimamodelle zu entwickeln. In dieser Arbeit wird der Mechanismus dieser Schwerewellenquelle in numerischen Simulationen des differenziell geheizten rotierenden Annulusexperiments erforscht. Dieses Experiment besitzt eine im Vergleich zur Atmosphäre deutlich verringerte Anzahl an Freiheitsgraden und eignet sich besonders gut zum Studium der Dynamik der mittleren Breiten. Analoge Untersuchungen werden in einem äquivalenten kartesischen Modellsystem vorgenommen, in dem periodische Bedingungen in den beiden horizontalen Raumrichtungen vorliegen.
Im Gegensatz zur Annuluskonfiguration, in der nachweislich auch eine Schwerwellenabstrahlung an den Zylinderwänden erfolgt, kommt in dieser Konfiguration nur die interne Dynamik als Schwerewellenquelle in Frage. Die nichtlinearen Simulationen beider Modellkonfigurationen zeigen eine großskalige barokline Wellenstruktur, die ein atmosphärenähnliches Jet-Front System beinhaltet. Darin eingelagert werden vier voneinander isolierte Schwerewellenpakete in der Annuluskonfiguration sowie zwei Schwerewellenpakete im doppeltperiodischen Modellsystem charakterisiert. Um den zugrundeliegenden Quellmechanismus zu untersuchen, erfolgt eine Aufspaltung der Zustandsvariablen in einen balancierten und einen unbalancierten Anteil, wobei erstgenannter das geostrophische und hydrostatische Gleichgewicht erfüllt und letztgenannter das Schwerewellensignal enthält. Die Strömungsaufspaltung bildet die Grundlage für die Entwicklung eines tangential-linearen Modells für den unbalancierten Strömungsanteil. Hierbei wird eine systematische Umformulierung der dynamischen Grundgleichungen hinsichtlich der Wechselwirkung beider Strömungsanteile vollzogen. Insbesondere wird der rein balancierte Antrieb der unbalancierten Strömung freigelegt, um dessen Einfluss auf die Schwerewellenaktivität zu quantifizieren. Die anschließenden tangential-linearen Simulationen zeigen, dass drei der vier Schwerewellenpakete in der Annuluskonfiguration in der internen Strömung generiert werden. Ein verbleibendes Wellenpaket entsteht an der inneren Zylinderwand, ehe es in das innere Modellvolumen propagiert. Darüber hinaus wird deutlich, dass der rein balancierte interne Antrieb der Schwerewellen einen signifikanten Beitrag zur Schwerewellengenerierung leistet. Im doppeltperiodischen Modellsystem gibt es eine nahezu perfekte Übereinstimmung zwischen den unbalancierten Strömungsmustern in den tangential-linearen und den nichtlinearen Simulationen. Auch dort nimmt der balancierte Antrieb eine zentrale Rolle bei der Schwerewellenabstrahlung ein. Die abschließende Gegenüberstellung verschiedener, voneinander unabhängiger Gleichgewichtskonzepte macht deutlich, dass die balancierte Strömung der führenden Ordnung in der Rossbyzahl bereits eine erstaunliche Übereinstimmung mit der vollen Strömung liefert. Zudem erbringt die Anwendung einer Lagrange'schen Filtermethode den Nachweis, dass die Vertikalbewegungen und die horizontalen Divergenzsignale in der Annuluskonfiguration fast ausschließlich auf die Schwerewellenaktivität zurückzuführen sind.
Morbus Alzheimer ist eine neurodegenerative Erkrankung, die weltweit die häufigste Ursache einer Demenz darstellt. Da neben genetischer Prädisposition vor allem ein hohes Lebensalter einen Hauptrisikofaktor für die Erkrankung darstellt, erwartet man für die Industrieländer in den nächsten Jahrzehnten eine enorm ansteigende Patientenzahl. Trotz der großen Fortschritte in der Aufklärung der pathologischen Zusammenhänge ist es bisher noch nicht gelungen, eine Therapie zu entwickeln, mit der das Voranschreiten der Krankheit deutlich verlangsamt oder sogar gestoppt werden kann. Die vorliegende Arbeit verfolgt einen medizinisch-chemischen Ansatz, in der die Entwicklung von dualen Gamma-Sekretase- und PPARgamma (Peroxisomen Proliferator-aktivierter Rezeptor Gamma)-Modulatoren als potentielle Arzneistoffe gegen Morbus Alzheimer im Fokus steht. Bei der Gamma-Sekretase handelt es sich um eine Aspartylprotease, die im Rahmen der Amyloid-Kaskade an der carboxyterminalen Spaltung von Amyloid Precursor Protein und damit unmittelbar an der Bildung der pathogenen Amyloid-Gamma42-Fragmente beteiligt ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass diverse Punktmutationen in ihrer katalytischen Untereinheit Presenilin eine genetisch bedingte early-onset Alzheimer-Demenz auslösen können. Das therapeutische Potential von Gamma-Sekretase-Inhibitoren und -Modulatoren konnte in der Folge in zahlreichen präklinischen Studien bestätigt werden. ...
Die Relevanz von MSC aus Fettgewebe (ASC) in der regenerativen Medizin überrascht in Anbetracht ihrer breit gefächerten Eigenschaften nicht. Neben antiinflammatorischen Eigenschaften und Hypoxieresistenz können sie in eine Vielzahl von Geweben differenzieren und in geschädigtes Gewebe migrieren, wo sie an Reperaturvorgängen beteiligt sind. Dabei stehen unterschiedliche Quellen zur Isolierung von MSC (und ASC) zur Verfügung. Um ASC therapeutisch einsetzen zu können, ist es essentiell ihre Quellen und ihr Potenzial zu erforschen. Es konnte gezeigt werden, dass perirenales Fettgewebe eine geeignete Quelle für ASC (prASC) darstellt. Der Nachweis der Oberflächenantigene CD73, CD90 und CD105 mittels Durchflusszytometrie sowie die Fähigkeit der prASC an Zellkulturplastik zu adhärieren, erlauben die Schlussfolgerung, dass es sich bei den nach einem bereits etablierten Verfahren isolierten Zellen um MSC handelt. Außerdem konnte durch eine zweiwöchige Kultivierung der prASC in supplementierten Medien die Differenzierung in Adipozyten, Chondrozyten sowie Osteozyten induziert werden. Der Nachweis erfolgte durch cytochemische Färbemethoden. In dieser Arbeit wurde die Differenzierung von prASC in Epithelzellen untersucht. Dafür wurden die Zellen in unterschiedlichen ATRA-haltigen Kulturmedien und konditioniertem Medium aus Tubulusepithelzellen kultiviert. Der Einfluss der Medien wurde mittels Western Blot, qPCR und Immunfluoreszenzfärbung nachgewiesen. Die Kultivierung mit ATRA führte zu einer signifikanten Erhöhung der Expression von CK18 und ZO-1. Dabei handelt es sich um Marker, die charakteristisch für Epithelzellen sind. Es konnte folglich gezeigt werden, dass humane prASC in vitro eindeutig in epithelialer Richtung differenzieren können. Unter dem Einfluss von ATRA-supplementierten Medien exprimierten die kultivierten Zellen Genprodukte, die Epithelzellen zuzuordnen sind.
Welche Bedeutung diese Erkenntnis hat ist noch unklar. Möglicherweise sind prASC, als Stammzellen aus Nischen mit anatomischer Nähe zu den Nieren, potente Kandidaten, um untergegangenes Nierengewebe, wie beispielsweise Tubulusepithelzellen, zu ersetzen.
Spin waves in yttrium-iron garnet has been the subject of research for decades. Recently the report of Bose-Einstein condensation at room temperature has brought these experiments back into focus. Due to the small mass of quasiparticles compared to atoms for example, the condensation temperature can be much higher. With spin-wave quasiparticles, so-called magnons, even room temperature can be reached by externally injecting magnons. But also possible applications in information technologies are of interest. Using excitations as carriers for information instead of charges delivers a much more efficient way of processing data. Basic logical operations have already been realized. Finally the wavelength of spin waves which can be decreased to nanoscale, gives the opportunity to further miniaturize devices for receiving signals for example in smartphones.
For all of these purposes the magnon system is driven far out of equilibrium. In order to get a better fundamental understanding, we concentrate in the main part of this thesis on the nonequilibrium aspect of magnon experiments and investigate their thermalization process. In this context we develop formalisms which are of general interest and which can be adopted to many different kinds of systems.
A milestone in describing gases out of equilibrium was the Boltzmann equation discovered by Ludwig Boltzmann in 1872. In this thesis extensions to the Boltzmann equation with improved approximations are derived. For the application to yttrium-iron garnet we describe the thermalization process after magnons were excited by an external microwave field.
First we consider the Bose-Einstein condensation phenomena. A special property of thin films of yttrium-iron garnet is that the dispersion of magnons has its minimum at finite wave vectors which leads to an interesting behavior of the condensate. We investigate the spatial structure of the condensate using the Gross-Pitaevskii equation and find that the magnons can not condensate only at the energy minimum but that also higher Fourier modes have to be occupied macroscopically. In principle this can lead to a localization on a lattice in real space.
Next we use functional renormalization group methods to go beyond the perturbation theory expressions in the Boltzmann equation. It is a difficult task to find a suitable cutoff scheme which fits to the constraints of nonequilibrium, namely causality and the fluctuation-dissipation theorem when approaching equilibrium. Therefore the cutoff scheme we developed for bosons in the context of our considerations is of general interest for the functional renormalization group. In certain approximations we obtain a system of differential equations which have a similar transition rate structure to the Boltzmann equation. We consider a model of two kinds of free bosons of which one type of boson acts as a thermal bath to the other one. Taking a suitable initial state we can use our formalism to describe the dynamics of magnons such that an enhanced occupation of the ground state is achieved. Numerical results are in good agreement with experimental data.
Finally we extend our model to consider also the pumping process and the decrease of the magnon particle number till thermal equilibrium is reached again. Additional terms which explicitly break the U(1)-symmetry make it necessary to also extend the theory from which a kinetic equation can be deduced. These extensions are complicated and we therefore restrict ourselves to perturbation theory only. Because of the weak interactions in yttrium-iron garnet this provides already good results.
Einleitung: Ataxia telangiectasia (A-T) ist eine lebenslimitierende autosomal-rezessiv vererbte Systemerkrankung, die durch eine Mutation im ATM Gen hervorgerufen wird. Symptome wie Neurodegeneration, Immundefizienz, Teleangiektasien, Wachstums- und Gedeihstörungen, endokrine Dysfunktionen, erhöhte Strahlensensitivität, sowie Malignomprädisposition sind charakterisierend für die Erkrankung. Des Weiteren zeigen viele Patienten eine progrediente Lebererkrankung, die bis jetzt nur unzureichend untersucht wurde.
Zielsetzung: Untersuchung der laborchemischen und strukturellen Veränderungen im Rahmen der Hepatopathie bei A-T Patienten. Des Weiteren soll der Zusammenhang der Körperzusammensetzung, der Muskelkraft und der Lebensqualität mit der Lebererkrankung analysiert werden.
Methoden: Von November 2016 bis Mai 2018, wurden 31 A-T Patienten in die Studie eingeschlossen. Die Patienten wurden zur Auswertung in zwei Gruppen eingeteilt (21 Patienten ≤ zwölf Jahre, zehn Patienten > zwölf Jahre). Neben der Bestimmung der Laborparameter wurden die Veränderungen der Leber anhand der transienten Elastographie und des FibroMax® erhoben. Die Körperzusammensetzung wurde mit Hilfe der bioelektrischen Impedanzanalyse (BIA) ermittelt, die Muskelkraft anhand des Five-Times-Sit-to-Stand-Tests (FTSST). Zur Erfassung der Lebensqualität wurde der EuroQol-Fragebogen 5Q-5D-5L durchgeführt.
Ergebnisse: Bei der transienten Elastographie zeigte sich bei zwei (10%) jüngeren im Vergleich zu neun (90%) älteren Patienten eine Steatose. Eine Fibrose lag bei fünf (50%) älteren Patienten vor. Die Leberenzyme (AST (37.8 ± 7.9 U/l vs. 49.8 ± 15.2 U/l, p<0,05), ALT (25.1 ± 9.6 U/l vs. 71.6 ± 25.8 U/l, p<0,001), GGT (13.2 ± 4,5 U/l vs. 123.7 ± 99.6 U/l, p<0,0001)), das Alpha-Fetoprotein (AFP) (313.4 ± 267,2 ng/ml vs. 540.8 ± 275.8 ng/ml, p<0,05), der HbA1c (4,8 ± 0,4 % vs. 5,7 ± 0,6 %, p<0,0001) sowie die Triglyceride (66.5 ± 34.3 mg/dl vs. 200.4 ± 98.8 mg/dl, p<0,0001) waren signifikant in der älteren Patientengruppe erhöht. Zusätzlich zeigte sich eine signifikante Korrelation der Steatose und Fibrose mit dem Alter (r=0,82, p<0,0001; r=0,59, p<0,001), der AST (r=0,39, p<0,05; r=0,42, p<0,05), der ALT (r=0,77, p<0,0001; r=0,53, p<0,01), der
GGT (r=0,83, p<0,0001; r=0,67, p<0,0001), dem HbA1c (r=0,59, p<0,01; r=0,63, p<0,001) und den Triglyceriden (r=0,74, p<0,0001; r=0,62, p<0,001). Die transiente Elastographie und der SteatoTest des FibroMax zeigten übereinstimmende Ergebnisse.
Eine Magermasse unterhalb der zehnten Perzentile wiesen elf (52%) jüngere im Gegensatz zu neun (90%) älteren Patienten auf. Auch der Phasenwinkel lag bei neun (43%) jüngeren und acht (80%) älteren Patienten unterhalb der zehnten Perzentile. Die jüngeren Patienten waren beim FTSST signifikant schneller (10,8 ± 6,1s vs. 19,4 ± 5,6s, p < 0,01). Die Auswertung des EuroQol-Fragebogen 5Q-5D-5L zeigte einen signifikanten Unterschied der Einschätzung der Beweglichkeit / Mobilität der Patienten (3 (1-4) vs. 4 (2-5), p<0,05).
Schlussfolgerung: Eine Hepatopathie im Sinne einer nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD) bzw. nicht-alkoholische Steatohepatitis (NASH) tritt bei fast allen älteren A-T Patienten auf. Charakteristisch hierfür sind erhöhte Leberenzyme und eine Fettleber bis hin zur Leberfibrose und Zirrhose. Oxidativer Stress, Inflammation und ein partielles metabolisches Syndrom in Form einer Dyslipidämie und Dysglykämie tragen zu diesem Prozess bei. Die Lebererkrankung im Rahmen der A-T sollte regelmäßig qualifiziert erfasst werden, um Langzeitfolgen, wie beispielsweise die Entwicklung eines hepatozellulären Karzinoms rechtzeitig zu detektieren. Die transiente Elastographie stellt hierfür eine gut reproduzierbare, nicht invasive Methode dar, mit der bereits frühe Stadien der Lebererkrankung erkannt werden können.
Zahlreiche physikalische Prozesse, wie Bremsstrahlung, Synchrotronstrahlung oder Radiative Rekombination verursachen die Emission linear hochpolarisierter Röntgenstrahlung. Dennoch wird technisch nutzbare hochpolarisierte Röntgenstrahlung derzeit fast ausschließlich von einigen wenigen hochspezialisierten Synchrotronlichtquellen oder Freie Elektronen Lasern zur Verfügung gestellt. In der vorliegenden Arbeit wurde der Radiative Einfang in die K-Schale von nacktem Xenon verwendet, um erstmals eine Quelle einstellbarer, monoenergetischer sowie hochpolarisierter Röntgenstrahlung (97%) in einer Speicherringumgebung zu realisieren. Zum Nachweis der Polarisation der Strahlung wurde erstmals auch ein neuartiger orts-, zeit- und energieauflösender Si(Li) Streifendetektor als Röntgenpolarimeter eingesetzt, mit dem die Beschränkungen traditioneller Compton - Polarimeter umgangen werden können. Der gemessene Grad hoher linearer Polarisation, der mit den Vorhersagen durch die Theorie übereinstimmt, ist durchaus bemerkenswert, da die hochpolarisierte Röntgensstrahlung in einem Stoßprozess zwischen einem unpolarisierten Ionenstrahl und einem unpolarisierten Gasjet zustande kam. Dies bedeutet, dass der Radiative Elektroneneinfang ein ideales Werkzeug darstellt, um hochpolarisierte, energetisch frei wählbare Röntgenstrahlung in einer Speicherringumgebung zu erzeugen. Die Entwicklung der neuen 2D Detektortechnologie eröffnet auch Möglichkeiten zur experimentellen Untersuchung der Details atomphysikalischer Vorgänge. So konnte im Rahmen dieser Arbeit durch die Kombination des verwendeten Detektors und der Beschleunigereinrichtung der GSI erstmals experimentell die lineare Polarisation der Strahlung des Radiativen Elektroneneinfangs in die energetisch partiell aufgelösten L-Unterschalen von nacktem Uran bestimmt werden. Zudem wurden neue und präzisere Werte für die Polarisation der Einfangstrahlung in die K-Schalen von nacktem und wasserstoffähnlichem Uran gemessen. Die theoretischen Vorhersagen zeigten eine starke Sensitivität von Messungen linearer Polarisation der bei dem Radiativen Elektroneneinfang emittierten Strahlung auf den Einfluss der insbesondere bei Schwerionen - Atom - Stößen zu berücksichtigenden höheren Ordnungen der Multipolentwicklung. Während die Effekte bei der Messung von Winkelverteilungen des Radiativen Elektroneneinfangs gerade bei den kleineren Winkeln im Bezug auf die Ionenstrahlachse im Laborsystem vergleichsweise gering ausfallen, ist hier ein sehr ausgeprägter Effekt der Depolarisation zu beobachten. Hier liegt der wesentliche Unterschied zwischen den in dieser Arbeit vorgestellten Messungen der linearen Polarisation der Strahlung des Radiativen Einfangs in Xenon sowie in Uran. Das Auftreten der starken Depolarisation veranschaulicht die starke Abhängigkeit der Polarisationscharakteristik des REC-Prozesses von der Kernladungszahl des Projektils. Abschließend sei der Schritt zu der erstmals für diese Arbeit verwendeten Messtechnik mit einem hochaufgelösten Streifendetektor hervorgehoben. Im Gegensatz zu früheren Polarisationsmessungen mit grob dimensionierten Pixeldetektoren waren zu der Gewinnung der hier vorgestellten Messungen praktisch keinerlei zusätzliche Annahmen oder Simulationen zu der Interpretation der gewonnenen Winkelverteilungen notwendig. So konnte mit dem System bereits während des Experimentes eine erste Abschätzung der linearen Polarisation der beobachteten Strahlung durchgeführt werden. Diese Tatsache wird es in naher Zukunft ermöglichen, das für die niederenergetische Röntgenstrahlung weitgehend neue ”Fenster” polarimetrischer Messungen für weitere atomphysikalische Prozesse zu öffnen.
Ziel der Arbeit war es, neue Techniken zur Erschließung und Selektion von Web- basierten Suchservern zu entwickeln und zu evaluieren, um hieraus eine integrierte Architektur für nicht-kooperative Suchserver im WWW abzuleiten. Dabei konnte gezeigt werden, daß die im Sichtbaren Web vorhandene Informationsmenge dazu geeignet ist, um eine effektive Erschließung des Unsichtbaren Webs zu unterstützen. Existierende Strategien für verteiltes Information Retrieval setzen eine explizite Kooperation von Seiten der Suchserver voraus. Insbesondere Verfahren zur Selektion von Suchservern basieren auf der Auswertung von umfangreichen Termlisten bzw. Termhäufigkeiten, um eine Auswahl der potentiell relevantesten Suchserver zu einer gegebenen Suchanfrage vornehmen zu können (z. B. CORI [26] und GlOSS [54]). Allerdings werden derartige Informationen von realen Suchservern des WWW in der Regel nicht zu Verfügung gestellt. Die meisten Web-basierten Suchserver verhalten sich nicht kooperativ gegenüber hierauf aufsetzenden Metasuchsystemen, was die Übertragbarkeit der Selektionsverfahren auf das WWW erheblich erschwert. Außerdem erfolgt die Evaluierung der Selektionsstrategien in der Regel in Experimentumgebungen, die sich aus mehr oder weniger homogenen, künstlich partitionierten Dokumentkollektionen zusammensetzen und somit das Unsichtbare Web und dessen inhärente Heterogenität nur unzureichend simulieren. Dabei bleiben Daten unberücksichtigt, die sich aus der Einbettung von Suchservern in die Hyperlinkstruktur des WWW ergeben. So bietet z. B. die systematische Auswertung von Backlink-Seiten also jener Seiten die einen Hyperlink auf die Start- oder Suchseite eines Suchservers enthalten die Möglichkeit, die im WWW kollektiv geleistete Indexierungsarbeit zu nutzen, um die Erschließung von Suchservern effektiv zu unterstützen. Eine einheitliche Systematik zur Beschreibung von Suchservern Zunächst ist es notwendig alle Informationen, die über einen Suchserver erreichbar sind, in ein allgemeingültiges Beschreibungsmodell zu integrieren. Dies stellt eine Grundvorraussetzung dar, um die einheitliche Intepretierbarkeit der Daten zu gewährleisten, und somit die Vergleichbarkeit von heterogenen Suchservern und den Aufbau komplexer Metasuchsysteme zu erlauben. Ein solche Beschreibung soll auch qualitative Merkmale enthalten, aus denen sich Aussagen über die Reputation einer Ressource ableiten lassen. Existierende Beschreibungen von Suchservern bzw. Dokumentkollektionen wie STARTS-CS [53] oder RSLP-CD [93] realisieren wenn überhaupt nur Teilaspekte hiervon. Ein wichtiger Beitrag dieser Arbeit besteht somit in der Identifizierung und Klassifizierung von suchserverbeschreibenden Metadaten und hierauf aufbauend der Spezifikation eines als Frankfurt Core bezeichneten Metadatensatzes für web-basierte Suchserver, der die genannten Forderungen erfüllt. Der Frankfurt Core berücksichtigt Metadaten, deren Erzeugung eine explizite Kooperation von Seiten der Suchserver voraussetzt, als auch Metadaten, die sich automatisiert z. B. durch linkbasierte Analyseverfahren aus dem sichtbaren Teil des WWW generieren lassen. Integration von Wissensdarstellungen in Suchserver-Beschreibungen Ein wichtige Forderung an Suchserver-Beschreibungen besteht in der zusätzlichen Integration von wissens- bzw. ontologiebasierten Darstellungen. Anhand einer in Description Logic spezifizierten Taxonomie von Suchkonzepten wurde in der Arbeit exemplarisch eine Vorgehensweise aufgezeigt, wie die Integration von Wissensdarstellungen in eine Frankfurt Core Beschreibung praktisch umgesetzt werden kann. Dabei wurde eine Methode entwickelt, um unter Auswertung einer Suchkonzept-Taxonomie Anfragen an heterogene Suchschnittstellen verschiedener Suchserver zu generieren, ohne die Aussagekraft von kollektionsspezifischen Suchfeldern einzuschränken. Durch die Taxonomie wird die einheitliche Verwendung von syntaktisch und semantisch divergierenden Suchfeldern verschiedener Suchserver sowie deren einheitliche Verwendung auf der integrierten Suchschnittstelle eines Metasuchsystems sichergestellt. Damit kann diese Arbeit auch in Zusammenhang mit den Aktivitäten des Semantischen Webs betrachtet werden. Die Abstützung auf Description Logic zur Wissensrepräsentation sowie die Verwendung von RDF zur Spezifikation des Frankfurt Core verhält sich konform zu aktuellen Aktivitäten im Bereich Semantisches Web, wie beispielsweise der Ontology Inference Layer (OIL) [24]. Darüber hinaus konnte durch die Integration der Suchkonzept-Taxonomie in den Arbeitsablauf einer Metasuchmaschine, bereits eine konkrete Anwendung demonstriert werden. Entwicklung neuartiger Verfahren zur Erschließung von Suchservern Für einzelne Felder des Frankfurt Core wurden im Rahmen dieser Arbeit Strategien entwickelt, die aufzeigen, wie sich durch die systematische Auswertung von Backlink- Seiten Suchserver-beschreibende Metadaten automatisiert generieren lassen. Dabei konnte gezeigt werden, daß der Prozeß der automatisierten Erschließung von Suchservern durch die strukturelle und inhaltliche Analyse von Hyperlinks sinnvoll unterstützt werden kann. Zwar hat sich ein HITS-basiertes Clustering-Verfahren als wenig praktikabel erwiesen, um eine effiziente Erschließung von Suchservern zu unterstützen, dafür aber ein hyperlinkbasiertes Kategorisierungsverfahren. Das Verfahren erlaubt eine Zuordnung von Kategorien zu Suchservern und kommt ohne zusätzliche Volltextinformationen aus. Dabei wird das WWW als globale Wissenbasis verwendet: die Zuordnung von Kategorienbezeichnern zu Web-Ressourcen basiert ausschließlich auf der Auswertung von globalen Term- und Linkhäufigkeiten wie sie unter Verwendung einer generellen Suchmaschine ermittelt werden können. Der Grad der Ähnlichkeit zwischen einer Kategorie und einer Ressource wird durch die Häufigkeit bestimmt, mit der ein Kategoriebezeichner und ein Backlink auf die Ressource im WWW kozitiert werden. Durch eine Reihe von Experimenten konnte gezeigt werden, daß der Anteil korrekt kategorisierter Dokumente an Verfahren heranreicht, die auf Lerntechniken basieren. Das dargestellte Verfahren läßt sich leicht implementieren und ist nicht auf eine aufwendige Lernphase angewiesen, da die zu kategorisierenden Ressourcen nur durch ihren URL repräsentiert werden. Somit erscheint das Verfahren geeignet, um existierende Kategorisierungsverfahren für Web-Ressourcen zu ergänzen. Ein Verfahren zur Selektion von Suchservern Ein gewichtiges Problem, durch welches sich die Selektion von Suchservern im WWW erheblich erschwert, besteht in der Diskrepanz zwischen der freien Anfrageformulierung auf Benutzerseite und nur spärlich ausgezeichneten Suchserver-Beschreibungen auf Seiten des Metasuchsystems. Da auf der Basis der geringen Datenmenge eine Zuordnung der potentiell relevantesten Suchserver zu einer Suchanfrage kaum vorgenommen werden kann, wird oft auf zusätzliches Kontextwissen zurückgegriffen, um z. B. ein Anfragerweiterung durch verwandte Begriffe vornehmen zu können (siehe z. B. QPilot [110]). Eine solche Vorgehensweise erhöht allerdings nur die Wahrscheinlichkeit für Treffer von Anfragetermen in den Suchserver-Beschreibungen und liefert noch keine ausreichende Sicherheit. Deshalb wurde in der Arbeit ein Selektionsverfahren entwickelt, das sich auf die Auswertung von Ko-Zitierungs- und Dokumenthäufigkeiten von Termen in großen Dokumentsammlungen abstützt. Das Verfahren berechnet ein Gewicht zwischen einem Anfrageterm und einem Suchserver auf der Basis von einigen wenigen Deskriptortermen, wie sie z. B. aus der FC-Beschreibung eines Suchservers extrahiert werden können. Dies hat den Vorteil, daß die Suchbegriffe nicht explizit in den einzelnen Suchserver-Beschreibungen vorkommen müssen, um eine geeignete Selektion vornehmen zu können. Um die Anwendbarkeit des Verfahrens in einer realistischen Web-Umgebung zu demonstrieren, wurde eine geeignete Experimentumgebung von spezialisierten Suchservern aus dem WWW zusammengestellt. Durch anschließende Experimente konnte die Tauglichkeit des entwickelten Verfahrens aufgezeigt werden, indem es mit einem Verfahren verglichen wurde, das auf Probe-Anfragen basiert. Das heißt, daß eine erfolgreiche Selektion durchgeführt werden kann, ohne daß man explizit auf das Vorhandensein von lokalen Informationen angewiesen ist, die erst aufwendig durch das Versenden von Probe-Anfragen ¨uber die Web-Schnittstelle des Suchservers extrahiert werden müssten. Herleitung einer integrierten Architektur Um das Zusammenspiel der erarbeiteten Strategien und Techniken zur Erschließung, Beschreibung und Selektion in einer integrierten Architektur umzusetzen, wurde die Metasuchmaschine QUEST entwickelt und prototypisch implementiert. QUEST erweitert die Architektur einer traditionellen Metasuchmaschinenarchitektur, um Komponenten, die eine praktische Umsetzung der Konzepte und Techniken darstellen, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurden. QUEST bildet einen tragfähigen Ansatz zur Kombination von wissensbasierten Darstellungen auf der einen und eher heuristisch orientierten Methoden zur automatischen Metadatengenerierung auf der anderen Seite. Dabei stellt der Frankfurt Core das zentrale Bindeglied dar, um die einheitliche Behandlung der verfügbaren Daten zu gewährleisten.
Im Zusammenhang mit geplanten Bauvorhaben im Industriegebiet der Stadt Bopfingen wurden in den Jahren 1989 bis 1991 archäologische Untersuchungen unter der Leitung des Landesdenkmalamtes Baden-Württemberg durchgeführt. Im Rahmen der Grabungen stieß man in vier Suchschnitten südlich der B 29 zwischen den Bopfinger Ortsteilen Flochberg und Trochtelfingen auf parallele Gräbchen, die erste Hinweise auf eine römische Straße gaben. In der Folge wurden zwei römische Straßentrassen, vier Gebäudefundamente und ein Brunnen ausgegraben. Die Lage der vier Gebäude in unmittelbarer Nähe zu einer römischen Straße ließ vermuten, dass es sich dabei um Teile einer Straßenstation handeln könnte.
Ziel dieser Arbeit ist es, anhand der zur Verfügung stehenden Grabungsdokumentation die römischen Befunde und Funde zu erschließen und zu deuten.
Im archäologischen Befund ließen sich vier Straßentrassen unterscheiden (A, 1, B, 2), die, wie die Untersuchungen gezeigt haben, zu zwei Straßen zusammengefasst werden können (Straße A/1 sowie Straße B/2), deren Richtung durch die Richtung von Gräben bestimmt werden kann.
Die Nutzung der Straße A/1 steht in einem Zusammenhang mit der Belegung des Militärlagers in Oberdorf. Für seine Belegung wird ein Zeitraum vom Ende des 1. Jahrhunderts n. Chr. bis in die Zeit zwischen der frühen 1. Hälfte und der Mitte des 2. Jahrhunderts n. Chr. angenommen. Damit fällt die Nutzung der Straße A/1 in die Zeit des Alb-Limes und in die Anfangsphase der römischen Okkupation Rätiens nördlich der Donau. Die Straße A/1 ist demnach die ältere der beiden Straßen. Die Straße B/2 wurde wahrscheinlich vom Härtsfeld und vom Nördlinger Ries aus in zwei Abschnitten zeitgleich geplant und zur Straßenstation hin gebaut. Darauf deuten einmal die unterschiedlichen Breiten der Straßenabschnitte „B“ und „2“ von 9 m und 6 m hin. Zum anderen muss das Gebäude 3 mit dem Raum 2 zu diesem Zeitpunkt bereits bestanden oder sich zumindest im Bau befunden haben, denn der Straßenverlauf passt sich in diesem Bereich dem Grundriss des Gebäudes an. Sie ist als eine Fortsetzung der Straße Faimingen-Aalen in Richtung Nördlinger Ries anzusehen.
Von den vier freigelegten Gebäuden sind zwei Gebäude mit hypokaustierten Räumen versehen und lassen sich als Bad (Gebäude 1) und als Herberge (Gebäude 2) ansprechen.
Raum 2 des Gebäudes 3 und eine Viehweide südlich der antiken Straße ins Nördlinger Ries boten die Möglichkeit, Tiere, Transportmittel und Fracht über Nacht unterzubringen. Die Räume 1 und 2 des Gebäudes 3 wurden zeitversetzt gebaut, was vermutlich auf die Notwendigkeit einer Vergrößerung von Stell- und Lagerplätzen innerhalb des Gebäudes 3 und damit auf eine Erhöhung der Nutzungsrate im Verlaufe der Betriebszeit der Straßenstation hinweist. Das vierte Gebäude zeigt den für einen gallo-römischen Umgangstempel typischen Grundriss in Form von zwei konzentrisch verlaufenden rechteckigen Mauerzügen. Der kleine Tempel stand den kultischen Bedürfnissen der Nutzer der Straßenstation zur Verfügung.
Im Fundspektrum der Straßenstation sind Gefäßkeramik, Metall und Glas mit Abstand am häufigsten vertretenen, Münzen, Baukeramik sowie Funde aus Stein und Bein dagegen nur in kleinen Mengen.
Die Gefäßkeramik der Straßenstation weist einen sehr hohen Anteil an
tongrundig-glattwandiger Ware und einen deutlich geringen Anteil an Terra Sigillata auf. Ein Vergleich mit sechs zufällig ausgewählten Gutshöfen (villae rusticae) zeigt, dass fünf Gutshöfe einen TS-Anteil von über 19 % aufweisen, während bei der Straßenstation dieser Anteil nur 5 % beträgt. Um diese Auffälligkeit zu untersuchen, wurden Magerung, Gefäßform und Warenart der gesamten Gefäßkeramik auf Identitäten untersucht. Das Ergebnis lässt vermuten, dass Reibschalen, Kragenschüsseln und Schalen von der Form wie Drag. 32. der tongrundig-glattwandigen Ware mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 % bei ihrer Niederlegung der engobierten Ware zugerechnet werden müssen. Die Veränderung, die eine Scherbe der engobieren Ware während ihrer Bodenlagerung erfahren hat, kann man als „keramische Taphonomie“ bezeichnen. Damit lässt sich für die Straßenstation die Verteilung der Warenarten und der Gefäßformen zum Zeitpunkt der Niederlegung der Gefäße rekonstruieren. In diesem Zusammenhang wird eine Methode aufgezeigt, welche die Zugehörigkeit von gleichartigen Materialgruppen (z. B. Keramik) aus verschiedenen Fundkomplexen (z. B. aus der Abfalldeponierung) quantitativ bewertet.
Fasst man die Gefäße von Terra Sigillata und Glanztonware zum Tisch- und Tafelgeschirr zusammen, dann ergibt sich, dass der Anteil des Tisch- und Tafelgeschirrs der Straßenstation bei etwa 30 % liegt und mit dem der Gutshöfe (villae rusticae) vergleichbar ist. Dieses Ergebnis kann man so interpretieren, dass die Betreiber der Straßenstation sich bei der Beschaffung und dem Erhalt des Tisch- und Tafelgeschirrs auf das Notwendigste an
TS-Gefäßen beschränkten und das weitere Geschirr in einer der Sigillata optisch sehr ähnlichen Keramik, nämlich in engobierter Ware, beschafften. ...
1. Die Arbeit soll den Beitrag von Ionenleitfähigkeiten an der Funktionsweise der Vogelhaarzelle weiter aufklären. 2. Dazu werden zwei Ionenkanalmodulatoren sowohl in die Scala media, wie auch in Scala tympani appliziert. Amilorid ist ein Blocker v.a. von Natriumabhängigen Ionleitfähigkeiten; Diazoxid ist ein Öffner ATPabhängiger Kaliumleitfähigkeiten. 3. Amilorid hat bei Applikation in die Scala media keinen Effekt auf das endocochleäre Potential. Diazoxid senkt das endocochleäre Potential nach Applikation in die Scala media signifikant um 2,42mV ± 2,31. Da Diazoxid auf die Aktivität auditorischer Neurone keinerlei Einfluß hat, muß davon ausgegangen werden, daß Diazoxid das EP durch Beeinflussung anderer Ionkanäle unabhängig von der Haarzelle absenkt. Mögliche Kandidaten sind Ionkanäle im Bereich des Tegmentum vasculosum, das für die Generation des EP mit verantwortlich ist. 4. Eine endolymphatische AmiloridApplikation erhöht frequenzabhängig und dosisabhängig die CAPSchwelle, wobei die Schwellenanhebung mit Anstieg der Frequenz steigt (gemessener Bereich 1252000Hz). Bis zu einer Frequenz von 400Hz hat Amilorid kaum einen Effekt auf das CAP, oberhalb 400Hz steigt die Schwelle mit einem Gradienten von 11 dB/Okt an. 5. Diazoxid hat bei Applikation in die Scala media keinen Einfluß auf das CAP. 6. Die endolymphatische Applikation von Amilorid erniedrigt die akustisch evozierte Entladungsrate und erhöht die spontane Entladungsrate afferenter Neurone aus dem Ganglion cochleare. Diese Veränderungen sind abhängig von der charakteristischen Frequenz und der applizierten Menge, wobei der Frequenzbereich der charakteristischen Frequenz der nicht reagierenden Einzelfaserableitungen. zwischen 126632 Hz lag, der der reagierenden zwischen 704 und 1200 Hz. 7. Bei den afferenten Neuronen, bei der die akustisch evozierte Aktivität nach endolymphatischer Applikation von Amilorid ansteigt, kommt es auch zu einer Veränderung der von der evozierten Aktivität abhängigen Parameter Q10dB, Tief und Hochfrequenzflanke und charakteristischer Frequenz. Die endolymphatische AmiloridKonzentration bei diesen Einzelfaserableitungen lag zwischen 91µM und 269 µM. 8. Die charakteristische Frequenz wird durch Amilorid erniedrigt, allerdings kommt dies durch eine stärkere Abnahme der evozierten Rate oberhalb der charakteristischen Frequenz zustande. 9. Die Gruppeneinteilung ist bis auf ein Neuron bei Veränderungen spontaner und akustisch evozierter Entladungsrate gleich. Bei einem kam es zu einem Anstieg der spontanen Entladungsrate, aber nicht zu einer Abnahme der akustisch evozierten Entladungsrate. Dies legt nahe, daß 1. die Veränderungen auf Beeinflussung unterschiedlicher Ionleitfähigkeiten beruht , und 2. die Ionleitfähigkeit, welche für die Veränderung der spontanen Entladungsrate verantwortlich ist, etwas sensibler für Amilorid ist, als jene, welche für die Veränderung der evozierten Entladungsrate verantwortlich ist. 10. Der Anstieg der evozierten Rate steht in guten Einklang mit den Ergebnissen von Jørgensen und Ohmori (1988), die zeigen konnten, daß Amilorid den mechanoelektrischen Transduktionskanal von Vogelhaarzellen mit einem IC 50 von 50µM blockiert. Der Anstieg der spontanen Entladungsrate kann mit einem Block des Transduktionskanals nicht erklärt werden. Es muß also noch eine andere Leitfähigkeit in dem Innenohr der Taube durch Amilorid blockiert werden. 11. Zusammen mit den Ergebnissen anderer Studien legen die Ergebnisse nahe, daß es sich hierbei um eine Ionleitfähigkeit im Bereich der apikalen Membran handeln muß. Mögliche Kandidaten wären Ca 2 Kanäle, welche an Ca 2 abhängigen Prozessen zur Regulierung der Ciliensteifigkeit bzw. Cilienmotilität beteiligt sind. 12. Diazoxid hat bei Applikation in die Scala media keinen Einfluß auf die Aktivität auditorischer Neurone. 13. Bei Applikation in die Scala tympani hat weder Amilorid noch Diazoxid Einfluß auf das CAP.
Benzodiazepine stehen in den Medikamentenmissbrauchslisten an erster Stelle und sind deswegen auch von Interesse in der Kriminalistik. Grundlage der vorliegenden Arbeit war die Analyse sämtlicher Benzodiazepin-Fälle, die in den Jahren 1998 bis 2003 im Institut für Forensische Toxikologie, Zentrum der Rechtsmedizin der Johann Wolfgang Goethe Universität in Frankfurt am Main untersucht wurden. Zur Auswertung kamen insgesamt 2695 Fälle, wobei das Hauptaugenmerk auf die 410 Personen gelegt wurde, bei denen Flunitrazepam nachgewiesen werden konnte. Anhand der gesammelten Daten war es möglich, Flunitrazepam unter verschiedenen Gesichtspunkten zu betrachten: 1. Welche Bedeutung hat Flunitrazepam in der Gruppe der Benzodiazepine und kann man im Laufe der Jahre Änderungen im Konsummuster feststellen? 2. Wie ist die Geschlechtsverteilung? 3. Gibt es im Untersuchungszeitraum monokausale Flunitrazepam – Todesfälle? 4. Lassen sich anhand des Vergleichs zwischen Flunitrazepam und Diazepam Unterschiede im Beigebrauch feststellen? 5. Lassen sich anhand des Vergleichs zwischen Flunitrazepam und Benzodiazepinen-Gesamt Unterschiede in der Deliktart feststellen? 6. Gibt es einen Zusammenhang zwischen Konzentration und Deliktart? 7. Welche Bedeutung hat Flunitrazepam in der Drogenszene? Die Auswertung der Daten erbrachte folgende Resultate: 1. Der Pharmakonzern Hofmann La-Roche führte an seinem Produkt Rohypnol® einige Veränderungen durch, um den zunehmenden Missbrauch zu verhindern. 1994 wurde die Darreichungsform von 2 mg auf 1 mg reduziert und 1998 wurde der Farbstoff Indigocarmin hinzugefügt. Von Interesse bei der Analyse der Daten war, ob sich diese Änderungen auf den Konsum von Flunitrazepam auswirkten. Aus diesem Grund wurde zusätzlich noch eine Auswertung über die Benzodiazepinverteilung der Jahre 1993 bis 1997, in denen insgesamt 1630 Benzodiazepin-Fälle registriert wurden, durchgeführt. Bei der Analyse der Benzodiazepinverteilung konnte in den Jahren 1993 bis 1997 und 1998 bis 2003 ein ständiger Zuwachs der Gesamtbenzodiazepin-Fälle festgestellt werden. Dieser Zuwachs ist auf den Anstieg der Untersuchungszahlen im Institut zurückzuführen. Jedoch ließen sich bei den Flunitrazepam-Fällen, gerade in den Jahren 1994 und 1998, Abweichungen im Konsumverlauf feststellen, welche auf die Veränderungen des Pharmakonzerns zurückzuführen sein könnten. Bei den Fragebögen, die mit 15 Schwerstabhängigen aus der Frankfurter Drogenszene durchgeführt wurden, kam es zu folgenden Ergebnissen: nach 1994 wurde der Konsum erhöht, nach 1998 gab es bei den meisten entweder gar keine Veränderung oder die Tabletten wurden anfangs vermehrt oral konsumiert. 2. Aufgrund der Kriminalitätsrate mit überwiegend männlicher Beteiligung lag der Frauenanteil der erfassten Personen bei nur etwa 1/5 (Benzodiazepine-Gesamt: 21,8%, Flunitrazepam: 15,9%). 3. Während des Untersuchungszeitraums konnten keine „reinen“ Flunitrazepam –Todesfälle festgestellt werden. 4. Im Vergleich der Cobefunde waren die Substanzen THC, Morphin, Codein und Methadon in der Diazepam-Gruppe häufiger anzutreffen als in der Flunitrazepam-Gruppe. Lediglich Kokain wurde in der Flunitrazepam-Gruppe vermehrt konsumiert. 5. Als führende Deliktart konnten in der Flunitrazepam-Gruppe die Eigentumsdelikte ermittelt werden. In der Benzodiazepin-Gruppe kam es am häufigsten zu Verkehrsdelikten. 6. Die höchsten Flunitrazepam - Konzentrationen im Blut wurden ebenfalls bei den Eigentumsdelikten gefunden. 7. Aufgrund seiner stärkeren euphorisierenden und hypnotischen Wirksamkeit steht Flunitrazepam in der Frankfurter Drogenszene an erster Stelle unter den Benzodiazepinen. Das Erleben eines Rauschzustandes als Euphorie, als ein unendliches und allumfassendes Glücksgefühl, ist ein - vorrangig bei uns Menschen - bestehendes Phänomen. Den Drang dieses Gefühl zu erleben und beizubehalten gab es seit jeher und wird es auch immer geben werden. Übermäßiges Verlangen und das Nachgeben dieses Impulses führen zu Abhängigkeit und Sucht. Die aus diesem Zustand resultierenden sozialen Auswirkungen äußern sich in Dissozialität und Kriminalität. „Ein süchtig gewordener hat nur eine fixe Idee: das Gift! Seine Sucht treibt ihn zur Unehrlichkeit und zu Verbrechen“ (Georg Siegmund, 1962). Sucht und Abhängigkeit sind Tatsachen die sich nicht verleugnen lassen. Um den Missbrauch eines Medikamentes verhindern zu können, genügt es nicht, nur seine Form zu verändern, es bedarf vielmehr einer umfangreicheren Aufklärung und einer generell bewussteren Umgangsweise mit potentiell suchterzeugenden Substanzen.
Durch die sich verändernde Altersstruktur nehmen die Inzidenz und Prävalenz von Herzklappenerkrankungen wie der Mitralinsuffizienz weltweit zu, verbunden mit einem Verlust an Lebensqualität und Lebensjahren für den individuellen Patienten und hohen Kosten für das Gesundheitssystem. Die Standardtherapie, eine chirurgische Rekonstruktion oder ein Ersatz der Mitralklappe kommt aufgrund von Alter und Begleiterkrankungen (insbesondere der Herzinsuffizienz) bei bis zu 50% der Patienten nicht in Frage. Die MitraClip- Prozedur ist ein etabliertes Verfahren zur minimalinvasiven Therapie der hochgradigen Mitralklappeninsuffizienz bei Patienten mit hohem Operationsrisiko. In einigen, jedoch nicht allen Patientenkohorten konnte ein positiver Einfluss auf Rehospitalisierungen und Sterblichkeit gezeigt werden. Insbesondere Patienten mit Rechtsherzdysfunktion (RVD) scheinen weniger zu profitieren. Aufgrund des individuellen Risikos des Eingriffs und der erheblichen Kosten ist es notwendig, Patienten zu identifizieren die von dem Eingriff profitieren und solche bei denen ein ungünstiges Nutzen/ Risikoverhältnis besteht.
Im Rahmen des Frankfurter Mitralklappenregisters wurden 119 Patienten im interdisziplinären Konsens („Heart Team“) vom 07/2013 bis 02/2017 mit der MitraClip Prozedur behandelt und nach ihrem schriftlichen Einverständnis in die Analyse eingeschlossen. Der Langzeitverlauf wurde bis zum 31.12.2017 beobachtet.
Ziel der Studie war, zu erfassen, ob die Anwendung von bei Herzinsuffizienz etablierten Prognosemodellen bei diesen Patienten sinnvoll ist und ob sich das Seattle Heart Failure Model (SHFM) und der Meta-Analysis Global Group in Chronic Heart Failure (MAGGIC) Score in ihrer Genauigkeit bei diesen Patienten unterscheiden insbesondere im Kontext einer RVD.
Die Diagnose einer RVD erfolgte über den im Herzultraschall leicht zu erfassenden Parameter „Tricuspid Annular Plane Excursion“ (TAPSE), der die während der Systole zurückgelegte Strecke des Trikuspidalrings misst.
Die Genauigkeit in der Vorhersage der 1- Jahres Mortalität der beiden Scores wurde durch die Bestimmung der Area under the Receiver Operating Characteristic (AUROC) ermittelt.
Innerhalb eines Jahres nach MitraClip- Therapie verstarben 29 Patienten (28.2%) des Gesamtkollektivs. Bei Patienten mit funktioneller Mitralklappeninsuffizienz (FMR) betrug die 1- Jahres Mortalität 23,3%, bei Patienten mit degenerativer Mitralklappeninsuffizienz (DMR) 31,7%. In der Kaplan- Meier Analyse bestand eine signifikant erhöhte 1- Jahres Mortalität für Patienten mit RVD (34.8 vs 22.8%; p=0.009). Patienten mit FMR wiesen eine erhöhte Sterblichkeit auf, wenn gleichzeitig eine RVD bestand (38.1% vs 9.1% ohne RVD). Diese Assoziation bestand bei Patienten mit DMR nicht (32% mit RVD vs. 34.3%).
Die prognostische Genauigkeit beider Scores war im Gesamtkollektiv vergleichbar (SHFM: 0.704, MAGGIC: 0.692). Das gilt auch für separate Analysen nach funktioneller/ degenerativer Genese der Mitralklappeninsuffizienz (FMR: SHFM 0.696, MAGGIC 0.722; DMR: SHFM 0.727, MAGGIC 0.629). Bei Patienten ohne RVD zeigt das SHFM jedoch eine höhere diagnostische Genauigkeit als der MAGGIC Score (SHFM: 0.775; MAGGIC: 0.551, p <0.05). Bei Patienten mit Rechtsherzdysfunktion bestehen keine signifikanten Unterschiede (SHFM: 0.615; MAGGIC: 0.799, p>0.05), auch wenn ein Trend zugunsten des MAGGIC Scores bestand.
Eine bestehende RVD ist ein wichtiger prognostischer Marker für Patienten, die mit einem Mitraclip behandelt werden und sollte in der Entscheidungsfindung des „Heart Teams“ berücksichtigt werden. SHFM und MAGGIC Score besitzen eine adäquate prognostische Trennschärfe in unserer Patientenkohorte, Unterschiede bestehen bei Patienten mit/ ohne RVD. Aufgrund der Heterogenität der Erkrankung sowie der Begleiterkrankungen besteht für beide Scores nur eine moderate Trennschärfe, sie dürfen beim individuellen Patienten nicht einziges Entscheidungskriterium sein. Denkbar wäre, durch einen „machine learning“ Ansatz unter Einbeziehung klinischer, anatomischer, demographischer und laborchemischer Daten ein Score System zu entwerfen, mit dem eine höhere prognostische Genauigkeit erreicht werden könnte.
Phenology is the study of periodic life cycle events of living organisms and how these are influenced by environmental factors. Late phenological phases such as the timing of seed release and subsequent seed dispersal considerably affect ecology and evolution in plants. Since plants are mostly sessile organisms, seed dispersal is a crucial life cycle event for the ecology and evolution of plants. In fact, long-distance seed dispersal (LDD) is a very complex process in plant biology and significantly shapes the spatial and temporal dynamics of plant populations. For example, wind dispersal in plants is influenced by a variety of factors such as plant traits, habitat type and environmental conditions (e.g. wind speed). Considering the variability of wind conditions throughout the year, the timing of seed release and dispersal is known to have considerable effects on LDD. Even though late phenologies such as ripening duration and timing of seed release and subsequent dispersal are vital in estimating ecologically highly relevant LDD, these phenologies are not appropriately addressed in ecological research. The aim of this thesis is to gain insights into the factors that shape late plant phenologies. In particular, we address the following questions: which ecologically or evolutionary parameters drive the ripening process of plant species? How does the seasonal variability of wind affect the seed release phenology of plant species? How do these factors interact for plant species in different habitat types?
In order to address these questions, we applied different methodological approaches, ranging from fieldwork and monitoring phenology to computational simulation studies and statistical modeling. To study the ripening process of species, we monitored the flowering, ripening and seed release phenology of more than 100 Central European plant species. We conducted computational simulation studies for estimating LDD by wind to study the phenology of seed release and the parameters determining LDD by wind. In conjunction with phenological data from literature, we used the obtained simulation results to investigate evidence for the existence of phenological adaptations towards LDD in 165 plant species. Further, we used the results from simulation studies of LDD by wind to disentangle the effects of species, habitat types and meteorological conditions and their interactions on the spatial spread of plant species.
The results of the relationship between plant traits, phylogeny, the ripening process and climatic factors provide insights into the basic understanding of the ripening process of plants. We identified ecological factors that shape species’ ripening phenology and seed release timing. In particular, we suggest that the species’ seed weight, life form and phylogeny shapes ripening and seed release phenology. With the statistical models on species’ temperature demands for reproduction, we introduce data that that are well suitable for parametrization and further development of plant dispersal models. The results from the simulation study based on a seasonal perspective showed that heavier seeded tree species with medium wind dispersal potential (including genera Abies, Acer, Fraxinus and Larix) have a clear synchronisation of seed abscission with periods favouring LDD. These species, which are both ecologically and economically important, showed significant synchronisation of the highest rate of seed release with high wind-speed that promoted LDD by wind in wintertime. For the tree species mentioned, we suggest strong seasonal synchronisation as evidence for phenological adaptations in order to match favourable conditions during seed release. With a closer look at the wind conditions that promote LDD by wind, our results showed considerable differences in how specific wind conditions affect LDD in different species and habitat types. We suggest that LDD by wind in species from open habitats with high wind dispersal potential is likely to be driven by thermal updrafts that are mainly driven by the sun providing energy to the ground. By contrast, LDD of heavier-seeded species from open and forested habitats is more likely to be driven by storms that produce shear-driven turbulence. The results from this thesis contribute to an increased understanding of the complete dispersal process of plants and to making more realistic projections of (future) plant distribution.
The results obtained on factors driving ripening and release phenology provide valuable insights into their ecological and phylogenetic factor constraints. The implementation of more realistic assumptions in assessing species’ dispersal potential throughout the year could help considerably in improving landscape management (e.g. timing of mowing) and in the conservation of plant populations. The evidence found for phenological adaptations towards LDD in plants is an important step in understanding the evolutionary basis of LDD in these species.
Mit der nichtenzymatischen templatgesteuerten Oligomerisierung von RNA zu Selektionsexperimenten
(2004)
Die vorliegende Dissertation beruht auf der Nichtenzymatischen Templatgesteuerten Oligomerisierung von RNA. Dazu inkubiert man einen farbstoffmarkierten Primer mit komplementären Templaten und aktivierten Monomeren, den 2-Methyl-Phosphorimidazoliden. Die Verlängerung des Primers wurde durch Gelelektrophorese mit anschließender Detektion des Fluoreszenzfarbstoffs nachgewiesen. Eine erfolgreiche Primerverlängerung ist an viele Vorraussetzungen gebunden. Wichtig ist, dass der Duplex in der A-Konformation vorliegt. Deshalb ist es nötig, dass wenigstens der Primer oder das Templat aus RNA besteht. Von großem Vorteil ist, wenn die Basenpaare drei Wasserstoffbrücken ausbilden können. Auch die Stapelwechselwirkung ist ebenso wichtig für eine effiziente Kettenverlängerung, der Einbau von Purinen verläuft besser als der Einbau von Pyrimidinen. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Durchführung eines nichtenzymatischen PCR-artigen Experiments möglich ist. Das Verlängerungsprodukt der Hin-Reaktion wurde durch eine präparative Polyacrylamid Gelelektrophorese isoliert. Dieses diente dann als Templat für die Rückreaktion. Das Experiment aus Hin- und Rückreaktion bildete die Grundlage für ein Selektionsexperiment. Die Template wurden dafür um Zufallspositionen erweitert, die zwischen die Primerbindestellen eingefügt wurden. Nach mehrmaligem Durchlaufen des Zyklus aus Hin- und Rückreaktion sollte es sich zeigen, ob sich bestimmte Nucleotide in den Sequenzen angereichert haben. Zur Analyse wurde eine Methode basierend auf einer RP-HPLC entwickelt. Die vollverlängerten Produkte wurden mittels Gelelektrophorese isoliert und durch basische Hydrolyse in Monomere gespalten. Nach anschließender enzymatischer Dephosphorylierung konnte der Anteil der Nucleoside durch RP-HPLC bestimmt werden. Die erste erfolgreiche Anwendung fand diese Methode in der Analyse des Einbaus gegenüber T (U). Hier konkurrieren nämlich D (A) durch Watson/Crick-Paarung und G durch Wobble-Paarung um die Bindestelle. Aus diesem Grund bildeten sich bei Templaten aus C und T und der Inkubation nur mit G-Imidazolid allein die vollverlängerten Produkte zu einem hohen Anteil. Bei Reaktionen mit den Imidazoliden G und D konnte gezeigt werden, dass gegenüber T der Watson/Crick Partner D etwa dreimal häufiger eingebaut wurde als G. Eine weitere wichtige Grundlage für ein Selektionsexperiment bildete die Untersuchung, ob sich gegenüber Zufallspositionen überhaupt eine Kettenverlängerung feststellen lässt. Dazu wurde die Verlängerung unterschiedlicher Primer mit Templaten untersucht, die an einer oder mehreren Stellen Positionen aus [C/T] oder [A/C/G/T] enthielten. Es war deutlich zu sehen, dass die Verlängerung an solchen random-Sequenzen möglich ist. Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn man entweder nur mit 2-MeImpG allein oder mit 2-MeImpG und 2-MeImpD inkubierte. Die Verwendung aller vier Imidazolide aus C, D, G und U führte zwar auch zu vollverlängerten Produkten, ihr Anteil war aber deutlich geringer. Eine andere wichtige Aufgabe dieser Dissertation war die Aufklärung der Ursache für die kritische Länge der Template. Es konnte gezeigt werden, dass die Bildung von G-Quadrupelsträngen nicht der Grund ist, der den reibungslosen Einbau an längeren "homoC" Templaten verhindert. Zusätze von NaCl oder LiCl beeinflussten die Effizienz dieser Reaktionen kaum. Gute Resultate wurden bei der Verlängerung an Homopyrimidin-Templaten, die aus C und T bestanden, erzielt. Das vollverlängerte Produkt bildete sich bei der Verwendung von 2-MeImpG und 2-MeImpD in hohen Ausbeuten. Interessante Resultate ergaben sich im Fall des Einbaus von C an "homoG" Templaten. Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn völlig auf Na+-Ionen verzichtet wurde. Die Verwendung von Li-Imidazoliden, die auch in höherer Konzentration eingesetzt werden konnten, steigerte die Effizienz dieser Reaktionen deutlich. Durch das reduzierte stacking liefen alle Reaktionen allerdings langsamer und unvollständiger ab als beim Einbau von G an "homoC" Templaten. Die Stabilisierung des Duplexes durch stacking ist also entscheidend für erfolgreiche Primerverlängerungen. Überraschend schlechte Ergebnisse waren zu beobachten, wenn die Template gleichzeitig aus G und C aufgebaut waren. Die vollständig verlängerten Produkte wurden zu einem sehr geringen Anteil gebildet. Zusätzlich zum geringeren stacking der Pyrimidine, wurden Unregelmäßigkeiten in der Doppelhelixstruktur, die durch das abwechselnde Auftreten von Purinen und Pyrimidinen verursacht worden sind, als Ursache ausgemacht. Als neue Vorrausetzung für eine effiziente Kettenverlängerung hat sich also das Vorliegen einer regelmäßigen Doppelhelixstruktur herausgestellt.
Es geht um eine spezielle Auseinandersetzung mit dem Sachunterricht der hessischen Grundschule. Ziel eines Projektes („IGEL“ - Individuelle Förderung und adaptive Lern-Gelegenheiten in der Grundschule) des Frankfurter IDeA-Zentrums war es, das pädagogische Handeln von Lehrkräften zu verändern. Wir folgen diesem Versuch anhand dreier Lehrerinnen, die von Projektseite in der Methode der „Kognitiven Strukturierung“ fortgebildet wurden und die diese Methode im Rahmen einer standardisierten Unterrichtseinheit zum „Schwimmen und Sinken“ erproben sollen. Zu diesem Zweck führen wir Fallanalysen von Sachunterrichtsstunden vor und nach der Fortbildung derselben Lehrkräfte durch, sowie detaillierte didaktische Analysen des jeweils eingesetzten Materials. Wir kommen zu differenzierten kritischen Schlüssen. Das pädagogische und insbesondere das didaktische Handeln der Lehrerinnen wird in Folge der Fortbildungen stark perturbiert; zu der beabsichtigten und in Form von Handreichungen vorgegebenen „Kognitiven Strukturierung“ auf Schülerseite kommt es indes nicht. Stattdessen studieren wir intensiv die Überforderung der Lehrerinnen, die aus einer Kombination von a. den fachwissenschaftlichen Hintergründen, b. der freiwilligen Verpflichtung zur Manualumsetzung und c. den artikulierten Bedürfnissen der Schüler resultiert. Wir können anhand des Versuchs, die Lehrpersonen in „Kognitiver Strukturierung“ fortzubilden, einen Blick auf deren eigene kognitive und pädagogische Strukturen werfen; eine kontrollierte Eingriffnahme in diese Strukturen jedoch findet im Rahmen der „Implementationen“ nicht statt. Die Interventionsform der randomisierten Nachmittagsfortbildung wird zwar verworfen, lediglich angerissen aber die Frage, wie das erlangte Wissen zu nutzen wäre.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, vor- und nachbereitenden Unterricht zu Biodiversitätsführungen an den vier außerschulischen Lernorten Palmengarten, Senckenbergmuseum, Stadtwaldhaus und Zoo Frankfurt zu evaluieren. Durch den Unterricht mithilfe neu entwickelter Arbeitsmaterialien sollte die aktuelle Motivation der Schüler und weitere pädagogisch-psychologische Lernvariablen gefördert werden. Es stellte sich die Frage, ob so eine erhöhte Auseinandersetzung mit dem Themenkomplex Biodiversität erreicht werden kann und welche Einflussfaktoren dabei eine Rolle spielen.
Theoretische Grundlage war dabei das Risikowahlmodell der Leistungsmotivation nach Atkinson, das von Rheinberg zum handlungstheoretischen Modell der Motivation erweitert wurde (Rheinberg & Vollmeyer, 2012). Auf dieses bezieht sich der von Rheinberg et al. (2001) entwickelte und hier eingesetzte Fragebogen zur aktuellen Motivation (FAM).
Die Stichprobe setzte sich aus insgesamt 523 Schülern der Klassen 5 bis 9 zusammen. Davon nahm jeweils die Hälfte mit (Versuchsgruppe) und die andere ohne (Kontrollgruppe) vor- und nachbereitendem Unterricht an den Biodiversitätsführungen teil. Die Erhebung der aktuellen Motivation, des erworbenen Fachwissens und weiterer Variablen erfolgte in einem Pre/Post/Follow-Up-Design mit Fragebögen, deren Auswertung analytisch statistisch durgeführt wurde.
Es zeigte sich, dass in der Gesamtstichprobe die Teilnahme an der Biodiversitätsführung die aktuelle Motivation der Schüler erhöhte. Dauerhafte Lernparameter wie die Biologieeinstellung und die Interessenshandlung wurden jedoch nicht signifikant verändert. Ein eindeutiger Effekt der unterrichtlichen Vorbereitung konnte jedoch nicht ermittelt werden. Einzig beim gemessen Fachwissen zu den Führungsinhalten schnitt die Versuchsgruppe signifikant besser ab. Insgesamt wird angenommen, dass der Effekt des Besuchs des außerschulischen Lernortes an sich den Effekt der Vor- und Nachbereitung überdeckt oder vom Einfluss anderer Parameter beeinflusst wird. Hier stach besonders das Alter der Jugendlichen hervor, das vor allem in der hier evaluierten Schülergruppe bedingt durch die Pubertät eine große Rolle spielt. Weitere Einflussfaktoren waren die Biologieeinstellung und die Unterrichtsvariablen der Führung. In den Stichproben der einzelnen außerschulischen Lernorte zeigten sich leichte Abweichungen von der Gesamtstichprobe. Diese waren meist auf die leicht unterschiedliche Zusammensetzung der Stichproben zurückzuführen. Aber auch Besonderheiten der Lernorte hatten dabei ein bedeutendes Gewicht.
Bezüglich der Lernbedingungen für die Lernorte ließen sich aus den Ergebnissen vor allem zwei Komponenten ermitteln: Zum einen die Architektur/räumliche Struktur der Lernorte. Hier können Faktoren wie drinnen/ draußen, Größe und die räumliche Orientierung unterschieden werden. All dies hat Auswirkungen auf das physische Wohlbefinden der Schüler, was wiederum eine Voraussetzung für eine hohe Lernmotivation ist. Die andere Hauptkomponente ist das am Lernort behandelte Thema. Hier kann grob zwischen Pflanzen und Tieren unterschieden werden. Pflanzen wurden dabei in mehreren Studien von den Schülern als weniger attraktiv eingeschätzt. Trotzdem sollten aber die Möglichkeiten, auch botanische Themen außerhalb der Schule zu behandeln, von den Lehrkräften zur Vermittlung biologischer Vielfalt genutzt werden.
Als Konsequenz der Ergebnisse kann der Besuch eines außerschulischen Lernrotes im Biologieunterricht bezüglich der Förderung der Lernmotivation unbedingt empfohlen werden. Da kein klarer Effekt des vor- und nachbereitenden Unterrichts der Biodiversitätsführungen erkennbar war, wären hier weitere Untersuchungen vonnöten, um genauere Aussagen machen zu können. Hier böten sich Studien mit Schülern anderer Altersgruppen und der Vergleich nur zweier außerschulischer Lernorte an.
Die vaskuläre NADPH-Oxidase ist eine wichtige Quelle für reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS). Viele dieser Daten wurden unter Verwendung des Inhibitors Apocynin (4'-Hydroxy-3' methoxyacetophenon) erhoben, dessen Wirkungsweise jedoch nicht bekannt war. In dieser Arbeit wurde der Mechanismus der Hemmung der vaskulären NADPH-Oxidase näher untersucht, sowie nach weiteren Inhibitoren gesucht. In HEK293-Zellen wurden die NADPH-Oxidase-Isoformen Nox1, Nox2, Nox4, Duox1 oder Duox2 überexprimiert und die von den Zellen produzierten Radikale durch verstärkte Chemilumineszenz gemessen. Hierbei wurde festgestellt, dass Apocynin die Produktion von Superoxidanionen nicht hemmt, aber die Detektion von Wasserstoffperoxid- oder Hydroxylradikalen beeinflusst. Wenn die Radikale durch Xanthin/Xanthin-Oxidase oder nicht-enzymatische Systeme generiert wurden, beeinflusste Apocynin direkt die Peroxid-, aber nicht die Superoxid-Detektion. In Leukozyten ist Apocynin ein Pro-Pharmakon, das durch Myeloperoxidase (MPO) aktiviert werden kann. Dieser Prozess führt zur Bildung eines Apocyninradikals, das zu einem Dimer umgewandelt wird. Allerdings kann man aufgrund der hohen Reaktivität des Radikals nur das Dimer nachweisen. Endothelzellen und glatte Muskelzellen sind nicht in der Lage dieses Dimer zu bilden und können daher Apocynin nicht aktivieren. In Nox-überexprimierenden HEK293-Zellen konnte die Dimer-Bildung gezeigt werden, wenn MPO zugegeben wurde. Apocynin kann ohne MPO-Zugabe nur die NADPH-Oxidase in Leukozyten hemmen und wirkt in vaskulären Zellen als Antioxidans. Tatsächlich wurde in vaskulären glatten Muskelzellen die Aktivierung der redoxsensitiven Kinasen p38-MAP-Kinase, Akt und Erk1/2 durch Wasserstoffperoxid und durch den intrazellulären Radikal-Generator Menadion in Anwesenheit von Apocynin verhindert. Des Weiteren wurde untersucht, ob Cyclooxygenase 2 (COX-2), die eine ähnliche Peroxidase-Domäne wie MPO besitzt, mit Apocynin interagiert. Die COX-2-Aktivität wurde durch Apocynin gehemmt. In COX-2 überexprimierenden HEK293- Zellen wurden die Superoxidanion- sowie die Wasserstoffperoxid-Bildung durch Apocynin völlig gehemmt. Allerdings konnte durch die Peroxidaseaktivität von COX-2 Apocynin nicht aktiviert und somit kein Dimer nachgewiesen werden. Diese Beobachtung unterstützt ferner die unspezifische Natur der Nox-Hemmung durch Apocynin.Intravenös appliziertes Apocynin in Mäusen und Schweinen führte zu einer Aktivierung von Apocynin. In vivo wirkt Apocynin somit als möglicher Nox2-Inhibitor und als Antioxidans. Flavonoide, insbesondere die des Katechol-Typs, in dem der B-Ring monomethyliert ist, haben eine ähnliche Struktur wie Apocynin. Daher wurde in dieser Arbeit auch das Potenzial der Flavonoide Epicatechin, 3'-O-Methyl-Epicatechin, Procyanidin B2 und Isorhamnetin als Inhibitoren der NADPH-Oxidase analysiert. Nox-überexprimierende HEK293-Zellen (Nox1, Nox2 sowie Nox4) wurden mit verschiedenen Flavonoiden inkubiert und die ROS-Bildung mittels verstärkter Chemilumineszenz gemessen. Epicatechin und Procyanidin B2 hemmten die Radikal-Detektion der verschiedenen Nox-Isoformen in allen Detektionssystemen. Isorhamnetin hemmte die Radikal-Detektion durch Nox1 nur leicht, allerdings wurde die Bildung der Radikale durch Nox4 und Nox2 fast komplett blockiert. 3'-O-Methyl-Epicatechin wies die schwächste antioxidative Wirkung auf. Es hemmte zwar die Wasserstoffperoxidbildung, jedoch kaum die Nox1- und Nox2-abhängige Superoxidanion-Bildung. Keine der getesteten Substanzen konnte den „respiratorischen Burst“ in mit Phorbolmyristatacetat stimulierten Leukozyten blockieren. Diese Daten deuten darauf hin, dass Apocynin und Katechine potente Antioxidantien für Wasserstoffperoxid, aber keine spezifischen NADPH-Oxidase- Hemmer in vaskulären Systemen sind.
In der vorliegenden prospektiven Studie in der neurochirurgischen Klinik an der Johann Wolfgang Goethe-Universität in Frankfurt am Main wurden Oktober 2001 bis August 2006 dreiunddreißig Patienten mit intraduralen Raumforderungen der zervikalen und thorakalen Wirbelsäule unter Betrachtung eines möglichen prädiktiven Wertes der Serumkonzentration des Gliaproteins S100B und des intraoperativen Monitorings untersucht.
Bei jedem Patienten erfolgte das intraoperative Monitoring mittels MEPs und SEPs, außerdem wurde prä- und mehrfach postoperativ die S100B-Serumkonzentration bestimmt. Anschließend wurden die Patienten mindestens 1 Jahr nach dem Eingriff in Bezug auf die noch bestehenden körperlichen Folgen sowie auch die Einschränkungen im alltäglichen Leben und im psychischen Wohlbefinden untersucht.
Der Zusammenhang zwischen dem neurologischen Langzeitoutcome, den Teilergebnissen im intraoperativen Monitoring und im postoperativen S100B-Verlauf zeigte sich deutlich und war statistisch signifikant. Die gemeinsame Betrachtung der Serumkonzentration des Gliaproteins und des IOM unterstrich diese Ergebnisse nochmals, die Spezifität für ein gutes Outcome bei unkompliziertem Monitoring und ausbleibenden Anstieg des S100B lag zum Beispiel bei 100%.
Auch in der Befragung zum alltäglichen Leben anhand des SF-36 zeigte sich ein klarer Zusammenhang zwischen dem klinischen Outcome und den subjektiv aus Patientensicht geschilderten Problemen in der Bewältigung des Alltags. Interessanterweise korrelierte aber die psychische Summenskala des Scores nicht mit dem körperlichen Befund. Die Gruppe des schlechten Outcomes zeigte ein besseres psychisches Wohlbefinden als die Gruppe des guten Outcomes, die aber mit der Normstichprobe vergleichbare Ergebnisse erzielte.
Global climate change and land use change will not only alter entire ecosystems and biodiversity patterns, but also the supply of ecosystem services. A better understanding of the consequences is particularly needed in under-investigated regions, such as West Africa. The projected environmental changes suggest negative impacts on nature, thus representing a threat to the human well-being. However, many effects caused by climate and land use change are poorly understood so far. Thus, the main objective of this thesis was to investigate the impact of climate and land use change on vegetation patterns, plant diversity and important provisioning ecosystem services in West Africa. The three different aspects are separately explored and build the chapters of this thesis. The findings help to improve our understanding of the effects of environmental change on ecosystems and human well-being. In the first study, the main objectives were to model trends and the extent of future biome shifts in West Africa that may occur by 2050. Also, I modelled a trend in West African tree cover change, while accounting for human impact. Additionally, uncertainty in future climate projections was evaluated to identify regions with reliable trends and regions where the impacts remain uncertain. The potential future spatial distributions of desert, grassland, savanna, deciduous and evergreen forest were modelled in West Africa, using six bioclimatic models. Future tree cover change was analysed with generalized additive models (GAMs). I used climate data from 17 general circulation models (GCMs) and included human population density and fire intensity to model tree cover. Consensus projections were derived via weighted averages to: 1) reduce inter-model variability, and 2) describe trends extracted from different GCM projections. The strongest predicted effect of climate change was on desert and grasslands, where the bioclimatic envelope of grassland is projected to expand into the Sahara desert by an area of 2 million km2. While savannas are predicted to contract in the south (by 54 ± 22 × 104 km2), deciduous and evergreen forest biomes are expected to expand (64 ± 13 × 104 km2 and 77 ± 26 × 104 km2). However, uncertainty due to different GCMs was particularly high for the grassland and the evergreen forest biome shift. Increasing tree cover (1–10%) was projected for large parts of Benin, Burkina Faso, Côte d’Ivoire, Ghana and Togo, but a decrease was projected for coastal areas (1–20%). Furthermore, human impact negatively affected tree cover and partly changed the direction of the projected climate-driven tendency from increase to decrease. Considering climate change alone, the model results of potential vegetation (biomes) showed a ‘greening’ trend by 2050. However, the modelled effects of human impact suggest future forest degradation. Thus, it is essential to consider both climate change and human impact in order to generate realistic future projections on woody cover. The second study focused on the impact and the interplay of future (2050) climate and land use change on the plant diversity of the West African country Burkina Faso. Synergistic forecasts for this country are lacking to date. Burkina Faso covers a broad bioclimatic gradient which causes a similar gradient in plant diversity. Thus, the impact of climate and land use change can be investigated in regions with different levels of species richness. The LandSHIFT model from the Centre of Environmental System research CESR (Kassel, Germany) was adapted for this study to derive novel regional, spatially explicit future (2050) land use simulations for Burkina Faso. Additionally, the simulations include different assumptions on the technological developments in the agricultural sector. Oneclass support vector machines (SVMs), a machine learning method, were performed with these land use simulations together with current and future (2050) climate projections at a 0.1° resolution (cell: ~ 10 × 10 km). The modelling results showed that the flora of Burkina Faso will be primarily negatively impacted by future climate and land use changes. The species richness will be significantly reduced by 2050 (P < 0.001, paired Wilcoxon signed-rank test). However, contrasting latitudinal patterns were found. Although climate change is predicted to cause species loss in the more humid regions in Southern Burkina Faso (~ 200 species per cell), the model projects an increase of species richness in the Sahel. However, land use change is expected to suppress this increase to the current species diversity level, depending on the technological developments. Climate change is a more important threat to the plant diversity than land use change under the assumption of technological stagnation in the agricultural sector. Overall, the study highlights the impact and interplay of future climate and land use change on plant diversity along a broad bioclimatic gradient in West Africa.Furthermore, the results suggest that plant diversity in dry and humid regions of the tropics might generally respond differently to climate and land use change. This pattern has not been detected by global studies so far. Several of the plant species in West Africa significantly contribute to the livelihoods of the population. The plants provide so-called non-timber forest products (NTFPs), which are important provisioning ecosystem services. However, these services are also threatened by environmental change. Thus, the third study aimed at developing a novel approach to assess the impacts of climate and land use change on the economic benefits derived from NTFPs. This project was carried out in cooperation with Katja Heubach (BiK-F) who provided data on household economics. These data include 60 interviews that were conducted in Northern Benin on annual quantities and revenues of collected NTFPs from the three most important savanna tree species: Adansonia digitata, Parkia biglobosa and Vitellaria paradoxa. The current market prices of the NTFPs were derived from respective local markets. To assess current and future (2050) occurrence probabilities of the three species, I calibrated niche-based models with climate data (from Miroc3.2medres) and land use data (LandSHIFT) at a 0.1° resolution (cell: ~ 10 × 10 km). Land use simulations were taken from the previous study on plant diversity. Three different niche-based models were used: 1) generalized additive models (regression method), 2) generalized boosting models (machine learning method), and 3) flexible discriminant analysis (classification method). The three model simulations were averaged (ensemble forecasting) to increase the robustness of the predictions. To assess future economic gains and losses, respectively, the modelled species’ occurrence probabilities were linked with the spatially assigned monetary values. Highest current annual benefits are obtained from V. paradoxa (54,111 ± 28,126 US$/cell), followed by P. biglobosa (32,246 ± 16,526 US$/cell) and A. digitata (9,514 ± 6,243 US$/cell). However, in the prediction large areas will lose up to 50% of their current economic value by 2050. Vitellaria paradoxa and Parkia biglobosa, which currently reveal the highest economic benefits, are heavily affected. Adansonia digitata is negatively affected less strongly by environmental change and might regionally even supply increasing economic benefits, in particular in the west and east of the investigation area. We conclude that adaptive strategies are needed to create alternative income opportunities, in particular for women that are responsible for collecting the NTFPs. The findings provide a benchmark for local policy-makers to economically compare different land use options and adjust existing management strategies for the near future. Overall, this thesis improves our understanding of the impacts of climate and land use changes on West African vegetation patterns, plant diversity and provisioning ecosystem services. Climate change had spatially varying impacts (positive and negative effects) on the vegetation cover and plant diversity, while predominantly negative effects resulted from human pressure. Regional contrasting impacts of environmental change were also found considering the provisioning ecosystem services.
For millennia, rural West African communities living in or adjacent of savanna ecosystems have been collecting components of local plant species (e.g. fruits, leaves, bark) in order to fulfil essential household subsistence needs (alimentation, medical care, energy demand etc.), to generate cash income and to overcome times of (financial) crisis. Thus, these non-timber forest products (NTFPs) make a considerable contribution to the well-being of local households. However, climate and land use change severely impact West African savanna ecosystems and, consequently, the safe-guarding of dependent rural livelihoods. The conversion of savanna area into cultivated land for subsistence farming owing to the ongoing population growth, as well as the progressive promotion of cash crops (e.g. cotton) is ever-increasing. As a consequence, present land-use management in West Africa has to cope with serious trade-offs. Within this decision-making NTFPs have been constantly understated due to a lack of appropriate economic figures to use within common cost-benefit analysis, and, thus, have been frequently outcompeted by seemingly more profitable land-use options. Therefore, it is crucial to provide appropriate economic data for NTFPs in order to create positive incentives for both decision-makers and NTFP beneficiaries to conserve NTFP-providing trees. The key finding of this analysis is that income from NTFPs accounts for 39 % on average of an annual total household income in Northern Benin, representing the second largest income share next to crop income and proving the respective households to be economically heavily dependent on NTFPs. Thereby, socio-economic characteristics of NTFP users tremendously shape their preferences for woody species. Particularly ethnicity has a major impact on the species used and the economic return obtained by them. Moreover, the study investigated the impacts of climate and land use change on the economic benefits derived from the three economically most important tree species in the region Vitellaria paradoxa, Parkia biglobosa and Adansonia digitata in 2050: Environmental changes will have primarily negative effects on the economic returns from all the three species. At large, the study underpins the economic relevance of NTFPs for rural communities in West African savannas and, consequently, the necessity to appropriately sustain them in order to safe-guard local livelihoods. Providing key figures on the current and future economic benefits obtained from NTFPs can augment common cost-benefit analysis, and, delivering detailed information about peoples’ use preferences for local species, this study clearly contributes to improve the basis of decision-making with reference to local land-use policies.
Since the early 2000s, nucleic acid aptamers have gained considerable attention of life science communities. This is in particular due to the fact that aptamers are known to function as artificial riboswitches, which presents an efficient way to regulate gene expression. A promising candidate is the tetracycline-binding RNA aptamer (TC-aptamer) since the TC-aptamer is known to function in vivo and exhibits a very high affinity towards its ligand tetracycline (TC) (Kd = 800 pM at 10mM Mg2+). Although a highly resolved crystal structure exists in the ligand bound state, questions related to dynamics cannot be answered with X-ray crystallography. In this work, pulsed electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy was used to study different biochemical and structural aspects of the TC-aptamer.
On the one hand, pulsed hyperfine spectroscopy was used to study the binding of TC via Mn2+ to the TC-aptamer at lower and thus more physiological divalent metal ion concentrations. In a first step, a protocol for the relatively new pulsed hyperfine technique electron-electron double resonance detected NMR (ELDORdetected NMR or just EDNMR) was developed for Q-band frequencies (34 GHz). After a successful verification of the EDNMR technique at Q-band frequencies on Mn2+ model complexes ([Mn(H2O)6]2+ and Mn-DOTA), two dimensional hyperfine techniques were used to confirm the formation of a ternary RNA-Mn2+- TC complex at physiological divalent metal ion concentrations. Correlation signals between 13C (13C-labeled TC) and 31P (from the RNA backbone) to the same Mn2+ electron spin were detected with 2D-EDNMR and triple hyperfine correlation spectroscopy (THYCOS).
On the other hand, pulsed electron-electron double resonance (PELDOR) spectroscopy on a doubly nitroxide-labeled TC-aptamer was used to investigate the conformational rearrangement upon ligand binding and how the conformational flexibility is affected by different Mg2+ concentrations. The Çm spin label was used as a nitroxide spin probe. Due to its rigidity and low degree of internal flexibility, the Çm spin label yields very narrow distance distributions and pronounced orientation selection (OS). As a consequence, the width of the distance distributions can be used to draw conclusions about the conformational flexibility of the spin-labeled helices. Analysis of the distance distributions showed that at high Mg2+ concentrations, the TC-aptamer is in its folded state, irrespective of the fact if TC is present or absent. Orientation selective PELDOR revealed that the orientation of the spin-labeled helices in frozen solution is the same as in the crystal structure. First Mn2+-nitroxide pulsed electron electron double resonance (PELDOR) measurements on a singly nitroxide-labeled and Mg2+/Mn2+-substituted TCaptamer at different Mn2+ concentrations in the presence and absence of TC gave insight into the affinities of the additional divalent metal ion binding sites of the TC-aptamer.
Angesichts der Bedrohung durch den Klimawandel sind Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen dringend notwendig. Obwohl auf den Gesundheitssektor 5 bis 10 % der nationalen Treibhausgasemissionen entfallen, spielt das Thema Nachhaltigkeit in deutschen Kliniken bisher nur eine untergeordnete Rolle. Studien der letzten Jahre haben gezeigt, dass die Nutzung von Mehrwegartikeln gegenüber der Nutzung von Einwegartikeln in der Anästhesiologie einen Vorteil in Bezug auf die CO2-Emissionen bieten kann. Gleichzeitig stehen Kliniken vor der Herausforderung, kosteneffizient zu handeln. In der vorliegenden Promotionsarbeit werden deshalb die CO2-Emissionen sowie die Kosten von Einweg-Beatmungsschlauchsystemen, Einweg-Beatmungsmasken und Einweg-Laryngoskopspateln im Zentral-OP des Universitätsklinikums Frankfurt pro Nutzung ermittelt und diese mit den Kosten sowie den CO2-Emissionen von entsprechenden Mehrweg-Alternativen pro Nutzung verglichen. Daraus soll eine Handlungsempfehlung für die künftige Verwendung von Mehrwegmaterial oder Einwegmaterial abgeleitet und ein Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Anästhesiologie geleistet werden.
Methodisch wurde eine deskriptive Untersuchung umgesetzt. Die Daten wurden anhand von Informationen, die von den Produktherstellern, der Host Energie GmbH, der Abteilung Einkauf und den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Materialaufbereitung des Universitätsklinikums Frankfurt zur Verfügung gestellt wurden sowie durch eigene Erhebung gesammelt. Die Kosten pro Nutzung wurden anhand der realen Bezugspreise aus dem Jahr 2022 für die Einwegmaterialien bzw. der Angebote der Anbieter für die Mehrwegprodukte errechnet. Die Kosten der Entsorgung wurden gewichtsbezogen addiert. Für die Mehrwegartikel wurden zudem die Kosten der Aufbereitung berücksichtigt. Für die Kalkulationen der CO2-Emissionen wurden die Konversionsfaktoren des DEFRA aus Großbritannien verwendet, die bei bekanntem Produktgewicht eine näherungsweise Bestimmung der Treibhausgasemissionen der Materialproduktion, der Entsorgung und der Aufbereitung erlauben. Patientendaten wurden nicht verwendet, so dass weder ein Ethikvotum noch ein Datenschutzvotum erforderlich waren.
Die Ergebnisse zeigen, dass alle untersuchten Mehrwegartikel pro Nutzung günstiger sind als die äquivalenten Einwegartikel, wobei der Preisunterschied bei den Laryngoskopspateln am größten ist. Diese kosten als Einwegartikel 2,66 € pro Nutzung, die Mehrweg-Alternative 0,12 € pro Nutzung. Gleichzeitig sind die Treibhausgasemissionen pro Nutzung für alle untersuchten Mehrwegartikel niedriger als für die entsprechenden Einwegartikel. Der Unterschied ist hier ebenfalls bei den Laryngoskopspateln am größten. Ein Einweg-Laryngoskopspatel der Größe 4 generiert pro Nutzung 0,228 kg CO2-Äquivalent, wohingegen die Mehrweg-Alternative nur 0,093 kg CO2-Äquivalent verursacht.
Im Fazit ergibt sich dadurch, dass die Verwendung von Mehrweg-Beatmungsschlauchsystemen, Mehrweg-Beatmungsmasken und Mehrweg-Laryngoskopspateln für das Universitätsklinikum Frankfurt einen sowohl ökonomischen als auch ökologischen Vorteil gegenüber der Verwendung der Einwegartikel bietet. Die Umstellung zu Mehrwegartikeln in der Anästhesiologie hat somit nicht nur das Potenzial Kosten einzusparen, sondern auch den CO2-Fußabdruck im Gesundheitssektor zu senken.
Random constraint satisfaction problems have been on the agenda of various sciences such as discrete mathematics, computer science, statistical physics and a whole series of additional areas of application since the 1990s at least. The objective is to find a state of a system, for instance an assignment of a set of variables, satisfying a bunch of constraints. To understand the computational hardness as well as the underlying random discrete structures of these problems analytically and to develop efficient algorithms that find optimal solutions has triggered a huge amount of work on random constraint satisfaction problems up to this day. Referring to this context in this thesis we present three results for two random constraint satisfaction problems. ...
Maligne Gliome sind die häufigsten Neoplasien des Zentralen Nervensystems. Sie zählen zu den hypoxischsten Tumoren und entwickeln u.a. durch die Adaption an niedrige Sauerstoffbedingungen Apoptose-resistente Phänotypen. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch schnelle Proliferation und ein diffuses, infiltratives Wachstum in das umliegende Neuropil aus, was eine vollständige Tumor-Resektion unmöglich macht. Entsprechend liegt die mediane Überlebenszeit nach der Diagnose trotz chirurgischen Eingriffs bei anaplastischen Astrozytomen (WHO Grad III) zwischen 18 und 20 Monaten und bei Glioblastomen (WHO Grad IV) zwischen 12 und 15 Monaten. Im ersten Abschnitt der vorliegenden Arbeit wurden 17 Gliomzelllinien in einem in vitro-Anoxiemodell auf ihre Hypoxie-Sensitivität hin untersucht. Dabei wurde eine hohe Variabilität hinsichtlich der Hypoxie-Toleranz festgestellt, sowie die Tendenz zu einer ausgeprägter Anpassung an niedrige Sauerstoffverhältnisse, begleitet von der Fähigkeit, das mitochondriale Membranpotential (delta psi m) aufrecht zu erhalten. Der durch Hypoxie induzierte Zelltod wurde als Caspase-unabhängig und Nekrose-ähnlich charakterisiert. Apoptose wurde hingegen auch in den Hypoxie-sensitiven Zelllinien nach 48 stündigem Sauerstoffentzug nur in sehr geringem Ausmaß beobachtet. Funktionelle Analysen mit den synthetischen BH3-Mimetika HA14-1 und BH3I 2’, die selektiv Bcl-2 bzw. Bcl xL/Bcl-2 inhibieren, lassen darauf schließen, dass die für Gliomzellen typische Bcl-2- und Bcl xL-Überexpression eine Blockade des mitochondrialen Signalwegs verursacht und so entscheidend zur Apoptose-Resistenz der Zellen beiträgt. Der Todesligand TRAIL, der selektiv in Tumorzellen Zelltod aktiviert, ist ein vielversprechender Kandidat für neue Apoptose-induzierende Krebstherapien. Da jedoch einige Krebszelltypen einschließlich maligner Gliome weitgehend gegen TRAIL resistent sind, richtet sich das Interesse verstärkt auf kombinatorische Therapieansätze, die Tumorzellen für TRAIL resensitivieren sollen. Nur zwei von sechs untersuchten Gliomzelllinien reagierten auf die Behandlung mit TRAIL, wobei eine Korrelation zwischen Hypoxie- und TRAIL-Resistenz deutlich wurde und die Hypothese einer ausgeprägten Kreuzresistenz stärkt. Ein Zusammenhang zwischen TRAIL-Sensitivität und TRAIL-Todes- bzw. –Decoy-Rezeptor-Expression konnte indes nicht hergestellt werden. Der Vergleich von konventionellen Therapienansätzen (Gamma-Bestrahlung) mit neuartigen Wirkstoffklassen (BH3-Mimetika und Proteasomeninhibitoren) zeigte, dass Gamma-Bestrahlung lediglich in TRAIL-sensitiven Zellen synergistisch mit TRAIL wirkte, während die BH3-Mimetika den TRAIL-induzierten Zelltod sowohl in TRAIL-sensitiven als auch –resistenten Zellen signifikant erhöhten. Diese Befunde legen nahe, dass die hohen Bcl-2- und Bcl xL-Proteinlevel verschiedene Signalwege hemmen, die an den Mitochondrien konvergieren und dadurch die Apoptose- bzw. Therapie-Resistenz maligner Gliome steigern. Der Einsatz der Proteasomeninhibitoren MG132 und Epoxomicin erwies sich vergleichsweise als am effizientesten: Beide Substanzen vervielfachten p53-unabhängig den TRAIL-induzierten Zelltod in TRAIL-sensitiven Gliomzellen und reaktivierten darüber hinaus potent die TRAIL-induzierte Apoptose in den TRAIL-resistenten Zelllinien. Microarray- und semi-quantitative RT-PCR-Analysen ergaben eine potente transkriptionelle Aktivierung des TRAIL-Rezeptors DR5 und der Stress-induzierten Transkriptionsfaktoren CHOP und c-Jun. Weitere Untersuchungen mit Hilfe von chemischen Inhibitoren und RNA-Interferenz zeigten, dass die CHOP-unabhängige, JNK/c-Jun-Signalwegs-vermittelte Aktivierung von DR5 eine maßgebliche Rolle bei der Proteasomeninhibitor-induzierten Sensitivierung von Gliomzellen für TRAIL spielt. Zusammengenommen legen die vorgelegten Befunde nahe, dass neue Ansätze basierend auf TRAIL oder agonistischen TRAIL-Rezeptor-Antikörpern in Kombination mit Proteasomeninhibitoren oder BH3-Mimetika vielversprechende Strategien zur Überwindung der Therapieresistenz maligner Gliome darstellen.
Oder - ist er doch frei?
(2005)
Die Arbeit beschäftigt sich mit der interdisziplinären Kontroverse um die Willensfreiheit. Es wird aufgezeigt, dass, unter Einbezug der heutigen naturwissenschaftlichen Erkenntnisse und deren Grenzen, es immer noch möglich ist, eine Willensfreiheit mit der damit verbundenen Verantwortung in der starken Begriffsform von Kant im Sinne eines Kausalneuanfangs anzunehmen. Die Hinführung zu einer positiv bejahten Willensfreiheit erfolgt entsprechend der Beweisführung Kants. Es werden neuro- und naturwissenschaftliche Erkenntnisgrenzen und Widersprüche (inhaltlicher und methodischer Art) aufgezeigt, und es wird so ein „Spielraum“ für eine theoretisch denkbare Willensfreiheit eröffnet. Dieser theoretisch denkbare Raum wird mit Hilfe empirischer Studien mit der aus der Praxis erforderlichen Annahme einer praktischen Willensfreiheit ausgefüllt. Neurowissenschaftliche, genetische und sozialwissenschaftliche Studien zeigen hierbei auf, dass das Gehirn wegen seiner Plastizität nur ein Glied in einer Kausalkette ist und deswegen zu keiner Falsifikation einer Hypothese von einem Kausalanfang, das heißt der Willensfreiheit, dienen kann. Die praktische Umsetzung der Willensfreiheit wird einerseits durch die Zuhilfenahme des Informationsbegriffes, der neurowissenschaftliche und philosophische Kategorien umfassen kann, und andererseits durch das Konzept eines emotionalen Gleichgewichtes zugelassen. Letzteres stellt den Zustand im Menschen dar, der als informationelles Patt einen nicht vorhersagbaren Kausalneuanfang ermöglicht. Dieser ist in jedem Menschen als Freiheitspotential angelegt, mit dem allerdings in einer aktiven Weise gearbeitet werden muss, damit Freiheit zur Geltung kommen kann. Letzteres ist von Bedeutung hinsichtlich kultureller Veränderungen, technischer Innovationen, Therapien, Motivationen, Identifikationen und vieler anderer menschlicher Potentiale.
Hintergrund: Moderne Schrittmacher erlauben eine automatische Detektion atrialer Tachyarrhythmien und bieten Speicherfunktionen für diese Arrhythmien. Während dies die Erkennung atrialer Tachyarrhythmien bei Schrittmacher-Patienten verbessern kann, können andererseits inadäquate Detektionen auftreten und sollten berücksichtigt werden. Die vorliegende Analyse betrifft Elektrogramme, die im Rahmen der BEATS- (Balanced Evaluation of AT in Stimulated Patients) Studie bei atrialer Tachyarrhythmie-Detektion durch den Schrittmacher gespeichert wurden und deren zugrunde liegende Arrhythmien bzw. die Häufigkeiten und Ursachen inadäquater Detektionen. Methodik: Bei 255 Patienten (159 Männer, mittleres Alter 70  11 Jahre) mit einer Klasse I-Indikation zur permanenten Schrittmacher-Stimulation wurde ein DDDR-System (Discovery/Pulsar I oder II, Fa. Guidant Co., MN) implantiert, das eine atriale Tachyarrhythmie-Detektion zusammen mit gespeicherten Zweikanal-Elektrogrammen bietet. Alle Patienten erhielten bipolare atriale Elektroden, die Detektion atrialer Tachyarrhythmien stellte den einzigen Auslöser einer Elektrogramm-Speicherung dar (8 Elektrogramme bei Discovery/Pulsar I, 5 bei Discovery/Pulsar II). Sechs Wochen, 6 und 12 Monate nach Schrittmacherimplantation wurden die Systeme abgefragt, alle gespeicherten Daten ausgedruckt und die gespeicherten Elektrogramme analysiert. Primäre Studienendpunkte waren der Anteil adäquater und Ursachen inadäquater atrialer Tachyarrhythmie-Detektionen. Ergebnisse: Es wurden insgesamt 1932 Elektrogramme gespeichert und nachfolgend analysiert: Atriale Tachyarrhythmien 715 episodes (36.4%) Nicht-anhaltende atriale Salven 308 episodes (16.3%) Andere supraventrikuläre Tachykardien 12 episodes (0.6%) Ventrikuläres Fernfeld-Oversensing 716 episodes (36.0%) Elektromagnetische Interferenz 27 episodes (1.4%) Myopotential-Oversensing 46 episodes (2.3%) Ineffektive atriale Stimulation 2 episodes (0.1%) Unklar 132 episodes (6.9%) Der Organisationsgrad war hoch (Typ I) bei 456 von 715 Episoden atrialer Tachyarrhythmien (64%), intermediär bei 148 (21%) und niedrig bei 103 Elektrogrammen (15%), in denen sich eine atriale Tachyarrhythmie bestätigte. Oversensing ventrikulärer Fernfeld-Signale war die häufigste Ursache inadäquater Detektion atrialer Tachyarrhythmien und trat trotz Programmierung der atrialen Blanking-Zeit auf >80 ms auf. Episoden mit Myopotential-Oversensing traten bei versehentlicher Programmierung auf unipolare Wahrnehmung (Nominal-Einstellung) auf. Schlussfolgerungen: Episoden atrialer Tachyarrhythmien, die von Schrittmachern automatisch detektiert werden, erfordern gespeicherte Elektrogramme zur Überprüfung, da ein signifikanter Anteil durch Oversensing verursacht sein oder nicht-anhaltende atriale Salven darstellen kann. Inadäquate Detektionen atrialer Tachyarrhythmien sollten genutzt werden, um die Schrittmacher-Programmierung zu optimieren (atriale Ausblendzeiten, Detektionskriterien atrialer Tachyarrhythmien, atriale Empfindlichkeit).
Es war Gegenstand dieser Arbeit, die Zahl und das Vorkommen der Sporen der Bacillus Spezies im Vergleich zu anderen Parameter in der Trinkwasseruntersuchung die bisher im §37 des Infektionsschutzgesetzes eingesetzt wurden an 288 Wasserproben von verschiedenen Wassergewinnungsanlagen und Trinkwassersystemen nachzuweisen, um das Verhalten der Sporen der Bacillus Spezies in diesen Bereichen zu beschreiben und mit den bisher üblichen Keimen der Trinkwasseruntersuchung in Beziehung zu setzen. Es sollte überprüft werden, ob eine Korrelation zwischen der Koloniezahl und der Zahl der aeroben Sporenbildner nachgewiesen werden kann. Es wurden 77 Wasserproben aus dem Leitungswassersystem der Uni-Klinik Frankfurt entnommen und auf Vorkommen von Sporen der Bacillus Spezies, Koloniezahl, E. coli und Coliformen Bakterien untersucht. Alle 77 Wasserproben konnten bei einem Erfahrungsrichtwert von 10 KBE in 100 ml Trinkwasser und einer Koloniezahl von 100 pro 1ml Trinkwasser als zufrieden stellend angesehen werden. An keine der Proben konnte ein Wachstum von E. coli festgestellt werden, an 7 Wasserproben konnten Coliforme Bakterien nachgewiesen werden. Es konnte keine Korrelation zwischen Sporen der Bacillus Spezies und der Koloniezahl beim Leitungswassersystem der Uni-Klinik Frankfurt festgestellt werden. Von den 113 untersuchten Flachbrunnen von privaten Haushalten (Oberflächenwasser), konnten nach den strengen Trinkwasserverordnungsrichtlinien nur 60 Proben als zufrieden stellend bezeichnet werden, da aber diese Wassergewinnungsanlagen hauptsächlich zur Bewässerung dient, ist es unbedenklich. An keine der Wasserproben konnten Coliforme Bakterien nachgewiesen werden, und an 10 Wasserproben konnte E. coli nachgewiesen werden. Bei diesen Wassergewinnungsanlagen konnte eine Korrelation zwischen Sporen der Bacillus Spezies und der Koloniezahl nachgewiesen werden. Es wurden 82 Grundwasserproben der Stadtwerke Hanau entnommen, davon waren 35 Wasserproben gechlort und aufbereitet, 28 Wasserproben ungechlort und aufbereitet und 19 Proben waren ungechlortes Rohwasser. Vergleicht man die Werte der einzelnen Wasserarten miteinander, so stellt man fest, dass die Sporenzahl fast identisch ist, Werte zwischen 0-32 pro 100 ml Wasser. Die Aufbereitung und Chlorung des Wassers verändert die Sporenzahl nicht. Die Koloniezahl ist bei Rohwasser aber deutlich höher als bei aufbereiteten und gechlorten Wasser. Der Höchstwert bei gechlorten und aufbereiteten Wasser betrug 200 Kolonien pro 100 ml Wasser, bei aufbereiteten und ungechlorten Wasser stieg der Wert auf 4800 Kolonien an und bei Rohwasser sogar auf 5500 Kolonien pro 100 ml Wasser. In nur einer Rohwasserprobe konnte E. coli nachgewiesen werden, keine der Proben enthielt Coliforme Bakterien. Der Wert des Korrelationskoeffizienten war beim ungechlorten Rohwasser am Höchsten und beim aufbereiteten und gechlorten Wasser am niedrigsten. Vergleicht man die 6 Wasserproben des Oberflächenwassers der Wahnbach Talsperre mit den 4 Proben des Mains und des Rheins miteinander, so stellt man fest, dass in allen Wasserproben alle untersuchten Bakterienarten nachweisbar waren. Die höchste Koloniezahlkonzentration von 1.420.000 pro 100 ml wurde im Oberflächen-wasser des Mains nachgewiesen, der zweithöchste Wert von 960.000 pro 100 ml war im Oberflächenwasser des Rheins. Die höchste Sporenzahl von 26.000 pro 100 ml wurde in der Wasserprobe der Wahnbach Talsperre ermittelt, der Main und der Rhein hatten fast identische Werte zwischen 2700 und 5800 Sporen pro 100 ml Wasser. Der höchste Korrelationskoeffizient wurde hier bei den Wasserproben der Wahnbach Talsperre ermittelt, der niedrigste Wert wurde bei den Wasserproben des Rheins ermittelt. Auf Grund ihres differenzierten Nährstoffbedarfs kann sich die Gattung Bacillus in nährstoffärmeren Biotopen nicht vermehren und befinden sich deshalb vermehrt in Oberflächenwasser und den oberen Erdschichten. Sie stellen im Grundwasser und den Folgebereichen seiner Nutzung einen Indikator für den Grad der Kontamination des Wassers mit Abfallstoffen dar. Obwohl der Nachweis der Sporen der Bacillus Spezies sehr leicht erbracht werden kann, und in jedem Stadium der Untersuchung nachweisbar ist, muß bei der Entnahme der Wasserprobe sehr vorsichtig gearbeitet werden, da es in den oberen Bodenschichten leicht zu einer Einschleppung der Sporen der Bacillus Spezies kommen kann und somit zu einer Ver-fälschung der Ergebnisse. Bei Korrekter Probeentnahme ist aber die Aussagekraft der Sporen der Bacillus Spezies sehr hoch. Ein Vorteil der Auszählung der Sporen ist, dass die analytische Methode nur Sporen misst, andere Bakterienformen werden nicht gezählt. Die Auszählung der Sporen und der Koloniezahl sind zwei der wertvollsten Parameter der Wasserqualität. Die Konzentration der Sporen liegt im Grundwasser und seinem Folgebereich zwischen 0,39 und 1,81 pro 100 ml Wasser. In Oberflächenwasser liegt die Konzentration der Sporen der Bacillus Spezies zwischen 1050 und 4500 pro 100 ml Wasser. Die ermittelten Werte dieser Arbeit entsprechen fast alle den Normwerten. Das Vorkommen aller im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Bakterienarten mit sehr hoher Bakterienanzahl konnte nur in den nährstoffreichen Oberflächenwasserproben von Rhein, Main und der Wahnbach Talsperre nachgewiesen werden. Von den 288 untersuchten Wasserproben können 264 Proben unter Betrachtung der Grenzwerte als hygienisch einwandfrei bezeichnet werden. Nach dem heutigen Stand der Literatur ist der Nachweis der Sporen der Bacillus Spezies ein wertvoller und aussagekräftiger Parameter für den Grad der Wasserverschmutzung mit Abfallstoffen, er ist ein Maß für die Effizienz der Aufbereitung bzw. der Kontamination des Grundwassers und somit ein geeigneter Parameter für die hygienische Trinkwasseruntersuchung.
The chemiosmotic theory suggested by Peter Mitchell (Mitchell, 1961, Nature 191:144-148; see Mitchell, 1979, Science 206:1148-1159 for review) postulated that the energy released upon the oxidation of electron donor substrates is transiently stored as electrochemical proton potential, delta-p across energy-transducing membranes, which acts then as the driving force for the ATP synthesis. Membrane protein complexes can both generate and utilise a transmembrane electrochemical proton potential, either by transmembrane proton transfer or by transmembrane electron transfer coupled to protolytic reactions on opposite sides of the membrane. The dihaem-containing membrane protein complex quinol:fumarate reductase (QFR) from the anaerobic epsilon-proteobacterium Wolinella succinogenes apparently combines both of these mechanisms (Haas et al, 2005, Biochemistry 44:13949-13961; Lancaster et al, 2005, PNAS 102:18860–18865; Mileni et al, 2005, Biochemistry 44:16718-16728; Madej et al, 2006, EMBO J 25:4963-4970). QFR is the terminal enzyme of anaerobic fumarate respiration that allows bacteria to use fumarate as the terminal electron acceptor (Kröger, 1978, Biochim Biophys Acta 505:129-45; Lancaster, 2004, In: Respiration in Archaea and Bacteria Volume 1:57-85). QFR couples the two-electron reduction of fumarate to succinate to the two-electron oxidation of quinol to quinone. QFR contains two haem b groups bound by the transmembrane subunit C, which are termed the ‘proximal haem’, bP, and the ‘distal haem’, bD, according to the relative proximity to the hydrophilic subunits A and B (Lancaster et al, 1999, Nature 402:377-85). The two-electron transfer via the two haem groups has been proposed (Lancaster, 2002, Biochimica et Biophysica Acta 1565:215-231) and demonstrated (Madej et al, 2006, EMBO J 25:4963-4970) to be coupled to a compensatory, parallel transfer of two protons via a transmembrane proton transfer pathway. The two most prominent constituents of the proposed pathway were suggested to be the haem bD ring C propionate and the side chain of amino-acid residue Glu C180, after which the proton transfer pathway was named the ‘E-pathway’ (Lancaster, 2002, Biochimica et Biophysica Acta 565:215-231). The essential role of Glu C180 was supported by site-directed mutagenesis and structural and functional characterization of the enzyme E180Q, where the Glu C180 was replaced with a Gln residue (Lancaster et al, 2005, PNAS 102:18860–18865). Moreover, multiconformer continuum electrostatics (MCCE) calculations (Haas and Lancaster 2004, Biophys J 87:4298-4315) and Fouriertransformed infrared (FTIR) spectroscopy experiments (Haas et al, 2005, Biochemistry 44:13949-13961) indicated the Glu C180 side chain to undergo a combination of a conformational change and protonation upon haem reduction. The contribution of haem bD propionate is less clear, however, a combination of 13C labelling of the haem propionates with redox-induced FTIR experiments (Mileni et al, 2005, Biochemistry 44:16718-16728) and MCCE calculations (Haas and Lancaster, 2004, Biophys J 87:4298-4315) support a change in protonation, possibly accompanied by a change in environment upon haem reduction. These experiments and their results strongly support the existence of the ‘E-pathway’ which is transiently open during the reduction of the haem groups and blocked in the oxidized state of the enzyme (Lancaster, 2002b, Biochim Biophys Acta 1565:215-231). All available crystal structures of the QFR, however, are those of the oxidized enzyme. Therefore, it is advantageous to perform simulations of various redox states of the enzyme to determine for instance, how the side-chain of Glu C180 and haem bD ring C propionate behave upon changes of the redox states of the haem groups and why is the ‘E-pathway’ blocked in the oxidized state of the enzyme. Although the distal haem ring C propionate and Glu C180 were identified as the most prominent components of the proton transfer pathway, it was not clear, on the basis of the structure, how proton transfer could occur between them. In addition, two constituents are not enough to span the membrane region and the additional participants in the proton transfer pathway must be identified. Since an atomistic investigation of proton transfer in this system is not yet possible experimentally, I used available theoretical methods such as classical molecular dynamics (MD) simulation (Alder and Wainwright, 1959, J Phys Chem 31:459-466; McCammon et al, 1977, Nature 267:585-590) and Q-HOP molecular dynamics (Q-HOP MD) simulation (Lill and Helms, 2001, J Chem Phys 115:7993-8005) to investigate the postulated mechanism of electron coupled proton transfer in QFR. MD simulations allowed us to move away from static difference pictures obtained from FTIR experiments and MCCE calculations. The advantage of the MD simulations over the experiments and the simulations performed so far is that the time-dependent properties could now be analyzed. The behaviour of various residues and their side-chains and any environmental changes may be directly observed during MD simulations. Although classical MD simulations cannot be used to study proton transfer reactions, they can provide information on formation of configurations that would allow either direct proton transfer between donor and acceptor residues or indirect proton transfer mediated by water molecules. To avoid the static protonation of residues which is inherent in classical MD simulations, Q-HOP MD simulations were performed which explicitly describe proton transfer reactions by allowing the change of the protonation state of residues ‘on the fly’. The structures obtained after classical molecular dynamics simulations ....
Licht ist ein wertvolles Werkzeug zur Regulation biochemischer Reaktionsabläufe. Denn die Applikation von Licht erlaubt eine sehr präzise Einflussnahme auf den Ort und den Startzeitpunkt der zu untersuchenden Reaktionen. Als nichtinvasives Medium bietet die Lichtkontrolle bei der Wahl einer geeigneten Anregungswellenlänge den Vorteil nur minimal in einen lebenden Organismus einzugreifen. Um eine solche lichtbasierte Kontrolle für biologische Anwendungen zu realisieren, ist die Anwesenheit einer lichtsensitiven Verbindung nötig. Ein Konzept der lichtsensitiven Verbindungen ist die sogenannte photolabile Schutzgruppe. Im Allgemeinen handelt es sich hierbei um einen Chromophor der temporär an ein Biomolekül angebracht wurde, um dessen biologische Aktivität zu unterdrücken.
In dieser Arbeit wurde dieses Konzept auf das Antibiotikum Puromycin angewendet, welches durch das synthetische Anbringen der Cumarin-Schutzgruppe DEACM in seiner biologischen Aktivität behindert und durch einen Lichtpuls wieder freigesetzt wurde. DEACM st eine photolabile Schutzgruppe mit breitem Anwendungsspektrum, da es im Vergleich zu anderen Cumarin-Derivaten vorteilhafte photophysikalische Eigenschaften aufweist. Zum einen ist durch den 7-Diethylamino-Substituenten das Absorptionsmaximum dieser Verbindung um etwa 20 nm bathochrom verschoben. Zum anderen zeichnet sich dieses Derivat durch einen erheblich erhöhten Extinktionskoeffizienten aus, sodass eine Freisetzungsreaktion mit einer geringeren Lichtdosis induziert werden kann, was weniger Stress für die Zellen in lebenden Systemen bedeutet.
Die antibiotische Wirkung von Puromycin beruht auf der strukturellen Ähnlichkeit zum5'-Ende von Tyrosyl-tRNA, wodurch sich das Antibiotikum kondonunspezifisch während der Translation der Proteinsynthese an das Ribosom anlagern kann. Anschließend wird die naszierende Polypeptidkette auf das Puromycin transferiert. Da diese neue Bindung unter biologischen Bedingungen nicht spaltbar ist, führt dies zu einer verfrühten Freisetzung des Polypeptid-Puromycin-Fragments. Schließlich ist die Proteinsynthese vollständig abgebrochen.
Die Motivation zur photoinduzierten Kontrolle von Puromycin besteht in der Vielzahl an biologischen Applikationsmöglichkeiten, da die lichtregulierte Freisetzung der biologischen Aktivität als Trigger für sich anschließende biochemische Abläufe verwendet werden kann. Durch das hier gezeigte System kann in Kombination mit anderen Techniken (z.B. NMR) die posttranslationale Proteinfaltung beobachtet werden, welche als hochgradig komplexer Prozess bisher nicht verstanden ist. Eine weitere Motivationsgrundlage ist die Anwendung von DEACM-puromycin in Nervenzellen. Hier kann durch die Photofreisetzung die Proteinsynthese in den Dendriten der Neuronen beobachtet werden, wodurch Rückschlüsse auf neurodegenerative Krankheiten möglich sein sollten, wie z.B. Alzheimer-Krankheit. In dieser Arbeit konnte in-vitro nachgewiesen werden, dass die antibiotische Wirkung von Puromycin mittels Licht kontrollierbar ist. Aus der photophysikalischen Grundcharakterisierung ging hervor, dass DEACM-puromycin einen hohen Extinktionskoeffizienten bei Wellenlängen größer als 380 nm aufweist. Folglich kann zur Induktion der Photolyse eine geringere Lichtdosis mit energiearmer Strahlung als bei dem Vorläufersystem NVOC-puromycin verwendet werden, angesichts dessen ist das hier vorgestellte DEACM-puromycin für Anwendungen in Zellen zu empfehlen.
Über die Kombination von quantenchemischen Rechnungen und spektroskopischen Methoden konnten die frühen Schritte der Freisetzungsreaktion bestimmt und quantifiziert werden. Zudem zeigte sich ein Einfluss der Lösungsmittelzusammensetzung auf die Uncaging-Schritte. In Gegenwart eines protischen Lösungsmittels wird der zum Uncaging in Konkurrenz stehende Prozess der Fluoreszenz unterdrückt, wodurch die Freisetzungsschritte effektiver werden. Zudem führt die Präsenz von Protonen zu einer Stabilisierung des ionischen Intermediates, sodass die Bildung dessen beschleunigt ablaufen kann. Die Spaltung der photolabilen Schutzgruppen vom Puromycin findet mit einer Rate von 0,71*10^8 s-1 statt, welche im Vergleich zu Vorgängersystem um eine Größenordnung größer ist. Die Wiederherstellung der biologischen Aktivität resultiert aber erst nach einem anschließenden Decarboxylierungsschritt. Mithilfe von IR-Messungen konnte die Decarboxylierung beobachtet und daraus die Quantenausbeute zu 2,5% determiniert werden. Die so bestimmte Quantenausbeute entspricht etwa dem Zweifachen von NVOC-puromycin, sodass die hier untersuchte Verbindung eindeutig als das effizientere System zu betrachten ist. Die hier beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass DEACM-puromycin vorteilhafte photophysikalische Eigenschafen aufweist, die diese Verbindung zu einem wertvollen Hilfsmittel für eine Vielzahl von lichtkontrollierten Untersuchungen in biologischer Umgebung macht. Zudem wurden Einblicke in den Reaktionsmechanismus gegeben, die das Verständnis der photolytischen Spaltung von Carbamat-geschützten Cumarinen erstmals auf der ultrakurzen Zeitskala ermöglicht.
In der organischen Elektronik werden Moleküle mit konjugierten pi-Elektronensystemen als Halbleiter und Lichtemitter eingesetzt. Für die Fabrikation fortschrittlicher elektronischer Bauelemente, wie z. B.organischer Leuchtdioden, werden Materialien mit besonderen optoelektronischen Eigenschaften benötigt.Die Stoffklasse der Arylamine ist für den Transport positiver Ladungen etabliert, da die exozyklischen Stickstoffatome Elektronenlöcher mesomer zu stabilisieren vermögen. Komplementär dazu sind auch Materialien für den Transport negativer Ladungen in der organischen Elektronik unverzichtbar. Zu diesem Zweck sollten borhaltige Verbindungen ideal geeignet sein, da das Element Bor weniger Valenzelektronen als Kohlenstoff besitzt und Arylborane daher im Vergleich zu den entsprechenden Kohlenwasserstoffen eine geringere Elektronendichte aufweisen. Als Halbleitermaterialien sind Arylborane jedoch nicht so weit verbreitet wie Arylamine, da die Instabilität vieler Vertreter gegenüber Luft und Feuchtigkeit sowie der Mangel an effizienten Synthesemethoden ihre Anwendung verzögert haben. Um geeignete organische Elektronenleiter bereitzustellen, ist die Entwicklung stabiler, pi-konjugierter Borane erstrebenswert. Ansatzpunkte für diese Arbeit waren Erkenntnisse aus der vorangegangenen Masterarbeit, sowie Beispiele für hydrolysestabile Arylborane, welche in der jüngeren Vergangenheit von M. Wagner et al. Und S. Yamaguchi et al. veröffentlicht wurden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang die Entwicklung einer modularen Synthesestrategie, die einen vielseitigen Zugang zur Stoffklasse der borhaltigen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAKs) ermöglicht: Ausgehend von einem gut verfügbaren siliziumhaltigen Startmaterial und diversen, zum Großteil kommerziell erhältlichen, Carbonylverbindungen wurden mehr als zwanzig verschiedene Triarylborane dargestellt. Dabei wurde eine Auswahl spezieller Reaktionstypen nach den jeweiligen Erfordernissen in geeigneter Weise miteinander kombiniert. Zu diesen gehörte die Peterson-Olefinierung zum Aufbau drei- und vierfach substituierter Alkene, die Photozyklisierung der resultierenden Stilben-artigen Verbindungen, eine Ru(II)-katalysierte Reaktion zur Benzanellierung und der Silizium/Bor Austausch mittels BBr3. An wichtigen Zwischenprodukten wurden Reaktivitätsstudien durchgeführt, um die Anwendungsmöglichkeiten und Einschränkungen dieser Synthesestrategie zu ergründen. Um die Stabilität der Produkte gegenüber Luft und Feuchtigkeit zu gewährleisten, wurden die reaktiven Borzentren in bewährter Weise durch Einführung eines sterisch anspruchsvollen Mesitylsubstituenten kinetisch abgeschirmt. Die überwiegende Zahl der synthetisierten borhaltigen PAKs erwies sich als absolut unempfindlich gegenüber Wasser und konnte mit den gängigen Methoden der organischen Chemie (z. B. Säulenchromatographie an Kieselgel) gereinigt werden. Als Alternative zur sterischen Abschirmung wurde der Einbau des Boratoms in ein starres Molekülgerüst an einem Ausführungsbeispiel verwirklicht. Diese zweite Möglichkeit der Stabilisierung stellte sich in Bezug auf die Eigenschaften des Produkts als vergleichbar heraus, erforderte aber einen größeren synthetischen Aufwand und lieferte eine geringere Ausbeute über die gesamte Reaktionssequenz. Die in dieser Arbeit dargestellten borhaltigen PAKs wurden mittels Röntgenkristallographie umfassend strukturell charakterisiert. Die intensiv genutzten Methoden Cyclovoltammetrie, UV/vis- und Fluoreszenzspektroskopie gewährten zusätzlich einen detaillierten Einblick in ihre elektronischen Strukturen. Die Synthese und systematische Variation der Moleküle führten zu neuen Erkenntnissen über grundlegende Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Insbesondere zeigten diese Vergleiche, dass in ladungsneutralen Triarylboranen keine Delokalisation der pi-Elektronen über das leere p-Orbital eines Boratoms stattfindet. Von entscheidender Bedeutung für die elektronische Struktur borhaltiger PAKs ist das Gerüst aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen: Wenn mindestens zwei der Arylsubstituenten am Boratom zu einem gemeinsamen Gefüge verbrückt sind, zeigen diese Verbindungen elektronische Übergänge im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums und in den meisten Fällen auch eine intensive Fluoreszenz. Des Weiteren besitzen diese borhaltigen PAKs eine hohe Elektronenaffinität und lassen sich elektrochemisch reversibel reduzieren. Damit erfüllen sie bedeutende Kriterien für eine mögliche Anwendung als Elektronenleiter. Von den Molekülen mit ausgedehntem pi-Elektronensystem ließen sich manche zusätzlich reversibel oxidieren und zeichnen sich daher durch eine außergewöhnlich hohe elektrochemische Stabilität aus. An Arylboranen, deren Farbe sich durch externe Stimuli verändern lässt, wurden grundlegende Untersuchungen im Kontext der molekularen Sensorik durchgeführt. Einige der synthetisierten Verbindungen ändern ihr Absorptions- und Emissionsspektrum bei Kontakt mit Fluorid-Ionen, bei Oxidation integrierter Schwefelatome durch ein Carbonsäureperoxid, bei elektrochemischer Reduktion oder in Abhängigkeit der Polarität ihrer Umgebung. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in vier Fachartikeln beschrieben und veröffentlicht (siehe Anhang). Sie können zu einem besseren Verständnis der elektronischen Eigenschaften borhaltiger PAKs beitragen und die Entwicklung neuer Halbleitermaterialien auf der Basis dieser Stoffklasse erleichtern.
Amphibians have existed on the planet for over 300 million years and are today one of the most diverse vertebrate classes in the world with over 7000 known species and still many more to be discovered. However, several studies assume that approximately one third of the world´s known living amphibians are directly threatened with extinction, making it the most endangered vertebrate class. In relation to the relatively small land mass that is occupied by the state of Panama, it supports one of the most diverse amphibian faunas. However, in many cases the ecological role of single species in a wider context and their habitat preferences are still poorly understood and subject to ongoing research. Modern taxonomic approaches in other tropical regions have shown that former assumptions of amphibian diversity were distinct underestimations of the actual species diversity; a situation that is probably also true for Panama. Concurrently, the collection of amphibian diversity data and the description of new species is a race against time. The amphibian fauna of the world and that of Panama in particular, has suffered from an unprecedented loss of diversity over the last 30 years. The reasons are manifold and include destruction, alteration, and fragmentation of their natural habitats as the main causes, but also the deadly amphibian disease chytridiomycosis caused by the fungal pathogen Batrachochytrium dendrobatidis (Bd). In Panama and Costa Rica, this Emerging Infectious Disease (EID) spread in a wave-like manner from west to east causing mass die-offs and reduced amphibian diversity even in well-preserved habitats. The disease has primarily affected stream-associated highland species. The last large-scale evaluation of the conservation status of Panama´s amphibians through the IUCN Red List of Threatened Species in 2004 concluded that approximately 30% of the known species are acutely threatened with extinction. Furthermore, around 17% of the amphibian species that have been known back then lacked adequate data to be assessed. In view of Panama´s already overwhelming amphibian diversity, as well as the variety of habitats and the large number of sites that have not been examined with regard to amphibians before, I started this study with the conviction that the inventory of Panama´s amphibian diversity is far from being completed. Furthermore, when I started this study, it was uncertain if there would be any surviving amphibian species in areas where chytridiomycosis had emerged. The loss of whole amphibian communities in upland western Panama following Bd arrival led to a shift of amphibian research to lowland sites in central and eastern Panama aiming primarily on pathogen arrival and the documentation of epizootic outbreak and subsequent population decline. The situation of amphibian communities in areas post-decline was therefore largely unknown. Accordingly, the main goals of my study were to add to the taxonomic inventory of amphibians in Panama and to assess the situation of amphibian populations in habitats where chytrid-driven declines have been observed. To address these tasks I conducted fieldwork in western Panama with a focus on mountainous elevations between 1000 and 3475 m asl. Additionally, I visited different lowland sites between sea level and 1000 m asl to collect comparative material. In the period between 2008 and 2013, I conducted five collection trips to Panama that add up to a total of approximately 13 months in the field. I have sampled nine regions in western Panama and collected 767 specimens together with student collaborators, 531 of which were collected under my personal field number. Additional data obtained from those specimens include 68 male anuran call recordings, 102 standardized color descriptions of specimens in life, and 259 tissue samples that to date yielded 185 16S mtDNA sequences. This comprises the most comprehensive data set for amphibians of Panama and the first large-scale DNA barcoding approach for western Panama to date. After a preliminary DNA barcoding and subsequent comparative examination of morphological und bioacoustic data of all specimens collected, the number of taxonomic problems that needed to be addressed was higher than I previously anticipated. For most genetic lineages deeper taxonomic analyses were required to reach conclusive results. A selection had to be made with which lineages to proceed in the analyses, in view of the substantial financial and time expenditure that would be needed for a complete taxonomic revision. Therefore, I chose to run deeper analyses on one genus from each of the three amphibian orders in Panama. The genera selection depended largely on the availability of sufficient material and the scientific relevance of the respective genus.
I selected the genus Diasporus from the order Anura. These small frogs are omnipresent in many habitats and thus relatively easy to find. In addition, the genus is underrepresented in taxonomic studies. This is the first taxonomic study on the genus Diasporus to include a molecular phylogeny and the first comparison of advertisement calls between several populations from western Panama. In total, I collected 67 Diasporus specimens throughout western Panama and compared them morphologically with 49 additional specimens from Central America in collections, including the primary types of D. diasporus and D. hylaeformis. Additional comparative data were taken from literature. The DNA barcoding analysis of a fragment of the 16S rRNA gene included 43 own sequences that were complemented with 15 relevant GenBank sequences. In addition, I compared the advertisement calls of 26 male individuals among each other and with call descriptions from the literature. The DNA barcoding approach revealed several unnamed genetic lineages, but in some cases also resulted in the lumping of morphologically and bioacoustically distinct specimens. Generally, the morphological examination of the collected material revealed almost no specific characters that could be used to distinguish between genetic lineages. However, it was possible to identify species using a combination of several morphological characteristics. Which ones are relevant in the individual case depends on the respective species. My extensive collection of call recordings made it possible to test for the first time the intraspecific call variation of D. hylaeformis in dependency of various parameters. This analysis showed that the dominant frequency depends significantly on the body size of the calling male; the smaller the calling male, the higher the frequency of the call. A similar relationship was observed between the call rate and temperature: the lower the temperature during calling, the lower the call rate. I suppose that these general patterns, which have already been observed in other anuran genera, are also true in other Diasporus species that could not be tested in this study. Taking into account the intraspecific variation of Diasporus advertisement calls, I consider comparative call analyses to be the best way to distinguish between species. This is especially true in syntopic species. Integration of the three lines of evidence (i.e., morphology, DNA barcoding, and bioacoustics) led to the identification of four new species, two of which (i.e., D. citrinobapheus and D. igneus) colleagues and I have already formally described.
I conducted an integrative taxonomic analysis of the western Panamanian representatives of the genus Bolitoglossa from the order Caudata, the larger of the two Panamanian salamander genera. Bolitoglossa is very species-rich with a centre of diversification in the high mountains of Costa Rica and western Panama. I collected 53 Bolitoglossa specimens and compared them to twelve specimens in collection, including the holotype and one paratype of B. gomezi. The dataset was complemented with information from the literature. Among the sampled specimens were two species considered to be endangered that have not been collected or observed for several decades; B. magnifica has not been seen for 34 years and B. anthracina has not been seen for 22 years. Further, I collected salamanders at several new locations. To date, my 16S mtDNA barcoding analysis represents the densest taxon sampling for Panamanian Bolitoglossa composed of 21 own sequences that were combined in the final alignment with 47 GenBank sequences. Even though the molecular phylogeny is based only on a single marker, the received trees largely coincide with previous studies and the nodes received high statistical support. In these trees, I retrieve all previously defined subgenera and species groups. On the basis of this molecular phylogeny, I placed B. anthracina, here sequenced for the first time, in the B. subpalmata species group. Due to the fact that B. anthracina is a large and dark colored species it had previously been placed by implication in the B. schizodactyla species group along with other large black salamanders of the B. nigrescens species complex. Moreover, I found deep divergent genetic lineages among geographically separated populations of B. minutula. However, until now there were no additional morphological characteristics detectable to distinguish between these lineages. Additionally, my colleagues and I described a new deep divergent lineage in the B. robinsoni species group as B. jugivagans, a species new to science. In contrast, I found only minor genetic differences between specimens of B. sombra and B. nigrescens. After combining morphometric data and tooth counts from literature of both species with additional data from specimens of B. sombra that I collected near the type locality, the distinguishing features blurred. In particular, including much larger specimens of B. sombra, not yet known at the time of its description, showed that the tooth count difference is dependent on the size and age of the specimen examined. Larger specimens have more maxillary and vomerine teeth. Based on this evidence I regard B. sombra as a junior synonym of B. nigrescens. Further, I revised the Panamanian distribution of the two relatively common lowland salamanders, B. colonnea and B. lignicolor. Besides filling the gaps in the fragmentary known distributions of these species, I assessed the molecular and morphological variation of both species among populations in Panama. While there was little variation in B. lignicolor, I found divergent genetic lineages among geographically distinct populations of B. colonnea that require further taxonomic examination.
Caecilians (order Gymnophiona) are among the least investigated terrestrial vertebrates. After I received a first specimen of the predominantly South American genus Oscaecilia (family Caeciliidae) in western Panama, I started to work more extensively on the taxonomy of Caeciliidae in Central America. The specimens from western Panama were not readily assignable to a single described species, but shared characters with O. elongata and O. osae. While O. osae was only known from the holotype, the type material of O. elongata was destroyed during World War II. On the basis of the original description, the unique feature in O. elongata within Oscaecilia is the absence of subdermal scales in the posterior part of the body. In a referred specimen of O. elongata mentioned in the original description from eastern Panama, this characteristic cannot be examined as it consists of head and neck only. Therefore, I used non-destructive high-resolution, synchrotron-based X-ray micro CT imaging (HRμCT) to examine cranial characters in the specimens in question and took normal radiographs to count vertebrae and to make subdermal scales visible. I found that the fragmented specimen from eastern Panama likely belongs to the well-sampled species O. ochrocephala and has not much in common with O. osae or the specimens from western Panama. Contrarily, O. osae and the specimens from western Panama share many morphological characters, but also show some differences. Genetic barcoding revealed that both species are close relatives, but the genetic distance could not be finally resolved, because 16S sequences obtained from blood samples of living O. osae were of poor quality. Thus, I compare the Oscaecilia from western Panama to O. osae in this study, but postpone a taxonomic decision until further material becomes available. Further, I designate O. elongata a nomen dubium, because the type material is lost, the type locality is not defined in more detail than “Panama”, and the original description does not allow for a definite assignment. Since previous molecular studies only considered O. ochrocephala, the monophyly of Oscaecilia was never tested before. So far, the genus Oscaecilia is based largely on a single cranial character, the eyes covered with bone. Here, I combined two 16S mtDNA sequences of O. osae from Costa Rica and two sequences from O. sp. from western Panama with two sequences of O. ochrocephala and ten sequences of four species of the genus Caecilia, the sister genus of Oscaecilia. The resulted phylogeny contains two well-supported clades, one clade containing two species of Caecilia, one from Panama and one from western Ecuador and all species of Oscaecilia tested. The other clade consists of two species of Caecilia from the Amazon basin. I therefore assume that the split in both clades is due to the rise of the Andes, what led to today’s cis-trans-Andean distribution of the two clades. For now, to restore monophyly, I suggest to place Oscaecilia within the synonymy of Caecilia until more taxa have been tested. When assessing the conservation status of the amphibian species in mountainous western Panama, I first compiled a list of known species that I potentially could have found during my fieldwork. Using the IUCN categories, I analyzed how many of the endangered species I actually found and how these are distributed over families and species groups. Surprisingly, my rediscoveries of lost species were not equally distributed among the four families that comprise most endangered amphibian species (i.e., Bufonidae, Craugastoridae, Hylidae, and Plethodontidae). While I discovered ten of eleven endangered hylids and six of nine endangered plethodontids, I found only one of four endangered bufonids and none of the nine endangered craugastorids. I assume that the secretive living plethodontids, for which no Bd related declines have been documented, were just overlooked in the past decades. In contrast, I propose that hylids, in which Bd related population decline is well documented, developed distinct evolutionary solutions permitting coexistence with the pathogen. The situation is obviously different in bufonids and craugastorids, where I found no signs of population recoveries at present. So far, the only surviving populations of species from these families exist in climatic or physiographic niches that have probably shielded them from Bd. My data confirm the current view that the risk for naïve amphibian populations to decline during Bd epizootics is predicted by ecological traits (e.g., aquatic index, vertical distribution) and not dependent on taxonomic affiliation. However, I propose that only certain amphibian families (e.g., hylids and centrolenids) have the ability to acquire immunity solutions to coexist with the pathogen during enzootic stages. This is a very new perspective on the worst infectious disease in amphibians worldwide, allowing for new research approaches to understand the host-pathogen dynamics. Moreover, I examined where the share of surviving endangered amphibian species is particularly high in mountainous western Panama. As was to be expected, most of the endangered species are found within the boundaries of protected areas. One exception is the unprotected Cerro Colorado region in the Comarca Ngöbe-Buglé that provides habitat for a wide variety of endangered and undiscovered amphibian species. Nonetheless, planned open pit mining would destroy the forests in a large part of the area. This demonstrates once again that human activities are the biggest threat to amphibians in Panama and elsewhere.
In the first part of the present work (Chapter 3), EPR spectroscopy at different microwave frequencies, namely at 9 GHz (X-band), 34 GHz (Q-band) and 180 GHz (G-band), was employed to resolve the g-values and the HFCs of a putative radical intermediate involved in the reduction of benzoyl-CoA catalyzed by benzoyl-CoA reductase. In particular, the effect of 33S-labeling on the EPR line shape was studied at X- and Q-band frequencies in order to gain further evidence for a sulfur centered radical proposed to be the electron donor in the reduction or the aromatic ring of BCoA [I]. The spectral components observed at X-, Q- and G-band were overall consistent and showed at least three overlapping EPR signals. The signal postulated to be due to a disulfide radical anion showed no resolved g-values and a relaxation behaviour faster than expected for such a radical species. These observations together with the simulations suggest that the signal could arise from a radical exchange coupled to an [4Fe-4S] cluster located nearby. In the future, pulsed EPR and ENDOR spectroscopy on the 57Fe-labeled enzyme could help to solve this question. The potential of high-field ENDOR in combination with 13C- and 31P-labeling for investigating the structure at the active site in proteins could be verified in the studies of the ligation sphere of the cofactor Mn2+ in Ras as reported in Chapter 4 [2]. Therein, high-field ENDOR performed at 94 GHz (W-band) was used to detect the hyperfine interactions between the electron spin mainly located on the metal ion and the phosphorous nuclei of the bound GDP and GppNHp as well as the carbon nuclei of bound amino acids in the wild-type Ras protein and its oncogenic mutant G12V. These studies aimed at searching for an additional free phosphate ion or amino acid ligand bound to the metal center in the wild type GDP-bound protein with respect to its oncogenic mutant. Rom the 13C- and 31P-ENDOR spectra, the hyperfine couplings of directly bound amino acids and the bound nucleotides were compatible with the hyperfine couplings obtained from DFT calculations based on the crystal structure data. No differences in the 13C- and 31P-ENDOR spectra could be found for the wild-type GDP-bound protein in comparison to its oncogenic mutant in frozen solution. Therefore, no evidence for binding of an additional free phosphate ion or amino acid ligand in the wild-type GDP-bound protein was found. The distances between the detected nuclei and the meta1 ion were in agreement with the ones extracted from crystal structures reported in the literature. Future 35C1-ENDOR studies could clarify whether a chloride ion from the buffer solution could be the ligand replacing one water molecule in the wild type GDP-bound Ras. In Chapter 5, the implementation of a high-field ENDOR setup into a homebuilt pulsed EPR spectrometer operating at 180 GHz is reported and its performance for 1H-ENDOR demonstrated on the model system BDPA. Mims and Davies ENDOR spectra were also obtained for Ras(wt).Mn2+.DP. The increased nuclear Zeeman resolution at 180 GHz may be further exploited in the future by extending the setup for studying hyperfine couplings of low-y nuclei such as 33S, 15N , 17O or 2H. In the present work, the advantages of performing EPR and ENDOR experiments at high fields and frequencies could be nicely demonstrated with the 94 GHz ENDOR studies of Ras. Furthermore, the complementing information obtained at X- and Q-band frequencies in the multifrequency EPR studies on BCR demonstrated that the analysis of EPR spectra can be greatly facilitated by simulating the spectra measured at different MW frequencies with the same set of parameters consistent with a proposed radical. Overall, it could be shown that the use of different experimental techniques at multiple fields and frequencies renders EPR spectroscopy a powerfull tool for structural studies in biological systems.
The deubiquitinase USP32 regulates non-proteolytic ubiquitination in the endosomal-lysosomal system
(2021)
The regulation of essential cellular processes requires tightly controlled and directed transport of proteins and membranes. The highly dynamic endosomal and lysosomal system forms the key network for exchange and trafficking of molecules with its early endosomes, recycling endosomes, late endosomes, lysosomes, and additionally autophagosomes.
In this system, the small GTPase Rab7 has an essential role at the late endosomal stage regulating vesicle transport, tethering, and fusion, and retromer mediated receptor recycling back to the trans-Golgi network (TGN). Thus, Rab7 is also important for autophagosomes and lysosomes.
Lysosomes do not only represent the end point of the degradation pathway with several feeder pathways. But these organelles are also a dynamic signaling hub for a variety of metabolic processes. The ever-important regulator of cellular biosynthetic pathways mTORC1 dynamically associates with lysosomes where it is activated. mTORC1 activation is a complex multi-step process where a series of signaling events converge in dependence of amino acid levels thereby enabling interactions between the lysosomal v-ATPase, Ragulator complex (consisting of LAMTOR1-5), and Rag GTPases.
Ubiquitin signals are involved in almost all cellular processes. With this, their regulatory mechanism is also described for the endosomal-lysosomal system as well as mTORC1 signaling. Deubiquitinases (DUBs) release conjugated ubiquitin from proteins and thereby maintain the dynamic state of the cellular ubiquitinome.
The ubiquitin-specific protease 32 (USP32) is a poorly characterized DUB with only emerging cellular function. However, its predicted domain structure includes two unique domains within the entire DUB family. It has been linked to the development of breast cancer and small cell lung cancer. Furthermore, overexpressed GFP-USP32 was localized at the TGN, and a global mass spectrometry-based DUB interactome study suggested an interaction with the retromer complex. Based on these data, USP32 was a very interesting candidate to study its cellular function in this PhD project.
To investigate the function without disease background, a polyclonal USP32 knockout (USP32KO) RPE1 cell line was generated using the CRISPR/Cas9 technology. First experiments revealed different protein expression levels in various cell lines, and a subcellular localization of USP32 at membranes of the Golgi and lysosomal compartments. In a subsequent SILAC-based ubiquitinome analysis potential substrates of USP32 were identified. Interestingly, various proteins of the endosomal-lysosomal system were detected with enriched non-proteolytic ubiquitination upon USP32 depletion.
The further characterization of Rab7 as USP32 substrate confirmed the USP32-sensitive ubiquitination of Rab7 at lysine (K) residues 191 and 194. The ubiquitination in USP32KO cells did not change the subcellular localization of Rab7, but enhanced the interaction with the effector protein RILP. This implied that Rab7 was either more active or RILP had higher affinity to ubiquitinated Rab7. The subsequent results verified this theory. The retromer mediated recycling of CI-M6PR back to the TGN was faster or more efficient in USP32-depleted cells.
Accompanying this, levels of hydrolases were enriched in lysosomes isolated from USP32KO cells. Notably, USP32 had no direct effect on expression level or assembly of the retromer complex itself.
The observed lysosomal phenotypes connected another identified substrate to the function of USP32 in the endosomal-lysosomal system: LAMTOR1. LAMTOR1 is a component of the Ragulator complex and thus involved in the activation of mTORC1 at the lysosomal surface. Similar as for Rab7, the first experiments to characterize LAMTOR1 as USP32 substrate confirmed the USP32-sensitive ubiquitination at K20 independent of amino acid availability. However, ubiquitination of LAMTOR1 decreased its lysosomal localization in untreated and amino acid starved USP32KO cells. The following label-free interactome study detected a reduced interaction of LAMTOR1 and subunits of the lysosomal v-ATPase upon loss of USP32. This resulted in a shifted subcellular localization of mTOR (subunit of mTORC1) away from lysosomes. Furthermore, direct substrates of mTORC1 were less or slower re-phosphorylated after long amino acid starvation and re-activation of mTORC1 in USP32KO cells indicating a reduced mTORC1 activity.
Both USP32-dependent regulations of Rab7 and LAMTOR1/Ragulator converged in enhanced autophagic processes analyzed by increased LC3 levels upon amino acid starvation and USP32 depletion.
In summary, the presented thesis described the diverse role of USP32 in the endosomal and lysosomal system, and contributes to the understanding of novel ubiquitin signals in this context.
Das Genom des Archaeons Halobacterium salinarum kodiert vier Proteine der SMC Protein Superfamilie. Zwei Proteine bilden dabei eine neue Gruppe und werden "SMC-artige Proteine von H. salinarum" (Sph1 und Sph2) genannt. Eine Transkriptanalyse ergab, dass sph1 und das 114 bp stromabwärts gelegene hp24 Gen ausschließlich in exponentiell wachsenden Zellen transkribiert werden. In Zellen der stationären Wachstumsphase ist keines der beiden Transkripte nachweisbar. Die Funktion von Sph1 wurde durch Versuche mit Überproduktions- und Depletionsstämmen von H. salinarum untersucht. Die konditionale Überproduktion von Sph1 inhibiert die weitere Zellteilung und führt zu einer Längenzunahme der Zellen. Erstmals wurde durch ein antisense-mRNA-System in einem Archaeon ein Protein, Sph1, depletiert. Die Depletion führt ebenfalls zur Inhibition der weiteren Zellteilungsereignisse. Beide Phänotypen zeigen, dass Sph1 eine essentielle Rolle im Verlauf des Zellzyklusses einnimmt. Um Zellzyklus spezifische Ereignisse zu analysieren wurde eine Synchronisationsprozedur für H. salinarum entwickelt. Dazu wurde der Effekt von sechs eukaryalen Zellzyklusinhibitoren auf den Zellzyklus von H. salinarum untersucht. Bei geeigneter Konzentration verursacht der effizienten DNA Polymerase Inhibitor Aphidicolin eine schnelle und reversible Zellzyklusblockade, während andere zelluläre Prozesse nicht beeinflusst werden. Durch Ermittlung der Zelldichte, der mittleren Zelllänge und des Anteils an Septum bildenden Zellen wurde festgestellt, dass nach Entfernen des Inhibitors ca. 70 % der in der Kultur vorhandenen Zellen den Zellzyklus synchron durchlaufen. Diese Prozedur erlaubt erstmals die Untersuchung der Zellzyklus abhängigen Regulation der Transkription, Proteinakkumulation sowie der intrazellulären DNA-Lokalisation in einem Archaeon. Transkriptionsstudien mit synchron wachsenden H. salinarum-Kulturen ergaben, dass das sph1 Transkript eindeutig Zellzyklus abhängig reguliert ist. Die maximale Transkriptmenge ist dabei zum Zeitpunkt der Septumbildung nachweisbar. Die Expression des hp24 Gens beginnt etwa eine Stunde vor der Expression des sph1 Gens. Bevor die sph1 Transkriptmenge ihr Maximum erreicht, nimmt die hp24 Expression wieder ab. Das cdcH Gen, das für ein Protein der Cdc48 Familie kodiert, ist wie das sph1 Gen um den Zeitpunkt der Septumbildung stark induziert, während ein ftsZ Allel nicht in Zellzyklus abhängiger Weise reguliert ist. Die Transkriptionsmuster zeigen, dass die Transkription verschiedener Gene im Verlauf des haloarchaealen Zellzyklusses präzise reguliert wird. Die Sph1 Proteinmenge ist ebenfalls während des Zellzyklusses reguliert; sie ist erhöht, wenn die Segregation der neuen Chromosomen nahezu abgeschlossen ist. Folglich hat Sph1 vermutlich eine Funktion in der späten Phase der Replikation, z.B. in der DNA-Reparatur wie auch die eukaryalen Rad18 Proteine. Im Gegensatz zum sph1 Transkript ist das Protein während des gesamten Zellzyklusses in H. salinarum nachweisbar. Es ist daher nicht auszuschließen, dass Sph1 eine weitere Funktion ausübt, die eine Präsenz während des gesamten Zellzyklusses benötigt. Ein Färbeprotokoll mit einem DNA spezifischen Fluoreszenzfarbstoff wurde entwickelt, um die intrazelluläre Lokalisation des Nukleoids in H. salinarum zu bestimmen und seine differenzierte Positionierung im Verlauf des Zellzyklusses in synchronisierten Zellen zu verfolgen. Synchronisierte Kulturen wurden mit Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Es zeigte sich, dass das haloarchaeale Nukleoid nach einer anfänglichen Verteilung auf die gesamte Zelle in der Zellteilungsebene kondensiert. Im weiteren Verlauf wird die DNA zügig an die 1/4 und 3/4 Positionen transportiert. Alle DNA-Strukturen wurden auch in unbehandelten Zellen beobachtet, so dass Synchronisationsartefakte ausgeschlossen werden können. Diese Daten beweisen, dass die DNA in Haloarchaea aktiv zu spezifischen intrazellulären Regionen transportiert wird und legen nahe, dass die Replikation in der Zellteilungsebene erfolgt, wie es in den letzten Jahren für einige bakterielle Arten nachgewiesen wurde. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen molekularer Details des archaealen Zellzyklusses.
Die oxygene Photosynthese bildet den Grundpfeiler des heutigen Ökosystems unseres Planeten. Neben den gut untersuchten Landpflanzen bilden Mikroalgen eine äußerst bedeutende Organismengruppe der phototrophen Lebewesen. Zu den Mikroalgen zählen die Diatomeen, welche sich beispielsweise durch eine Silikatschale und spezielle Lichtsammelkomplexe auszeichnen und für einen Großteil der marinen Primärproduktion verantwortlich sind. Die stoffwechselphysiologischen Grundlagen des ökologischen Erfolgs der Kieselalgen sind bislang noch unzureichend erforscht. Ein Vertreter der zentrischen Diatomeen, Cyclotella, wurde bereits zur Jahrtausendwende zur biochemischen Charakterisierung der Diatomeen Photosynthese verwendet (Eppard und Rhiel, 1998; Eppard und Rhiel, 2000), das Genom des Organismus aber erst vor kurzem sequenziert (Traller et al., 2016). Die Sequenzierung des Genoms konnte einige Gene für Lichtsammelproteine identifizieren, die Homologie zu den LhcSR-Proteinen aus C. reinhardtii aufweisen, welche nachweislich eine photoprotektive Funktion besitzen (Peers et al., 2009). Diese sogenannten Lhcx-Proteine der Diatomeen sind in den zwei Gruppen der Kieselalgen, den zentrischen und pennaten Diatomeen zu finden, unterscheiden sich aber in ihren jeweiligen Lhcx-Kandidaten. So können in der pennaten Diatomee P. tricornutum vier lhcx-Gene ausgemacht werden, während die zentrische Kieselalge T. pseudonana sechs lhcx-Gene besitzt und C. cryptica vier verschiedene lhcx-Kandidaten genomisch aufweist (Armbrust et al., 2004; Bowler et al., 2008; Traller et al., 2016). Die beschriebenen Diatomeen weisen alle eine Homologie im Lhcx1 auf, während sich die übrigen Lhcx-Kandidaten zwischen pennaten und zentrischen Diatomeen unterscheiden. Ein zwischen T. pseudonana und C. cryptica konserviertes Lhcx ist das Lhcx6_1, welches 2011 das erste Mal massenspektrometrisch an Photosystemen von T. pseudonana nachgewiesen wurde (Grouneva et al., 2011) und in weiteren Massenspektrometrie-gestützten Untersuchungen in beiden zentrischen Diatomeen an Photosynthese-Komplexen gefunden werden konnte (Gundermann et al., 2019; Calvaruso et al., 2020). Die Funktion des Lhcx6_1 ist bislang unklar.
Diese Arbeit konnte das Lhcx6_1 aus C. meneghiniana charakterisieren und Antikörper-gestützt genauer lokalisieren, eine nicht dynamische Phosphorylierung der Thylakoidmembran-Proteine der zentrischen Diatomee nachweisen und die molekularbiologische Zugänglichkeit des Organismus optimieren. qRT-PCR gestützte Expressions-Analysen konnten eine unerwartete Expression des lhcx6_1-Gens aufdecken. Dieses weist, im Vergleich zum Lhcx1, keine Starklicht induzierte Expression auf. Die Expression des Gens konnte nach wenigen Stunden Schwachlicht als maximal bestimmt werden, während sie im Starklicht abnimmt. Das Muster der Genexpression glich im Schwachlicht eher der des lhcf1-Gens. Die Sequenzierung des lhcx6_1 aus C. meneghiniana identifizierte eine verlängerte N-terminale Sequenz des Proteins, welche Homologie zu den minoren Antennen aus A. thaliana besitzt und Teil des reifen Proteins ist. Mittels eines C-terminalen Epitops wurde ein Antikörper gegen das Lhcx6_1 entworfen, welcher das Protein in C. meneghiniana spezifisch nachweisen kann. Die Isolation von Thylakoidmembranen der zentrischen Diatomee und weitergehende Aufreinigung mittels Saccharosedichtegradienten und lpBN-PAGE konnten die Lokalisation des Lhcx6_1 eingrenzen. Das Protein zeigt dabei keine Unterschiede in seiner Lokalisation nach Inkubation in Schwach-, Stark- und Fernrot-Licht und ist vorrangig mit Photosystem I assoziiert. In geringerer Menge konnte es zudem an Photosystem II nachgewiesen werden, während der immunologische Nachweis in Lichtsammelkomplexen (FCPs) minimale Mengen erbrachte. Ferner konnte eine Phosphorylierung des Lhcx6_1 an Threonin-Resten nachgewiesen werden, während die meisten anderen Thylakoidmembran-Proteine mittels Phospho-Serin Antikörper detektiert werden konnten. Weder die Phosphorylierung des Lhcx6_1, noch der anderen Thylakoidmembran-Proteine, zeigt eine dynamische Regulation, im Stile einer state-transition ähnlichen Kinase auf. Die Qualität des Umgebungslichts führte zu keinerlei Unterschieden in Phosphorylierungsmustern. Weiterführende Untersuchungen der Lhcx6_1-Phosphorylierung mittels Phos-tag PAGE identifizieren eine unphosphorylierte und eine einfach phosphorylierte Form des Proteins. Dabei kann an PSI ausschließlich die phosphorylierte Version des Lhcx6_1 gefunden werden. Im Zuge der Arbeit konnte zudem erstmalig die Elektroporation und Konjugation für C. meneghiniana als Transformations-Methoden etabliert werden, während das Protokoll für die biolistische Transformation optimiert wurde. Die Elektroporation erbrachte die höchste Transformationseffizienz. Molekularbiologische Unterfangen eines Lhcx6_1-Knockdowns mittels Antisense-RNA erzielten zunächst, aufgrund der starken Gegenregulation der Diatomee, keinen Erfolg...
Zika-virus (ZIKV), a flavivirus mainly transmitted by Aedes mosquitoes, is a single-stranded, positive-sense RNA virus. The viral genome is surrounded by a nucleocapsid and a lipid bilayer, in which membrane and envelope proteins are embedded. ZIKV disease is mainly characterized by mild symptoms, such as fever, rash as well as pain in head and joints. However, after epidemics it caused in the Americas in 2015/16, ZIKV infections were also associated with severe neurological complications like the Guillain-Barré syndrome (GBS) and microcephaly in fetuses and newborns. So far there are no specific antiviral treatments or vaccines available against ZIKV. This strengthens the need for a detailed understanding of the viral life cycle and virus-host interactions.
The antiviral host factor tetherin (THN) is an interferon-stimulated protein and therefore part of the cellular innate immune response. It comprises an N-terminal cytoplasmic domain, followed by a transmembrane helix, an extracellular coiled-coil domain and a C-terminal glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor. Containing two sites for membrane insertion linked by a flexible structure, THN is able to integrate into the membrane of budding viruses, thereby attaching them to each other and to the cell membrane and preventing their further release and spread.
In this study, the crosstalk of ZIKV and THN was analyzed. Previous gene expression analyses by microarray and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) had revealed a strong upregulation of the BST2 gene encoding for THN in ZIKV-infected cells. However, this enhanced expression did not correlate with an enhanced THN protein level. On the contrary, the amount of THN in THN-overexpressing cells was after infection even heavily reduced. Furthermore, immunofluorescence analyses revealed a loss of THN membrane localization in these cells. By performing a cycloheximide assay, this loss could be traced back to a reduced protein half-life of THN in infected versus uninfected cells. Treatment with inhibitors of different protein degradation pathways as well as colocalization analyses with markers of several subcellular compartments indicated an involvement of the endo-lysosomal route. A knock-down of the ESCRT-0 protein HRS however prevented the sorting of THN for lysosomal degradation and led to a stabilization of THN protein levels. After HRS depletion, the release and spread of viral particles was reduced in THN-overexpressing compared to wildtype cells.
Taken together, the data obtained in this study revealed the potential of THN to restrict ZIKV release and spread. The enhanced degradation of THN in ZIKV-infected cells via the endo-lysosomal pathway could therefore be explained as an effective viral escape strategy. This could be circumvented by knockdown of the ESCRT-0 protein HRS, which highlighted HRS as a potential target for the development of antiviral treatments.
Current research on medical biomaterials have shown that the physical and chemical characteristics of biomaterials determine the body inflammatory cellular reaction after their implantation. The aim of this study was to evaluate the individual effects of the physical characteristics over the initial biomaterial-cellular interaction and the inflammatory cellular reaction. For this purpose, an equine-derived collagen hemostatic sponge (E-CHS) was modified by pressing and evaluated using ex vivo, in vitro and in vivo methods.
The E-CHS was pressed by applying constant pressure (6.47± 0.85 N) for 2 min using a sterile stainless-steel cylinder and cut in segments of 1cm2. Subsequently, E-CHS and the pressed equine-derived collagen hemostatic sponge (P-E-CHS) were studied as two independent biomaterials and compared to a control group (CG).
A blood concentrate containing inflammatory cells known as platelet rich fibrin (PRF) was used to mimic the initial biomaterial-cell interaction and to measure the absorption coefficient of the biomaterials to liquid PRF (iPAC). Additionally, the biomaterials were cultivated together with PRF for 3 and 6 days to measure the induction of pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-8). The results were obtained through enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and histological methods. PRF cultivated without biomaterials served as the CG. Additionally, the biomaterials were evaluated in vivo using a subcutaneous model in Wistar rats and compared to sham operated animals (CG) representing physiologic wound healing. After 3, 15 and 30 days, the explanted samples were evaluated using histochemical and immunohistochemical (IHC) staining using the following markers: CD68 (pan macrophages), CCR7 (pro-inflammatory macrophages, M1), CD206 (pro-wound healing macrophages, M2) and α-Smooth Muscle Actin (α-SMA; vessel identification).
After the mixture of liquid PRF with both biomaterials for 15 minutes, the ex vivo results showed that E-CHS was penetrated by cells, whereas P-E-CHS was cell-occlusive. Additionally, P-E-CHS induced a higher release of pro-inflammatory cytokines compared to liquid PRF alone (CG) and E-CHS after 3 days (P< 0.05). Although the biomaterial was pressed, the difference of the iPAC value did not show statistical differences. In vivo, the CG induced at day 3 a higher inflammatory response compared to the experimental groups (EG) (P< 0.05). The intergroup comparison showed that P-E-CHS induced a higher presence of macrophages (CD68+/CC7+) compared to E-CHS at day 3 (P< 0.05). Only CD68+/CCR7+ mononuclear cells (MNCs) were observed without multinucleated giant cells (MNGCs). After 15 days, the presence of macrophages (CD68+ P<0.01 /CCR7+ P<0.001 /CD206+ P<0.05) reduced considerably in the CG. On the contrary, the inflammatory response increased in the EGs (CD68+/CCR7+). The intergroup comparison showed that this increment was statistically significant when comparing E-CHS and P-E-CHS to the CG at day 15 (P<0.01 and P< 0.05 respectively). At this time point, a reduced number of MNGCs were observed in the EGs. In the CG no MNGCs were observed. Furthermore, E-CHS showed a faster degradation rate and was fully invaded by cells and vessels formed in its interior region. On the other hand, P-E-CHS remained occlusive to cell penetration and vessels were formed only in the periphery. After 30 days, the cellular reaction shifted to a higher number of M2 macrophages (CD260+) in all groups and a reduced presence of CD68+ and CCR7+ MNCs. Both biomaterials degraded and only small fragments were found in the implantation bed surrounded by MNGCs (CCR7+).
These results are of high clinical relevance and show that changes in biomaterial properties have a significant impact on their interaction with the body. They also serve as insight into the possibility to develop versatile biomaterials with different applications. For example, E-CHs can be applied to support hemostasis in a bleeding alveolar socket and P-E-CHs by being cell occlusive and having a delayed degradation rate can be applied for guided bone and tissue regeneration.
In vielen Tumorzellen kommt es zu einer Überexpression des Hypoxie-induzierbaren Faktor 1alpha (HIF-1alpha), was zu einer verbesserten Anpassung des Tumors an die intratumorale Hypoxie sowie zu einer Resistenz gegen Strahlen- und Chemotherapie führt. Je nach Tumor kann HIF-1alpha auf verschiedenen Wegen induziert werden. Eine Möglichkeit ist die Hemmung des Abbaus von HIF-1alpha über das 26S-Proteasom, wie z.B. beim van Hippel-Lindau (VHL)-Syndrom aufgrund einer Mutation im VHL Gen. Patienten mit VHL-Syndrom entwickeln häufig renal clearcell carcinomas (RCCs). In diesen Karzinomen kann HIF-1alpha nicht über den klassischen Weg über das 26S-Proteasom abgebaut werden. Um das Verständnis für alternative Regulationsmechanismen von HIF-1alpha zu erweitern, wurde mit RCC4-Zellen gearbeitet. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass in RCC4-Zellen das HIF-1alpha-Protein unter Hypoxie, in Kombination mit NO, durch die Ca2+-abhängige Protease Calpain abgebaut wird. Unter Hypoxie kam es zu einem Anstieg der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) in den Mitochondrien, die mit NO zu Peroxynitrit und weiteren reaktiven Stickstoffintermediaten (RNI) reagierten. Die kombinierte Stimulation der Zellen mit NO und O2- unter Normoxie löste ebenfalls einen Anstieg des intrazellulären Ca2+-Gehaltes und der Calpain-Aktivität aus, was gleichzeitig zu einem reduzierten HIF-1alpha-Proteingehalt führte. Der Calpain-vermittelte HIF-1alpha-Abbau konnte auch in Zellen mit funktionellem VHL-Protein (pVHL) durch NO und O2- ausgelöst werden, wenn der proteasomale Abbau gehemmt war. Diese Ergebnisse beschreiben einen neuen Regulationsmechanismus für das HIF-1alpha-Protein, der unabhängig vom Sauerstoffgehalt und vom 26S-proteasomalen Abbau durch NO/O2- und Calpain erfolgt. Bisher war noch nicht bekannt, dass HIF-1alpha anders als über das 26S Proteasom abgebaut werden kann. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Calpain-vermittelte Abbau neben dem proteasomalen Abbau zur Regulierung von HIF 1 beiträgt. In Tumorgeweben stellt nicht nur HIF-1, welches in den Tumorzellen aktiviert ist, einen Selektionsvorteil für die Zellen des Tumorgewebes dar. Ebenso tragen die Zellen des Tumorstromas, darunter die Makrophagen, die in den Tumor einwandern, zur Progression des Tumors durch die Anpassung an die hypoxischen Umgebung bei. Daher wurde im zweiten Teil dieser Arbeit die Regulation von HIF-1alpha in den durch konditioniertes Medium von apoptotischen Zellen (KMAZ) aktivierten Makrophagen und der Bedeutung der daraus resultierenden HIF-1-Aktivierung untersucht. Makrophagen, die durch apoptotische Zellen (AZ) aktiviert werden, stellen einen anti-inflammatorischen, pro-angiogenetischen Phänotyp dar, der vergleichbar mit dem der Tumor-assozierten Makrophagen (TAMs) ist. TAMs infiltrieren in das Tumorgewebe und sind essentiell am Übergang von einem avaskulären zu einem invasiven, vaskularisierten und malignen Tumor beteiligt. Unsere Arbeitsgruppe konnte in Vorarbeiten zeigen, dass Makrophagen zunächst Tumorzellen abtöten, wodurch die apoptotischen Tumorzellen Mediatoren (u.a. Sphingosin-1-Phosphat (S1P)) freisetzen, die eine Polarisierung zu einem alternativen, TAM-ähnlichen-Phänotyp der Makrophagen bewirken. Die Inkubation der Makrophagen mit KMAZ führte zu einer Induktion der HIF-1alpha-mRNA und des -Proteins unter Normoxie, was unabhängig von der Proteinstabilität auf eine gesteigerte Proteinsynthese zurückgeführt werden konnte. Weiterhin führte die Induktion von HIF-1alpha zu einer gesteigerten HIF-1-Aktivität. Die Differenzierung von Stammzellen zu CD31+-Endothelzellen wurde durch die Überstände von den durch KMAZ polarisierten Makrophagen HIF-1-abhängig hervorgerufen und ist ein Indiz für die Ausbildung des HIF 1-vermittelten pro-angiogenetischen Phänotyps der Makrophagen. Als Mediatoren, die von den AZ freigesetzt wurden und an der HIF-1alpha-mRNA-Induktion beteiligt sind, konnten S1P und transforming growth factor-beta (TGF-beta) identifiziert werden. Des Weiteren kommt es zu einer Aktivierung des nuclear factor of activated T-cells (NFAT), der an den HIF-1alpha-Promotor bindet und die Transkription induziert. Aufgrund der verstärkten Synthese kommt es zur Akkumulation von HIF-1alpha und zur Aktivierung von HIF-1. Bisher ist die Aktivierung von HIF-1 in TAMs durch die Lokalisation in hypoxischen Arealen erklärt und nicht weiter untersucht worden. Die Erkenntnisse über die Regulierung von HIF-1 durch AZ beschreiben einen neuen Mechanismus, der zur HIF-1-Aktivierung auch unter Normoxie führt. Dabei vermitteln AZ statt der beschriebenen hypoxischen Stabilisierung des HIF-1α-Proteins eine Induktion der HIF-1alpha-mRNA. Weiterhin zeigen die Ergebnisse eine Möglichkeit auf, wie TAMs bereits unter Normoxie zur Angiogenese Induktion in Tumoren beitragen können und erweitern damit das Verständnis, wie die Tumor-unterstützende Wirkung der TAMs vermittelt wird.
Relational data exchange deals with translating relational data according to a given specification. This problem is one of the many tasks that arise in data integration, for example, in data restructuring, in ETL (Extract-Transform-Load) processes used for updating data warehouses, or in data exchange between different, possibly independently created, applications. Systems for relational data exchange exist for several decades now. Motivated by their experiences with one of those systems, Fagin, Kolaitis, Miller, and Popa (2003) studied fundamental and algorithmic issues arising in relational data exchange. One of these issues is how to answer queries that are posed against the target schema (i.e., against the result of the data exchange) so that the answers are consistent with the source data. For monotonic queries, the certain answers semantics proposed by Fagin, Kolaitis, Miller, and Popa (2003) is appropriate. For many non-monotonic queries, however, the certain answers semantics was shown to yield counter-intuitive results. This thesis deals with computing the certain answers for monotonic queries on the one hand, and on the other hand, it deals with the issue of which semantics are appropriate for answering non-monotonic queries, and how hard it is to evaluate non-monotonic queries under these semantics. As shown by Fagin, Kolaitis, Miller, and Popa (2003), computing the certain answers for unions of conjunctive queries - a subclass of the monotonic queries - basically reduces to computing universal solutions, provided the data transformation is specified by a set of tgds (tuple-generating dependencies) and egds (equality-generating dependencies). If M is such a specification and S is a source database, then T is called a solution for S under M if T is a possible result of translating S according to M. Intuitively, universal solutions are most general solutions. Since the above-mentioned work by Fagin, Kolaitis, Miller, and Popa it was unknown whether it is decidable if a source database has a universal solution under a given data exchange specification. In this thesis, we show that this problem is undecidable. More precisely, we construct a specification M that consists of tgds only so that it is undecidable whether a given source database has a universal solution under M. From the proof it also follows that it is undecidable whether the chase procedure - by which universal models can be obtained - terminates on a given source database and the set of tgds in M. The above results in particular strengthen results of Deutsch, Nash, and Remmel (2008). Concerning the issue of which semantics are appropriate for answering non-monotonic queries, we study several semantics for answering such queries. All of these semantics are based on the closed world assumption (CWA). First, the CWA-semantics of Libkin (2006) are extended so that they can be applied to specifications consisting of tgds and egds. The key is to extend the concept of CWA-solution, on which the CWA-semantics are based. CWA-solutions are characterized as universal solutions that are derivable from the source database using a suitably controlled version of the chase procedure. In particular, if CWA-solutions exist, then there is a minimal CWA-solution that is unique up to isomorphism: the core of the universal solutions introduced by Fagin, Kolaitis, and Popa (2003). We show that evaluation of a query under some of the CWA-semantics reduces to computing the certain answers to the query on the minimal CWA-solution. The CWA-semantics resolve some the known problems with answering non-monotonic queries. There are, however, two natural properties that are not possessed by the CWA-semantics. On the one hand, queries may be answered differently with respect to data exchange specifications that are logically equivalent. On the other hand, there are queries whose answer under the CWA-semantics intuitively contradicts the information derivable from the source database and the data exchange specification. To find an alternative semantics, we first test several CWA-based semantics from the area of deductive databases for their suitability regarding non-monotonic query answering in relational data exchange. More precisely, we focus on the CWA-semantics by Reiter (1978), the GCWA-semantics (Minker 1982), the EGCWA-semantics (Yahya, Henschen 1985) and the PWS-semantics (Chan 1993). It turns out that these semantics are either too weak or too strong, or do not possess the desired properties. Finally, based on the GCWA-semantics we develop the GCWA*-semantics which intuitively possesses the desired properties. For monotonic queries, some of the CWA-semantics as well as the GCWA*-semantics coincide with the certain answers semantics, that is, results obtained for the certain answers semantics carry over to those semantics. When studying the complexity of evaluating non-monotonic queries under the above-mentioned semantics, we focus on the data complexity, that is, the complexity when the data exchange specification and the query are fixed. We show that in many cases, evaluating non-monotonic queries is hard: co-NP- or NP-complete, or even undecidable. For example, evaluating conjunctive queries with at least one negative literal under simple specifications may be co-NP-hard. Notice, however, that this result only says that there is such a query and such a specification for which the problem is hard, but not that the problem is hard for all such queries and specifications. On the other hand, we identify a broad class of queries - the class of universal queries - which can be evaluated in polynomial time under the GCWA*-semantics, provided the data exchange specification is suitably restricted. More precisely, we show that universal queries can be evaluated on the core of the universal solutions, independent of the source database and the specification.
Influenza is a contagious respiratory disease caused by influenza A and influenza B viruses. The World Health Organisation (WHO) reports that annual influenza epidemics result in approximately 1 billion infections, 3 to 5 million severe cases, and 300 to 650 thousand deaths. Understanding hidden mechanisms that lead to optimal vaccine efficacy and improvement antiviral treatment strategies remain continuous and central tasks. First, regarding the immune response to vaccines and natural infections, the antibody response echoes the dynamics of diverse immune elements such as B-cells, and plasma cells. Also, responses reflect the processes for B-cells to gain and adapt affinity for the virus. Antibodies (Abs) that respond to the virus surface proteins, particularly to the hemagglutinin (HA), have been identified to protect against infection. The Abs responses binding to HA can be broadly protective as this protein is considerably accessible on the virion. When following sequential infections with similar influenza strains, i.e. two infections with different strains of a subtype, an enhanced breadth and magnitude of Abs response is developed, mainly after the second infection. The effect of being effective to new strains is called Abs cross-reaction.
On the other hand, as for antiviral treatment, the WHO currently approves the use of neuraminidase inhibitors (NIs) such as zanamivir and oseltamivir. Diverse research areas such as system biology, learning-based methods, control theory, and systems pharmacology have guided the development of modern treatment schemes. To do so, mathematical models are used to describe a wide range of phenomena such as viral pathogenesis, immune responses, and the drug's dynamics in the body. Drug dynamics are usually expressed in two phases, pharmacokinetics (PK) and pharmacodynamics (PD) - the PK/PD approach. These schemes leverage pre-clinical and clinical data through modeling and simulation of infection and drug effects at diverse levels. Under such a framework, control-based scheduling systems seek to tailor optimal antiviral treatment for infectious diseases. Thus, influenza treatment can be theoretically studied as a control-based optimization duty (about systems stability, bounded inputs, and optimality). Finally, towards real-world implementation, learning-based methods such as neural networks (NNs) can guide solving issues on the control-based performance. Using NNs as identifiers provide a setting to deal with infrequent measures and uncertain parameters for the control systems.
This thesis theoretically explores central mechanisms in influenza infection via modeling and control approaches. In the first project, we explore how and to what extent antibody-antigen affinity flexibility could guide the Abs cross-reaction in two sequential infections using a hypothetical family of antigens. The set of antigens generally represent strains of influenza, such as those of a subtype. Each antigen is composed of a variable and a conserved area, generically representing the structures of the HA, head, and stalk, respectively. We test diverse scenarios of affinity thresholds in the conserved and variable areas of the antigens. The Abs response reaches a high magnitude when using equivalent affinity thresholds in the conserved and variable areas during the first infection. However, improved cross-reaction is developed when slightly increasing the affinity threshold of the variable area for the second infection. Key mutations via affinity maturation is a feature that, together with affinity flexibility between infections, guides Abs cross-reaction in the model outcome. These results could correlate with studies pointing out that broad responses might be dependent on reaching specific mutations for getting affinity to a newly presented antigen while broadly reaching related antigens. The general platform may serve as a proof-of-concept for exploring fundamental mechanisms that favor the Abs cross-reaction.
In a second project, theoretical schemes are developed to combine impulsive and inverse optimal control strategies to address antiviral treatment scheduling. We present results regarding stability, passivity, bounded inputs, and optimality using impulsive action. The study is founded on mathematical models of the influenza virus (target-cell limited model) adjusted to data from clinical trials. In these studies, participants were experimentally infected with influenza H1N1 and treated with NIs. Results show that control-based strategies could tailor dosage and reduce the amount of medication by up to 44%. Also, control-based treatment reaches the efficacy (98%) of the current treatment recommendations by the WHO. Monte Carlo simulations (MCS) disclose the robustness of the proposed control-based techniques. Using MCS, we also explore the applicability to the individualized treatment of infectious diseases through virtual clinical trials. Furthermore, bounded control strategies are applied directly in drug dose estimation accounting for overdose prevention. Finally, due to the limitations of the available technology intended for clinical practice, we emphasize the necessity of developing system identifiers and observers for real-world applications.
In the third project, the problem of data scarcity and infrequent measures in the real world is handled by means of learning-based methods. System identification is derived using a Recurrent High Order Neural Network (RHONN) trained with the Extended Kalman filter (EKF). Lessons learned from impulsive control frameworks are taken to develop a neural inverse optimal impulsive control --neurocontrol. The treatment efficacy is tested for early (one day post-infection) and late (2 to 3 days post-infection) treatment initiation. The neurocontrol reaches an efficacy of up to 95% while saving almost 40% of the total drug in the early treatment. Robustness is tested via virtual clinical trials using MCS.
Lastly, taking all together, the schemes developed in this thesis for modeling the Abs cross-reaction and control-based treatment tailoring can be extended and adapted to explore similar phenomena in different respiratory pathogens, such as SARS-CoV-2.
Trotz vielfältiger Gleichberechtigungsbestrebungen und -erfolge in den letzten Jahrzehnten sind Frauen – in Deutschland und den meisten anderen westlichen Ländern – in den oberen Führungspositionen weniger stark vertreten als Männer (Catalyst, 2012, 2013, 2014; European Commission, 2013; Eurostat, 2013). Dieser Umstand hat in Politik, Gesellschaft und Wissenschaft Diskussionen einerseits über mögliche Ursachen und andererseits über mögliche Ansatzpunkte für Interventionen zur Stärkung der Gleichberechtigung (bspw. Einführung einer Frauenquote oder frauenspezifische Förderprogramme) angeregt. Betrachtet man die wissenschaftlichen Theorien und Studien zeigt sich, dass es verschiedene Ursachen für die Unterrepräsentanz von Frauen in Führungspositionen gibt (vgl. Hernandez Bark, Escartin, & van Dick, 2014). Anders als in der Metapher der gläsernen Decke, die davon ausgeht, dass es eine undurchlässige Decke gibt, die Frauen den Zugang zu oberen Führungspositionen verwehrt (Morrison, White, & van Velsor, 1992), stellt sich der Weg von Frauen in die oberen Führungspositionen eher als ein Labyrinth dar (vgl. Eagly & Carli, 2007). Auf dem Weg in die oberen Führungspositionen sind Frauen mit verschiedenen Hindernissen und Problemen konfrontiert, welche es für sie zu überwinden gilt (Eagly & Carli, 2007). Eine Möglichkeit, diese verschiedenen Aspekte in dem Labyrinth zu den Führungspositionen zu strukturieren, bietet die Formel von Campbell und Kollegen (Campbell, McCloy, Oppler, & Sager, 1993): Performance=KSA*Motivation*Opportunities. Hierbei steht KSA für Knowledge, Skills und Abilities, also für das Wissen, die Fähigkeiten und Fertigkeiten, ergo dem Können. Motivation steht für die Motivation, ergo dem Wollen. Und Opportunities steht für die Möglichkeiten, ergo dem Dürfen. Somit ergeben sich folgende Fragen: Können Frauen führen? Wollen Frauen führen? Und dürfen Frauen führen? In meiner Dissertation fasse ich im Rahmen eines Reviewartikels zunächst den Forschungsstand hinsichtlich dieser drei Aspekte zusammen (Hernandez Bark et al., 2014). Hierbei liegt der Fokus auf einem Vergleich zwischen Spanien und anderen westlichen Ländern wie beispielsweise der USA oder Deutschland. Anschließend fokussiere ich in dem ersten empirischen Artikel spezifischer den Aspekt des Wollens (Schuh, Hernandez Bark, Van Quaquebeke, Hossiep, Frieg, & van Dick, 2014), welcher durch das Konstrukt der Machtmotivation (McClelland, 1985) operationalisiert wurde. Hierbei untersuche ich Geschlechtsunterschiede in Machtmotivation und ihren Zusammenhang zu Führungsverantwortung. Der zweite Artikel fokussiert das Zusammenspiel des Geschlecht, des Wollens und Könnens für den Besitz von Führungsverantwortung (Hernandez Bark, Escartin & van Dick, under review). Hierbei wurde Wollen erneut durch das Konstrukt der Machtmotivation (McClelland, 1985) und das Können durch das Konstrukt der transformationalen Führung (Bass, 1985) operationalisiert. Insgesamt zeigte sich ein klares Muster: Frauen können effektiv führen und die Repräsentation von Frauen in Vorstand oder Topmanagement steht meist sowohl in einem positiven Zusammenhang mit der organisationalen Leistung als auch mit einer nachhaltigeren Unternehmenspolitik. Dieser Befund ist unabhängig vom Durchführungsland (vgl. Hernandez Bark et al., 2014). Somit lässt sich die Frage „Können Frauen führen?“ eindeutig mit ja beantworten. Eine zentrale Rolle bei der Beantwortung der Fragen „Wollen Frauen führen?“ und „Dürfen Frauen führen?“ bildet die Inkongruenz zwischen der weiblichen Geschlechtsrolle und der Führungsrolle. Während die weibliche Geschlechtsrolle Eigenschaften wie freundlich, unterstützend und warm (kommunale Eigenschaften) umfasst, beinhaltet die Führungsrolle Eigenschaften wie dynamisch, durchsetzungsstark und kompetitiv (agentische Eigenschaften), welche kongruent zu der männlichen Geschlechtsrolle sind. Dies führt zu unterschiedlichen Möglichkeiten (Dürfen) für Frauen und Männer, Führungsverantwortung zu erlangen (vgl. Hernandez Bark et al., 2014). Und auch der Aspekt des Wollens wird dadurch beeinflusst. Das Wollen, ergo auch die Machtmotivation, ist ein wichtiger Einflussfaktor für das Erlangen von Führungsverantwortung (Hernandez Bark et al., under review; Schuh et al., 2014). Jedoch ist das Streben nach Macht (Machtmotivation, agentisch) inkongruent zu der weiblichen Geschlechtsrolle, was sich in einer niedrigeren Machtmotivation von Frauen widerspiegelt und zu einer Unterrepräsentanz von Frauen in Führungsverantwortung beiträgt (Hernandez Bark et al., under review; Schuh et al., 2014). Auch transformationale Führung ist positiv mit Führungsverantwortung verknüpft, jedoch ist sie kongruent zu der weiblichen Geschlechtsrolle und Frauen zeigen dieses Führungsverhalten stärker als Männer, was sich positiv auf die Repräsentanz von Frauen in Führungsverantwortung auswirken sollte (Eagly, Johannesen-Schmidt & van Engen, 2003; Hernandez Bark et al., under review). Jedoch ist Machtmotivation auch ein Prädiktor transformationaler Führung und der Zusammenhang zwischen Geschlecht und Führungsverantwortung wird seriell durch Machtmotivation und transformationale Führung mediiert, was zu der stärkeren Repräsentanz von Männern in Führungsverantwortung beiträgt (Hernandez Bark et al., under review). Dieser Vorteil wird noch dadurch verstärkt, dass der Zusammenhang zwischen Machtmotivation und transformationaler Führung für Männer stärker ist als für Frauen (Hernandez Bark et al., under review). Die Implikationen dieser Befunde für weitere Forschung und Stärkung von Gleichberechtigung von Frauen und Männern in Führungsverantwortung werden am Ende dieser Arbeit diskutiert.
Die Erstellung und Auswertung der Frankfurter HIV-Resistenzdatenbank dient der Analyse von Prävalenzen von Primär- und Sekundärmutationen im HIV-Genom für die spezifischen antiretroviralen Medikamente sowie der Untersuchung von Korrelationen von Punktmutationen in der Protease mit klinischen Parametern. Die hier vorgestellte allgemeine Datenbankauswertung bestätigte die in der Literatur beschriebene nur geringe Mutationsprävalenz in der Protease, sowohl im Bereich der Primärmutationen (AS-Pos. 30, 46, 48, 50, 82, 84 und 90) also auch der Sekundärmutationen. Ebenso zeigte sich, dass die Ausbildung von Mutationen unter Selektionsdruck durch eine antiretrovirale Therapie deutlich über der von ART-naiven Patienten liegt. Die Untersuchung von Patienten mit niedriger Virusbeladung (Low-level-Patienten) konnte zeigen, dass auch bei Sequenzierungen mit geringem Virusmaterial aussagefähige Ergebnisse zu erzielen sind. Die Mutationen passten sowohl zu den entsprechenden Vortherapien als auch zu den klinischen Parametern, wie Viruslast und CD4+-Zellzahl. Das Verfahren der Genotypisierung stellt daher auch für Patienten mit einer niedrigen Viruslast (< 1000 Kopien/ml Blut) eine geeignete Methode dar, um Fragestellungen nach Mutationen, Therapieverläufen und Resistenzentwicklungen zu beantworten. Die Analyse von Patientenverläufen aus dem Low-level-Kollektiv bestätigte die reziproke Korrelation zwischen Viruslast und CD4+-Zellzahl. Auch hier spiegelte sich in den Ergebnissen der Genotypisierungen der jeweilige klinische Verlauf wider. Die Auswertung von Mutationsveränderungen unter Therapiewechseln bzw. ARTPausen lässt den Erfolg von Therapiepausen zur Rückbildung von Mutationen kritisch betrachten. Bei dem Frankfurter Kollektiv kam es bei allen Patienten nach erneutem Therapiebeginn zu einer Reselektionierung der ursprünglichen Mutationen und war mit einem erneuten Therapieversagen verbunden. Die STI konnte hier zu keiner langfristigen Reduktion der Resistenzen führen. Ebenso wurde deutlich, dass auch bei einem bereits vielfach mutierten HIV-Genom zusätzliche Mutationen selektioniert werden können. Insgesamt gesehen zeigen die Auswertungen aller hier zugrunde liegenden Daten, dass die Genotypisierung eine unverzichtbare diagnostische Methode darstellt, ohne die für den Patienten eine effiziente und optimale medikamentöse Therapie nicht gewährleistet werden kann.
Informationen zu Bildern des Afghanistankriegs werden im Internet auf den Seiten, auf denen sie veröffentlicht werden, ausschließlich durch die das Bild ergänzende Bildunterschrift geliefert. Im Internet gelten spezifische Regeln der Publikation von Bildern, die Einfluss auf Bildmotive und deren Reichweite nehmen. Es existiert eine Informationslücke hinsichtlich der Bildquelle, der innewohnenden Deutungen sowie der Bedingungen ihrer Entstehung und Verbreitung im Internet. Die eigens für Bilder im Internet entwickelte Methode des verfeinerten Netzscans legt die Regularien der Bildveröffentlichungen und Bildproduktionen frei, welche durch den eingebetteten Journalismus, neue netzinhärente Gatekeeping-Prozesse sowie die Suchmaschine Google bestimmt werden und schafft Zugangsweisen der Decodierung von Bildern und deren Quellen.
Molekulare Werkzeuge können in der Wissenschaft unter anderem dazu verwendet werden, biochemische Prozesse gezielt zu untersuchen, um sie somit besser zu verstehen. Dabei handelt es sich zum Beispiel, um kleine chemische Moleküle, die gezielt für ihr Anwendungsgebiet konzipiert worden sind. Mit Ihnen lassen sich z.B. Interaktionen zwischen (Makro-)Molekülen regulieren, chemische Gleichgewichte lokal verändern oder auch Botenstoffe zielgerichtet freisetzen. Die Effekte dieser temporären Einwirkung auf verschiedenste biologische Systeme können hilfreiche Erkenntnisse struktureller, funktioneller oder systematischer Art für die entsprechenden Forschungsgebiete liefern.
Um die interdisziplinären Problemstellungen zielgerichtet mit den entsprechend zugeschnittenen Werkzeugen zu adressieren, ist es dabei jedoch absolut notwendig, dass ein umfassendes und über die Grenzen der jeweiligen Fachgebiete hinaus gehendes Verständnis der jeweiligen Fragestellungen entwickelt wird.
Viele der bisher bekannten Werkzeuge benötigen für ihren Einsatz bis heute noch relativ harsche Reaktionsbedingungen, haben ein eingeschränktes Anwendungsfeld oder lassen sich nicht ausreichend Zeit- & Ortsaufgelöst „aktivieren“. Die Möglichkeit Licht als externes Trigger-Signal zu verwenden, um die entsprechenden molekularen Werkzeuge zu aktivieren (oder auch zu deaktivieren), überwindet genau diese Defizite und bringt neben der hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung noch viele weitere Vorteile mit sich. Im Rahmen meiner Doktorarbeit ist es mir gelungen gemeinsam mit meinen Kooperationspartnern neue lichtaktivierbare molekulare Werkzeuge von Grund auf zu designen, zu synthetisieren, sie auf ihre photochemischen Eigenschaften zu untersuchen und sie anzuwenden. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Doktoranden aus der Organischen, Theoretischen und Physikalischen Chemie, konnte ein umfassendes Bild dieser neuen Substanzklassen aufgezeigt werden. Die verschiedenen Arten lichtaktivierbarer Werkzeuge sollen im Verlauf dieser Arbeit genauer herausgearbeitet werden. Generell kann man in drei grundlegenden Klassen von lichtaktivierbaren Werkzeugen unterscheiden: 1. irreversibel photolabile Schutzgruppen, 2. photoaktivierbare Label und 3. reversibel lichtschaltbare Photoschalter.
Auf dem Gebiet der photolabilen Schutzgruppen, auch photoaktivierbare Schutzgruppen oder Photocages genannt, ist es uns gelungen eine neue Spezies von Molekülen zu identifizieren, die dazu in der Lage sind, nach photochemischer Anregung eine spezifische Bindung innerhalb ihres molekularen Gerüsts zu spalten. Möglich gemacht wurde dies, indem wir den sog. „uncaging Prozess ganz neu gedacht“ haben und mit der Unterstützung von Theorie und Spektroskopie unsere Ergebnisse in einer Struktur-Aktivitäts-Beziehungs-Studie (SAR) festhalten konnten. Aus einer Substanzbibliothek von diversen theoretisch berechneten Kandidaten, wurden die vielversprechendsten Verbindungen anschließend synthetisiert und photochemisch charakterisiert. Nach initialen Untersuchungen und den daraus hervorgehenden Erkenntnissen, wurden weitere molekulare Struktur auf die Optimierungen der photochemischen Eigenschaften hin theoretisch berechnet und anschließend im Labor realisiert. Daraus resultierend entwickelten wir einen Photocage, der mit einer hohen Quantenausbeute mit Licht von über 450 nm photolysierbar ist und ebenfalls dazu in der Lage ist Neurotransmitter wie z.B. Glutamat zielgerichtet und lichtaktiviert freizusetzen. Eine weitere Struktur-Aktivitäts-Beziehungs-Studie wurde im Rahmen dieser Arbeit mit dem Isatin-Gerüst als potentiell neue photolabile Schutzgruppe durchgeführt.
Ebenfalls konnten in einer dritten Studie auf dem Gebiet der photolabilen Schutzgruppen Untersuchungen am Coumarin-Grundgerüst zeigen, dass eine systematische Einschränkung der Relaxationspfade im Molekül eine Verbesserung der photochemischen Eigenschaften mit sich bringen kann.
Photoaktivierbare Label werden in den verschiedensten Bereichen der Wissenschaft angewendet. Meist erlauben jedoch die chemischen Moleküle nur eine begrenzte „Beobachtungszeit“ der biochemischen Prozesse aufgrund der effizienten und damit schnellen Relaxationspfade zurück in den Grundzustand. Zu Beginn der durchgeführten Untersuchungen, bestand unsere Idee darin, die selektive Prä-IR-Anregung mit Hilfe eines UV/vis-Pulses (entsprechend der VIPER-Spektrokopie) in ein langlebiges Triplett-Signal eines geeigneten Chromophors zu überführen, welches anschließend für die Beobachtung vergleichsweise lang-lebiger biochemischer Prozesse verwendet werden könnte. Aus dieser Idee heraus entwickelten wir einen Chromophor, der neben einer Absorption im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, zusätzlich eine IR-adressierbare funktionelle Gruppe, sowie die Eigenschaft, ein effizientes Inter-System-Crossing (ISC) nach photochemischer Anregung durchzuführen, besaß. Zu unserem Erstaunen zeigte dieses Derivat jedoch nach erfolgreicher Synthese nicht das erwartete Verhalten. Ein weiteres Beispiel für die hochgradige Komplexität der Photochemie.
Mit Hilfe von theoretischen und spektroskopischen Methoden konnten dennoch viele hilfreiche Erkenntnisse aus dieser Studie für zukünftige Untersuchungen aufgedeckt werden.
Ebenso war es während meiner Promotion eines der Ziele, den Schaltprozess des sog. Fulgid-Photoschalters genauer zu untersuchen und somit besser zu verstehen. Hierbei handelt es sich um ein ausgesprochen beständiges, photochemisch reversibel schaltbares Molekül, auch wenn dies vielleicht auf den ersten Blick ein Widerspruch in sich zu sein scheint. Es gelang uns diesen Photoschalter, genauer gesagt seine Photo-Isomere, auf dem Gebiet der chemischen Aktinometrie zu etablieren.
Dafür waren zahlreiche Messungen diverser Reaktivitäten (photochemische Reaktions-Quantenausbeuten) in verschiedenste Wellenlängenbereiche vom Nah-UV-Bereich bis hin zur 700 nm Grenze erforderlich. Außerdem wurden alle Werte mit der Referenzmessung einer Photodiode bzw. je nach Wellenlängenbereich auch mit der klassischen Ferri-Oxalat-Aktinometrie verglichen. Im Anschluss daran fokussierte ich mich weiter auf die einzelnen Photo-Isomere und ihre einzigartige chemische Struktur. Mit Hilfe der chiralen HPLC gelang es uns die einzelnen Photo-Isomere voneinander zu isolieren und diese mit verschiedensten photochemischen und theoretischen Methoden „genauer unter die Lupe“ zu nehmen. Die aus dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse bereiten den Weg für diverse, zukünftige spektroskopische Anwendungen dieses Photoschalters.
Das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) stellt Protonen-, Helium- und Kohlenstoff-Ionenstrahlen unterschiedlicher Energie und Intensität für die Krebsbehandlung und Sauerstoff-Ionenstrahlen für Experimente zur Verfügung. Der hierfür verwendete Beschleuniger ist darüber hinaus in der Lage auch Ionenstrahlintensitäten unterhalb der für Therapien verwendeten bereitzustellen. Allerdings ist das derzeit installierte Strahldiagnosesystems nicht in der Lage, das Strahlprofil bei solchen geringen Intensitäten (< 10^5 Ionen/s) zu messen. Dabei existieren mögliche medizinische Anwendung für diese niederintensiven Ionen-strahlen, wie beispielsweise eine neuartige und potentiell klinisch vorteilhafte Bildgebung: die Ionenradiographie. Eine essentielle Voraussetzung für diese und andere Anwendungen ist ein System zur Überwachung von Ionenstrahlen niedriger Intensität. Ein solches System wurde im Rahmen dieser Arbeit konzipiert, realisiert, getestet und optimiert.
Das Funktionsprinzip basiert auf szintillierenden Fasern, insbesondere solchen mit erhöhter Strahlungshärte für die Möglichkeit einer dauerhaften Platzierung im Therapiestrahl. Ein diese Fasern durchlaufendes Ion regt den darin enthaltenen Szintillator durch Stoßprozesse kurzzeitig an. Die dabei deponierte Energie wird anschließend in Form von Photonen wieder emittiert. Silizium-Photomultiplier sind an den Enden der Fasern montiert und wandeln die Photonensignale in verstärkte elektrische Impulse um. Diese Impulse werden von einer neuartigen und dedizierten Ausleseelektronik aufgezeichnet und verarbeitet. Ein Prototypaufbau, bestehend aus den genannten Teilen, wurde im Strahl getestet und kann das transversale Strahlprofil erfolgreich im Intensitätsbereich von 10^7 Ionen/s bis hinunter zu 10^2 Ionen/s aufzeichnen. Darüber hinaus konnte, durch die erfolgreiche Ankunftszeitmessung von einzelnen Ionen bis zu Intensitäten von 5*10^4 Ionen/s, ein Machbarkeitsnachweis für die Messung der Spur von einzelnen Teilchen erbracht werden.
Seit der Einführung der antiretroviralen Therapie (HAART) ist die Mortalität von HIV-Infizierten in der westlichen Welt zwar deutlich zurückgegangen, die HIV-Infektion ist jedoch bis heute nicht heilbar. Die derzeitige Therapie unterdrückt zwar sehr effektiv die Virusreplikation, kann aber nicht das Virus vollständig eliminieren und somit die Infizierten nicht heilen. Die daher notwendige Langzeitbehandlung wird wiederum durch die relativ hohe Toxizität der Medikamente und durch das Auftreten resistenter Virusvarianten limitiert. Die Suche nach neuen Therapienansätzen und Wirkstoffklassen ist daher immer noch von größter Wichtigkeit. Die HIV-Gentherapie stellt neben der konventionellen antiretroviralen Therapie eine mögliche zusätzliche Behandlungsform dar. Die Arbeitsgruppe von Laer hat am Georg-Speyer-Haus retrovirale Vektoren entwickelt, die membrangebundene (ma) HIV-Eintrittsinhibitoren, sog. C Pepitde, kodieren. Das durch den Prototyp-Vektor M87 kodierte maC36-Peptid zeigte eine moderate Inhibition des Viruseintritts. In einem Optimierungsprozess wurde der Vektor M87o generiert. M87o kodiert im Vergleich zu M87 ein wirksameres maC-Peptid (maC46) und weist auch eine wesentlich höhere Expressionsstärke und dadurch eine stärkere inhibitorische Wirkung als der Prototypvektor auf. Ziel dieser Arbeit war es zunächst, HIV Varianten, die resistent gegenüber dem M87o–Genprodukt maC46 sind, in vitro zu generieren und anschließend den Resistenzmechanismus aufzuklären. In einer Kollaboration mit der Gruppe um M. Dittmar aus Heidelberg war durch Passage des HIV 1 Wildtyp (wt) Ba L-Isolats auf M87-transduzierten Zellen bereits das maC36-resistente Virusisolat Ba L_sel_MD generiert worden. Ba L_sel_MD wies zwei Resistenzmutationen in der gp41-Untereinheit des Hüllproteins auf: I556V (heptad repeat 1 Region) und N634K (heptad repeat 2 Region). Für die Mutation 634K war dabei gezeigt worden, dass sie auch zu einer leichten Reduktion der maC46-Sensibilität führt. In der vorliegenden Arbeit diente Ba L_sel_MD als Ausgang für die Selektion einer Virusvariante mit deutlich verminderter Sensibilität gegenüber maC46. Hierfür wurde Ba L_sel_MD über 149 Tage lang auf Zellen mit steigender maC46 Expressionshöhe passagiert und so das Isolat Ba L_FH1 generiert. Das Hüllprotein des selektierten Isolats war ausreichend, um einen maC46-resesistenten Phänotyp hervorzurufen. Das selektierte Hüllprotein war im Vergleich zu dem Ausgangsisolat ca. fünf- bis zehnfach weniger empfindlich gegenüber maC46. Die Sequenzierung des Ba L_FH1 Hüllproteingens zeigte, dass die Aminosäureausprägung an Position 634 des Ausgangsisolats (BaLsel_MD) konserviert worden war, während die Position 556 zur Wildtypsequenz revertiert war. Darüber hinaus wurden drei Mutationen in der gp120-Untereinheit des Hüllproteins (V2-Region (I187T), V3-Region (N305Y), C3-Region (E352K)), sowie eine Mutation in der heptad repeat 1 Region (A579T) der gp41-Untereinheit identifiziert. Für die reduzierte maC46-Empfindlichkeit waren in erster Linie die Mutation N305Y in der V3 Region und die Rückmutation 556I in Zusammenwirkung mit der bereits vorhandenen Mutation 634K verantwortlich. Die verbleibenden Mutationen hatten allenfalls modulierende Wirkung auf die maC46-Sensibilität. Die Resistenz ist vermutlich auf die beobachtete erhöhte Fusionsgeschwindigkeit des Hüllproteins von Ba L_FH1 im Vergleich zum Ausgangsisolat zurückzuführen, die interessanterweise mit einer reduzierten Corezeptoraffinität verknüpft war. Die erhöhte Fusionsgeschwindigkeit verkürzt das zeitliche Fenster, in welchem maC46 an seine Zielstruktur innerhalb des gp41 binden kann. Es scheinen zwei unterschiedliche Phasen des Eintrittprozesses durch die Mutationen verändert worden zu sein. Die Mutation in der V3-Region (N305Y) der gp120-Untereinheit beschleunigt wohl eine frühe Phase. Vermutlich ermöglicht diese Mutation, dass bestimmte Übergangszustände nach der Corezeptorbindung schneller durchlaufen werden können, indem die gp120/Corezeptorbindung destabilisiert wird. Die Rückmutation 556I beschleunigt wahrscheinlich in Zusammenspiel mit der bereits vorhandenen Mutation 634K die Ausbildung des 6 Helixbündels. Diese beiden Mutationen wirken somit auf eine späte Phase der Fusion. Obwohl bekannt ist, dass natürliche Variationen in gp120 die Sensibilität des HIV-Hüllproteins gegenüber C-Peptiden beeinflussen, konnte in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass solche Mutationen auch in vitro selektiert werden, um eine C-Peptidresistenz herbeizuführen.
An der chemischen Synapse des Nervensystems führt ein präsynaptisches Aktionspotential zur Freisetzung eines Neurotransmitters, der über den synaptischen Spalt diffundiert und an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran bindet. Die ionotropen Rezeptoren sind an dieser Membran zu Clustern aggregiert. Entstehung und Dynamik dieser Rezeptoraggregate sind für Funktion und Plastizität der Synapse essentiell. Für die Aggregation der inhibitorischen Glyzin- und der meisten Subtypen der GABAA-Rezeptoren ist das periphere Membranprotein Gephyrin notwendig. Es ist ein Schlüsselfaktor für die Genese und Aufrechterhaltung der glyzinergen postsynaptischen Membran. Dabei bindet es direkt an den GlyR und verbindet diesen über die Bindung von Mikrotubulie an das Zytoskelett. Auch andere Bindungspartner wurden nachgewiesen. Gephyrin ist in einer zweiten Funktion in die Synthese des Molybdän-Cofaktors involviert und weist Sequnezhomologien zu Proteinen anderer Spezies auf, die in diesen Syntheseweg eingebunden sind. Gephyrin ist ubiquitär exprimiert und wird alternativ gespleißt. Möglicherweise existieren verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Funktionen. Die Untersuchung der Domänen und Bindungseigenschaften Gephyrins ist daher für das weitere Verständnis über Aufbau und Funktion der Synapse unerlässlich. In dieser Arbeit wurde ein Testsystem etabliert, mit dem sowohl heterolog exprimiertes als auch natives Gephyrin über die hoch-affine Bindung an den GlyR aufgereinigt werden konnte. Mit diesem System konnten erstmals unterschiedliche Varianten Gephyrins nachgewiesen werden. In verschiedenen Organen der adulten Ratte wurden dabei Gephyrinmoleküle mit Molekulargewichten zwischen 52 und den bekannten 93 kDA identifiziert. Auch Bestandteile des GlyR-Komplexes lassen sich mit dieser Methode anreichern. So wurde gezeigt, daß Gephyrin und Collybistin in einem trimeren Komplex mit dem GlyR vorliegen können. Hiermit ist es künftig möglich, in einem proteomischen Ansatz weitere aus dem GlyR-Konmplex anzureichern und zu identifizieren. Mit dem gleichen System wurde auch die Bindungsregion Gephyrins für den GlyR gefunden. Diese diskontinuierliche Bindungsstelle wird aus einer a-Helix der Aminosäuren 164 bis 184, sowie aus hydrophoben Resten gebildet, die von Aminosäure 15 bis 163 unregelmäßig über den gesamten N-Terminus Gephyrins verteilt sind. Zur Bindung an den GlyR werden beide Elemente benötigt. Das kleinste GlyR-bindende Gephyrinfragment erstreckt sich somit über die Aminosäuren 1-184. Mit einem Kosedimentationsassay wurde die Bindung Gephyrins an Mikrotubuli untersucht. Es stellte sich heraus, daß die vermutete Bindungsstelle nicht zur Bindung an Mikrotubuli benötigt wird. Vielmehr ist der C-terminale Abschnitt Gephyrins hierzu ausreichend. Um Regionen Gephyrins zu finden, die die Autoaggregation vermitteln, wurden Bindungsstudien mit dem Zwei-Hybrid-System und ein heterologes Expressionssystem in Zellkulturen durchgeführt. Es wurde gezeigt, daß sowohl die N- als auch der C-terminal gelegene Bereich in der Lage sind, mit Gephyrin zu aggregieren. Im C-Terminus wurde die Domäne auf 62 Aminosäuren eingegrenzt. Zur Erfüllung der verschiedenen Funktionen Gephyrins sind die hierfür notwendigen Domänen offensichtlich in modularer Art organisiert. So lässt sich durch alternatives Spleißen eine Variante exprimieren, die den speziellen Erfordernissen der Zelle gerecht wird. In dieser Arbeit wurden mehrere Domänen und Regionen Gephyrins eingegrenzt, deren Aufgaben von der GlyR-Bindung über die Autoaggregation zur Bildung glyzinerger Proteinkomplexe und der Verknüpfung mit dem Zytoskelett reichen. Somit konnte ein Beitrag zum weiteren Verständnis über die glyzinerge Synapse geleistet werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die 5´- und 3´-Enden 23 ausgewählter Transkripte des halophilen Archaeons Halobacterium salinarum bestimmt. Die Daten wurden dazu verwendet, die Längen der untranslatierten Bereiche zu ermitteln, Konsensussequenzen für die Transkriptionsinitiation und -termination abzuleiten und die Rolle haloarchaealer UTRs bei der Translationsinitiation und -regulation zu untersuchen. Der experimentelle Ansatz wurde mit einer bioinformatischen Analyse des Genoms von H. salinarum vervollständigt. Dabei konnten die Konsensussequenzen der basalen Promotorelemente genauer definiert werden und ein neues Promotorelement konnte entdeckt werden. Weiterhin wurde ein Konsensusmotiv gefunden, welches wahrscheinlich für die Termination der Transkription wichtig ist. Alle 23 analysierten Transkripte hatten eine 3´-UTR mit einer durchschnittlichen Länge von 48 Nukleotiden und ihre 3´-Enden waren nicht posttranskriptionell modifiziert. Die experimentellen Ergebnisse und bioinformatischen Daten ergaben, dass die Mehrheit der haloarchaealen Transkripte keine 5´-UTR besitzt. Die meisten Transkripte mit 5´-UTRs enthielten unerwarteterweise keine Shine-Dalgarno (SD)-Sequenz. Die Analyse des H. salinarum Genoms machte deutlich, dass weniger als 10% aller Gene eine SD Sequenz vorrausgeht und dass sogar bei Genen, die distal im Operon liegen, meistens keine SD-Sequenz zu finden ist. Weiterhin wurde der Einfluss einer ausgewählten 5´-UTR ohne SD-Sequenz und einer 3´-UTR auf die Transkriptstabilität und die Translationseffizienz untersucht. Das Transkript mit 5´ UTR ohne SD-Sequenz wurde in H. salinarum effizient translatiert. In einer Studie an H. volcanii konnte das Gleiche für verschiedene 5´ UTRs ohne SD-Sequenz in Verbindung mit einem Reportergen gezeigt werden (Brenneis et al., 2007). An diesen Transkripten kann die Translation also nicht über den „bakteriellen“ Mechansimus durch Basenpaarung mit dem 3´-Ende der 16S rRNA initiiert werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde untersucht, ob es sich bei dem Mechanismus der Translationsinitiation an Transkripten mit 5´-UTR ohne SD-Sequenz um einen Scanning-Mechanismus wie bei Eukaryonten oder um einen neuen Mechanismus handelt. Für die Experimente wurde das zuvor erwähnte Reportergensystem aus H. volcanii verwendet. Neben AUG wurden GUG und UUG effizient als Startkodons an einem Transkript mit 5´-UTR genutzt, wohingegen AUG das einzige funktionierende Startkodon bei einem Transkript ohne 5´-UTR war. Verschiedene Deletionsversionen der 20 Nukleotide langen 5´-UTR wurden im Gegensatz zur kompletten 5´-UTR nur sehr ineffizient translatiert. Das Einfügen zusätzlicher AUGs stromaufwärts des natürlichen Startkodons hatte keinen Einfluss auf die Translationseffizienz am internen AUG. Ein zusätzliches AUG am 5´-Ende im gleichen Leseraster des natürlichen AUGs führte zur gleichzeitigen Nutzung beider Startkodons auf derselben mRNA. Eine stabile Haarnadelstruktur am 5´-Ende inhibierte die Translation nur am ersten AUG und hatte keinen Einfluss auf die Translationseffizienz am internen AUG. Zusammenfassend konnte durch die erhaltenen Ergebnisse ausgeschlossen werden, dass der Mechanismus der Translationsinitiation an Transkripten mit 5´-UTR ohne SD-Sequenz ein Scanning-Mechansimus wie bei Eukaryonten ist. Neben der Translationsinitiation an Transkripten ohne 5´-UTR und an Transkripten mit SD-Sequenz existiert also noch ein dritter, bis jetzt unbekannter Mechansimus zur Translationsinitiation in Haloarchaea. In initialen Versuchen zur genaueren Charakterisierung der drei verschiedenen Translationsinitiationsmechanismen, wurden Konstrukte hergestellt, bei denen alle drei verschiedenen Startkodons auf einer mRNA vorhanden sind. Es wurden erste Hinweise darauf gefunden, dass Stressbedingungen einen Einfluss auf die unterschiedlichen Initiationsmechansimen haben. Anders als erwartet führte die Mutation einer natürlichen SD-Sequenz nicht zu einer verminderten Translationseffizienz am entsprechenden Startkodon. Die Bestimmung des 5´-Endes eines Transkripts mit in silico vorhergesagter SD-Sequenz offenbarte, dass das Transkript keine 5´-UTR und somit auch keine SD-Sequenz besaß. Beide Ergebnisse machen deutlich, dass SD-Sequenzen eine noch viel geringere Rolle bei der haloarchaealen Translationsinitiation spielen, als anhand der Sequenz und UTR Analysen angenommen werden konnte.
Die Bildung aller Blutzellen ist ein vielschichtiger Prozess aus Proliferation und Differenzierung der pluripotenten Stammzellen. Die Regulation der hämatopoietischen Differenzierung wird unter anderem durch ein Zusammenspiel von zelltypspezifischen Transkriptionsfaktoren gewährleistet (Barreda & Belosevic, 2001). Der Transkriptionsfaktor RUNX1 spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von hämatopoietischen Stammzellen und eine funktionelle Veränderung von RUNX1 führt zur Ausbildung von Leukämien. In humanen Leukämien ist RUNX1 ein häufiges Ziel von chromosomalen Translokationen. Außerdem ist die Haploinsuffizienz von RUNX1 beim Menschen ursächlich für familiäre Thrombozytopenien (FPD) mit reduzierten Thrombozytenzahlen (Luddy et al., 1978; Gerrard et al., 1991). Ein knock out von RUNX1 in adulten Mäusen zu einem Defekt in der Megakaryozytendifferenzierung und zu Myelodysplasien (Growney et al., 2005; Ichikawa et al., 2004). Die Funktion von RUNX1 wird unter anderem durch die Interaktion mit anderen Transkriptionsfaktoren und Cofaktoren reguliert. Dabei kann RUNX1 die Expression von Zielgenen aktivieren oder reprimieren, abhängig davon welche Cofaktoren rekrutiert werden. Die Rekrutierung von Chromatin-modifizierenden Cofaktoren durch RUNX1 führt zur Veränderung der Chromatinstruktur und leitet epigenetische Regulationsprozesse ein. Bekannte Histon-modifizierende Interaktionspartner von RUNX1 sind p300 und HDAC1. p300 besitzt Histon-Aceyltransferase-Aktivität und führt zur Ausbildung offener Chromatinstrukturen, welche dann Transkriptionsfaktoren erlaubt an die DNA zu binden und somit zur Aktivierung der Expression von Zielgenen beiträgt (Vogelauer et al., 2000). Der Gegenspieler von Acetyltransferasen sind Histon Deacetylasen (z.B. HDAC1), welche Acetylgruppen entfernen und somit reprimierend auf die Genexpression wirken (Berger, 2007). Bestimmte Zelltypen unterscheiden sich stark voneinander trotz eines gemeinsamen genetischen Codes. Die Expression von zelllinienspezifischen Genen muss daher zelltypspezifisch kontrolliert werden. Dies geschieht durch epigenetische Regulationsvorgänge, welche stammzell-spezifische Gene abschalten, wohingegen zelllinienspezifische Gene angeschaltet werden. Neben der Acetylierung von Histonen ist die Methylierung eine häufige posttranslationale Modifikation, die im Histone Code eine wichtige Rolle spielt. Diese Histonmarkierung wird von Methyltransferasen katalysiert. Die epigenetische Regulation von RUNX1-Zielgenen während der Differenzierung von Vorläufer-/Stammzellen wurde bislang noch nicht näher aufgeklärt. Aus diesem Grund sollten neue Interaktionspartner von RUNX1 mit epigenetischer Funktion identifiziert werden. In dieser Arbeit konnte eine Interaktion von RUNX1 mit der Protein Arginin Methyltransferase 6 (PRMT6) gezeigt werden. Expressionsanalysen wiesen eine Expression von RUNX1 und PRMT6 in Stamm-/Vorläuferzellen nach. Während der Megakaryozytendifferenzierung verhielt sich das Expressionsmuster von PRMT6 gegensätzlich zu der RUNX1-Expression. Zur Überprüfung der Auswirkung von PRMT6 auf die Megakaryozytendifferenzierung, wurden ein knock down sowie eine Überexpression von PRMT6 durchgeführt. Die veränderte CD41-Expression einer Beeinflussung des PRMT6-Levels deutet auf einen reprimierenden Effekt von PRMT6 auf die Megakaryopoiese hin. Das daran anschließende Ziel bestand in dem Nachweis der kooperativen Regulation von differenzierungsspezifischen Genen durch PRMT6 und RUNX1. PRMT6 konnte als Teil eines RUNX1-Corepressorkomplexes mit Sin3a und HDAC1 auf dem Promotorbereich von RUNX1-Zielgenen in hämatopoietischen Vorläuferzellen nachgewiesen werden. Ein in vitro Methyltransferaseassay lieferte Hinweise darauf, dass RUNX1 am Arginin 307 von PRMT6 methyliert wird, was zu einer verstärkten Interaktion beider Faktoren, einer verminderten Aktivierungsfähigkeit und einer erhöhten DNA-Bindungskapazität von RUNX1 führt. Außerdem konnte eine Methylierung des H3R2 am Promotor von megakaryozytären Genen durch PRMT6 gezeigt werden, welche die Bindung des WDR5/MLL-Komplexes an die H3K4me2 Markierung verhindert und somit eine Trimethylierung von H3K4 inhibiert (Hyllus et al., 2007). Auf dem Promotorbereich ist neben den reprimierenden Histonmodifikationen H3R2me2 und H3K27me3 die aktivierende H3K4me2+/me3-Histonmodifikation, sowie die initiierende RNA-Polymerase II vorhanden. Die Gene befinden sich in einem Zwischenzustand (intermediary state) und werden basal transkribiert. Während der Differenzierung in Richtung Megakaryozyten konnte ein Austausch des Corepressorkomplexes gegen einen Coaktivatorkomplex mit p300, PCAF, WDR5, PRMT1 und GATA1/FOG1 beobachtet werden. Ein Verlust von PRMT6 führte zu einer Verringerung der H3R2me2 Markierung. Dadurch konnte WDR5 an den Promotor binden und die H3K4-Trimethylierung wurde durch den WDR5/MLL-Komplex katalysiert. Zusätzlich konnte eine Acetylierung des Promotorbereiches und die Belegung des Promotorbereiches mit der elongierenden RNA-Polymerase II, phosphoryliert am Serin 2, nachgewiesen werden, was zur Induktion der Expression der megakaryozytären Gene führte. Zusammenfassend konnte PRMT6 als neuer Interaktionspartner von RUNX1 identifiziert werden, welcher durch die H3R2-Methylierung differenzierungsspezifische Gene in einem Zwischenzustand hält und reprimierend auf die Megakaryozytendifferenzierung wirkt. Die Expression der intermediary state Gene kann während der Differenzierung schnell aktiviert werden. Zusätzlich konnte eine Methylierung von RUNX1 durch PRMT6 gezeigt werden.
As its fundamental function, the brain processes and transmits information using populations of interconnected nerve cells alias neurons. The communication between these neurons occurs via discrete electric impulses called spikes. A core challenge in neuroscience has been to quantify how much information about relevant stimuli or signals a neuron transports in its spike sequences, or spike trains. The recently introduced correlation method allows to determine this so-called mutual information in terms of a neuron’s temporal spike correlations under certain stationarity assumptions. Based on the correlation method, I address several open questions regarding neural information encoding in the cortex.
In the first part (chapter 2), I investigate the role of temporal spike correlations for neural information transmission. Temporal correlations in neuronal spike trains diminish independence in the information that is transmitted by the different spikes and hence introduce redundancy to stimulus encoding. However, exact methods to describe how such spike correlations impact information transmission quantitatively have been lacking. Here, I provide a general measure for the information carried by spike trains of neurons with correlated rate modulations only, neglecting other spike correlations, and use it to investigate the effect of rate correlations on encoding redundancy. I derive it analytically by calculating the mutual information between a time correlated, rate-modulating signal and the resulting spikes of Poisson neurons. Whereas this information is determined by spike autocorrelations only, the redundancy in information encoding due to rate correlations depends on both the distribution and the autocorrelation of the rate histogram. I further demonstrate that, at very small signal strengths, the information carried by rate correlated spikes becomes identical to that of independent spikes, in effect measuring the rate modulation depth. In contrast, a vanishing signal correlation time maximizes information transmission but does not generally yield the information of independent spikes.
In the second part (chapter 3), I analyze the information transmission capabilities of two particular schemes of encoding stimuli in the synaptic inputs using integrate-and-fire neuron models. Specifically, I calculate the exact information contained in spike trains about signals which modulate either the mean or the variance of the somatic currents in neurons, as is observed experimentally. I show that the information content about mean modulating signals is generally substantially larger than about variance modulating signals for biological parameters. This result provides evidence, by means of exact calculations of the mutual information, against the potential benefit of variance encoding that had been suggested previously.
Another analysis reveals that higher information transmission is generally associated with a larger proportion of nonlinear signal encoding. Moreover, I show that a combination of signal-dependent mean and variance modulations of the input current can synergistically benefit information transmission through a nonlinear coupling of both channels. On a more general level, I identify what was previously considered an upper bound as the exact, full mutual information. Furthermore, by analyzing the statistics of the spike train Fourier coefficients, I identify the means of the Fourier coefficients as information-carrying features.
Overall, this work contributes answers to central questions of theoretical neuroscience concerning the neural code and neural information transmission. It sheds light on the role of signal-induced temporal correlations for neural coding by providing insight into how signal features shape redundancy and by establishing mathematical links between existing methods and providing new insights into the spike train statistics in stationary situations. Moreover, I determine what fraction of the mutual information is linearly decodable for two specific signal encoding schemes.
In dieser Arbeit wurde das Potential von CD34-positiven hämatopoetischen Stammzellen (HSC) und Endothelprogenitorzellen (EPC) aus peripherem Blut bzw. Nabelschnurblut sowie von aus diesen Vorläuferzellen differenzierten Zellen als Zielzellen für die Gentherapie der Hämophilie A untersucht. Der Gentransfer erfolgte mit einem lentiviralen Vektorsystem der zweiten Generation, das einen bicistronischen Transfervektor mit internem CMV-Promotor, einer FVIII-cDNA mit Deletion der B-Domäne, einem IRES-Element und dem EGFP-Gen als Markergen enthielt. Das Vektorsystem wurde zunächst für die Transduktion humaner hämatopoetischer Zellinien verwendet, die verschiedene Leukozytentypen repräsentierten, um es in bezug auf Gentransfereffizienz und FVIII-Expressionsstärke zu evaluieren. Im Rahmen dieser Versuchsreihe konnte zum ersten Mal gezeigt werden, daß hämatopoetische Zellen grundsätzlich in der Lage sind, FVIII zu sezernieren. Zugleich verwiesen die Befunde auf mögliche Expressionsprobleme, da trotz durchweg erfolgreichen Gentransfers und FVIII-Transkription nur in den Überständen von vier der sechs charakterisierten Zellinien FVIII-Protein meßbar war. In anschließenden Experimenten mit humanen und murinen HSC sowie humanen Granulozyten und Makrophagen konnte nach lentiviralem Gentransfer keine Sezernierung von FVIII-Protein detektiert werden. In expandierten humanen HSC wurden jedoch FVIII-mRNA und intrazelluläres FVIII-Protein detektiert, so daß in diesen Zellen ein Exportdefekt für das FVIII-Protein vorzuliegen schien. Da hämatopoetische Zellen und Endothelzellen mit dem Hämangioblasten eine gemeinsame Vorläuferzelle besitzen, wurde zudem geprüft, ob aus CD34-positiven Stammzellen generierte Endothelprogenitorzellen (EPC) in der Lage sind, therapeutisch relevante FVIII-Mengen zu sezernieren. In Anwesenheit von VEGF, FGF-2, SCF und SCGF-beta wurden adhärente Zellen gewonnen, die aufgrund des Musters der Expression von Oberflächenmarkern und durch ihr Verhalten im Matrigel-Assay einen eindeutig endothelialen Phänotyp besaßen. Diese Zellen wurden (bezogen auf die Zahl der eingesetzten CD34-positiven Zellen) um bis zu neun Größenordnungen expandiert. Nach lentiviraler Transduktion der Zellen, die weder das Proliferationspotential der Zellen noch ihren Phänotyp veränderte, wurde eine hocheffiziente FVIII:C-Sezernierung (7,0-7,8 IU/10 hoch 6 Zellen/48 Std.) gemessen. Im ELISA fielen leicht erhöhte FVIII:Ag-Werte auf, und eine nachfolgende Western Blot- Analyse legte nahe, daß dies auf unvollständige intrazelluläre Spaltung des FVIII-Polypeptids in schwere und leichte Kette zurückführbar sein könnte, die sich wegen der weiteren proteolytischen Aktivierung im Plasma jedoch nicht negativ auf die Gerinnungsaktivität in vivo auswirken sollte. Die Befunde dieser Arbeit identifizieren EPC aus CD34-positiven Nabelschnurblutzellen als potentielle Zielzellen für eine FVIII-Substitution nach ex vivo-Gentransfer, da sie sich nicht nur durch ihr hohes Expansionsvermögen auszeichnen, sondern auch durch die Fähigkeit zur rekombinanten FVIIISezernierung auf sehr hohem Niveau, das nur wenig unter dem FVIII-Sekretionspotential humaner Hepatozyten liegt. Primäre hämatopoetische Zellen sind aufgrund eines Exportdefektes zwar nicht direkt für eine FVIII-Substitution, möglicherweise aber für eine Toleranzinduktion geeignet.
Zur Phänomenologie der Obduktionen im Zentrum der Rechtsmedizin in Frankfurt am Main 1999 - 2001
(2008)
Die Arbeit enthält eine statistische Auswertung des Sektionsgutes des Zentrums der Rechtsmedizin in Frankfurt/Main von 1999-2001. Durch den Abgleich von Sektionsprotokollen mit den in das Programm Obduktio (MÜLLER und BRATZKE, 1993) eingegebenen Daten, konnte zusätzlich eine institutsinterne Fehleranalyse der Dateneingabe erfolgen. In den Jahren 1999-2001 verzeichnete das Zentrum der Rechtsmedizin in Frankfurt/Main insgesamt 3.956 Leichendurchgänge, bei denen in 2.689 Fällen (68,0%) eine Obduktion durchgeführt wurde. Beim Gesamtleichendurchgang überwog mit 2.514 Leichen (63,6%) der männliche Anteil deutlich gegenüber 1.438 weiblichen Leichen (36,4%). Das Durchschnittsalter aller eingelieferten Leichen betrug 56,4 Jahre, das der Obduzierten 52,9 Jahre. Der größte Teil der Obduktionen (1.822) ging auf gerichtliche Anordnungen zurück. Außerdem wurden 786 Feuerbestattungssektionen, 40 Privatsektionen, 26 Transplantations-, neun Verwaltungs- und sechs Versicherungssektionen durchgeführt. Die Kategorie "Sonstige" beinhaltete 43 Fälle, die nicht obduziert wurden. Bei 1.224 Leichen fand lediglich eine Besichtigung statt. Bezüglich der Todesart ergab sich bei 1.285 Obduktionen (47,8%) ein natürlicher und in 1.205 Fällen (44,8%) ein nichtnatürlicher Tod. Bei 161 Todesfällen (6,0%) blieb die Todesart unklar und 38-mal (1,4%) lag eine kombinierte (natürlich und nichtnatürlich) Todesart vor. Die häufigste natürliche Todesursache stellten die Herz-Kreislauf-Erkrankungen dar (60,6%). Das Durchschnittsalter der natürlich verstorbenen Personen lag mit 60,0 Jahren deutlich über dem der nichtnatürlichen Todesfälle (45,6 Jahre). An erster Stelle der Todesumstände nichtnatürlicher Todesarten standen mit 363 Fällen (30,1%) Selbsttötungen (69,1% Männer und 30,9% Frauen). Die häufigste Form des Suizids war die Strangulationsmethode durch Erhängen (28,4%), gefolgt von Vergiftungen (22,0%) und Tod durch "stumpfe Gewalt" (20,1%). Durch Unglücksfälle kamen 316 Personen (26,2%) ums Leben. Hierunter befanden sich vor allem Drogentote (157 Fälle; 80,9% Männer). Verkehrsunfälle stellten mit 245 Verstorbenen (20,3%; 71,0% Männer) die dritthäufigste Gruppe dar. Den größten Anteil hatten hierbei Kfz-Fahrer (62 Fälle; 88,7% Männer). Kfz-Insassen waren am zweithäufigsten betroffen (46 Fälle; 58,7% Frauen). Fußgänger wurden in 44 Fällen in einen Verkehrsunfall mit letalem Ausgang involviert (54,5% Männer). Die 21-30-jährigen Verkehrsunfallopfer hatten mit 42 Personen (17,1%) den größten Anteil. Die am häufigsten zum Tode führende Verletzung war das Polytrauma (51,0%), gefolgt von Schädel-Hirn-Traumata (29,0%). Zu einer Untersuchung der Blutalkoholkonzentration kam es in 146 Fällen: 29,2% der Männer und 17,5% der Frauen wiesen zum Unfallzeitpunkt einen Wert von mindestens 0,03% auf. Durch ein Tötungsdelikt starben insgesamt 142 Personen (57,0% Männer), was einem Anteil von 11,8% an allen nichtnatürlichen Todesfällen entsprach. Bei der Klassifikation der Tötungsdelikte stellten Mord und Totschlag die häufigsten Delikte dar (71,1%). Die meisten Opfer (19,7%) waren zwischen 41-50 Jahre alt (57,1% Männer). Die Daten für die Jahre 1999-2001 zeigten einen deutlichen Rückgang der Tötungsdelikte um 33,3%. Bei Haushaltsunfällen kamen 52 Personen (55,8% Männer), und bei Arbeitsunfällen 47 Menschen (davon eine Frau) ums Leben. Des Weiteren lagen 19 Fälle (73,7% Frauen) von ärztlichen Kunst- oder Behandlungsfehlern und acht Sportunfälle (100,0% Männer) vor. In 13 Fällen blieb der Todesumstand unklar. Der Vergleich des Sektionsgutes mit den offiziellen Sterbestatistiken der Stadt Frankfurt/Main zeigte, dass im Betrachtungszeitraum durchschnittlich 6,4% der verstorbenen Bürger Frankfurts im Zentrum für Rechtsmedizin obduziert wurden. Von 1999-2001 nahm die Zahl verstorbener Frankfurter Bürger um insgesamt 3,5% ab. Auch die Zahl der obduzierten Leichen aus dem Einzugsgebiet Frankfurt verminderte sich konstant, jedoch wesentlich deutlicher, nämlich um 49,3%. Durch eine nichtnatürliche Todesursache verstarben 910 in Frankfurt gemeldete Personen, von denen 39,7% zur Obduktion gebracht wurden. Von 17.808 natürlichen Todesfällen wurden 4,2% obduziert. Das Durchschnittsalter der verstorbenen Frankfurter Bürger lag bei 75,3 Jahren, während obduzierte Frankfurter nur ein Durchschnittsalter von 60,1 Jahren erreichten. Die institutsinterne Auswertung der fehlerhaften Eingaben in das Datenerfassungsprogramm Obduktio zeigte, dass die häufigsten Eingabefehler das Sterbedatum betrafen (15,0% bezogen auf den Gesamtleichendurchgang), dass dieses jedoch für die Datenanalyse als eher unwichtig einzustufen ist. Ein für die Filterung hingegen sehr wichtiges Kriterium wie die Todesart ("natürlich"/"nichtnatürlich") oder die Sektionsart wurden zu 2,8% bzw. 2,0% falsch eingegeben.
As central component of the peptide loading complex, the ABC transporter TAP is a key player in the adaptive immune response. By recognizing and translocating antigenic peptides derived from proteasomal degradation into the ER lumen it connects the processing of harmful intruders and the marking of an infected cell for elimination. This work focused mainly on the interaction between TAP and one of its viral inhibitors. Of the five known TAP inhibitors, ICP47 is the only one that is not anchored in the ER membrane and has a nonomolar affinity to TAP. These properties and its specific architecture make it an interesting protein engineering tool that can be used in a variety of ways to generate functionally arrested TAP complexes. Different lengths of ICP47 were chosen to map the optimal distance between the binding pocket and the N-terminal elbow helix of either TAP1 or TAP2. I demonstrated that the interaction of fused ICP47 with coreTAP inhibits antigen presentation via MHC I. Interestingly, the loss of MHC I surface expression only depended on the presence of the active domain and not on the length of the fused ICP47 fragments. Summarizing it can be said that TAP complexes containing an intact active domain of ICP47 successfully suppressed MHC I surface expression. Considering the MHC I surface expression in the use of free ICP47 fragments it was revealed that the active domain may not be sufficient. All free constructs, except the one that contains exclusively the active domain (1-35), were able to fully arrest peptide translocation, while the fragment 1-35 partially restored MHC I surface expression. This was the first evidence suggesting that more residues might be present in the ICP47 sequence that contribute to the interaction with TAP.
Further characterization of the ICP47-coreTAP fusion complexes comprised the determination of their thermostability and melting temperatures. The ICP47-coreTAP fusion complexes revealed a preferred orientation for ICP47. The ICP47(1-65) fragment led to a stable complex only if fused to TAP2, highlighting an interesting asymmetry at the TAP1/TAP2 interface, which suggests a shorter distance of the C-terminus of the stabilizing region to the elbow helix of TAP2 than of TAP1. The shorter fragments 1-35 and 1-50, and the ICP47 linker fragments, which inhibited, but did not trigger any thermostabilizing effects on TAP, revealed a second hint for the presence of other residues important for the ICP47/TAP interaction. To define the thermostability in more detail, the melting temperature of complexes with fused or freely bound ICP47 fragments was determined. Short fused fragments of ICP47 (residues 1-35 or 1-50) did not fully stabilize the TAP complex. Only ICP47 fragments longer than residues 1-50 raised the melting temperature to the full extent and led to a completely stabilized complex, suggesting that the critical melting temperature, which determines whether a complex is fully stabilized or not, is about 44-45°C. By comparing different ICP47 proteins from the herpesviral clade, I further noticed that the 21 residues following the active domain are highly conserved. The residues in this region were exchanged by glycines and alanines to study their impact on the thermostabilization of TAP. I demonstrated that several charged residues, an alanine rich, and a proline rich sequence were mainly responsible for the preservation of high melting temperatures. In summary, these findings reveal a dual inhibition mechanism of ICP47. While the active domain of ICP47 is wedged at the TAP1/2 interface and arrests the complex in an open-inward facing conformation, the highly conserved C-terminal region stabilizes the ICP47/TAP interaction and generates a thermostabilized TAP complex.
The second part of this thesis deals with two alternative expression and stabilization strategies for coreTAP, designed to provide a 1:1 ratio of TAP subunits during protein biosynthesis. Different glycine-serine (GS) linkers and a self cleaving 2A site were im- plemented into the TAP sequence and used for comparison with the classical coreTAP. Despite their functionality in antigen translocation, the utilization of GS linkers proved to be unsuitable due to low expression and scarce purification efficiency caused by the unfeasible orthogonal purification. In contrast, the use of a 2A site allowed orthogonal His10- and SBP-tag purification and yielded comparable amounts to the classical coreTAP. However, the ICP47/coreTAP interaction appeared to be hampered by the modified N-terminus of ICP47, due to the cleavage process.
The third and last part of this work deals with the Thermus thermophilus ABC trans- porter TmrAB, which was identified to be part of the same ABC subfamily as TAP. The structure of TmrAB is similar to that of coreTAP and includes a TMD and an NBD for each subunit. In comparison to TAP, TmrAB has a broader substrate range, but it can transport peptides, which are also transported by TAP. Since the natural substrate, and thus the actual function, of TmrAB has not yet been identified, it is counted among the multidrug resistance ABC transporters, from where it also takes its name. In this work, the question was investigated whether TmrAB can be utilized as a TAP substitute. To compare the function of TmrAB and TAP in a natural cell environment, the N-terminal domains of the TAP subunits called TMD0s were fused to the TmrAB subunits and subsequently expressed as different combinations. I found that especially the hybrid complexes containing a TMD0 of TAP2 were functional in terms of MHC I surface expression. Furthermore, TmrAB with TMD0 co-localized prevalently with the ER marker PDI while complexes without TMD0 did not co-localize. Interestingly, the analysis of the interaction with components of the PLC revealed that interaction with tapasin could only occur when a TMD0 was present. In turn, calreticulin, MHC I, and ERp57 were bound, regardless of the presence of a TMD0. It is remarkable that a bacterial protein, sharing only 27-30% sequence identity with human TAP is able to take over a key function of our adaptive immune system. Yet, TmrAB originates from a hyperthermophilic bacterium and may have assembly and folding difficulties that the human cell seeks to overcome by recruiting chaperones like calreticulin and ERp57. Although further experiments will be necessary to analyze the interaction of TmrAB with the PLC components in more detail, TmrAB appears to be homologous to coreTAP, not only in terms of sequence and structure, but also in terms of function.
Tumormarker dienen im Allgemeinen der Verlaufskontrolle bei der Behandlung von Malignomen, unabhängig, ob die Therapie chirurgischen, radiologischen oder chemotherapeutischen Ursprungs ist. Als Ausnahme wäre das PSA zu nennen, welches auch als Screeningparameter Verwendung findet. Die etablierten Tumormarker, die in der Therapie des Mammakarzinoms Verwendung finden, sind unter anderem MCA und CA 15-3. Hierbei handelt es sich ebenso wie bei dem in der vorliegenden Arbeit untersuchten Tumormarker TAG 12 um ein Glykoprotein. Die diagnostische Sensitivität der beiden etablierten Marker beträgt zwischen 50 und 59%, wobei CA 15-3 nur in Kombination mit CEA, ebenfalls ein Glykoprotein, diesen Wert erreicht. TAG 12 dient der Verlaufskontrolle in der Therapie des Mammakarzinoms, als Untersuchungsmaterial wird Serum verwendet. Mittels eines ELISA-Tests, sowie eines Spektralphotometers, erfolgte die Berechnung der Sensitivität, der Spezifität, der Prävalenz, des positiven prädiktiven Wertes und des negativ prädiktiven Wertes. Im Verlauf der durchgeführten Studie stellte sich heraus, dass verschiedene Lebererkrankungen, maligner und benigner Genese, einen Einfluss auf die Höhe des Markerwertes haben, es zeigte sich falschpositive Werte. Dieses Phänomen ist allerdings bei diversen anderen Tumormarkern ebenfalls zu beobachten. Es konnte bei TAG 12 eine Sensitivität von 67% nachgewiesen werden, womit sich der neue Marker mit den oben genannten bereits etablierten Markern durchaus messen kann.
Cancer is one of the leading causes of death across all countries and its diagnosis still yields fear for the affected patient. Although treatment of cancer has made marvelous progress compared to the agents available thirty years ago, a cure for cancer, however, is still a distant prospect. Modern therapy still is a burden for many patients due to heavy side effects. With the development of agents targeting specific molecular targets on cancer cells, a new field of cancer therapy was opened and a small success story in the history of cancer began.
Aurora kinases represent a relatively new target in cancer therapy. The kinase is a essential part of mitosis and cell cycle progression and its overexpression has been shown to be related to many kinds of malignancies. Allosteric inhibition of a kinase is an increasing pre-clinical approach not yet established in the treatment of patients. In this thesis, we combine allostery with another innovative approach that is drug repurposing. If repurposed, a drug can be permitted to fast track drug admission to clinical trials.
I set up a screening of 1280 FDA approved drugs to identify small molecule compounds that affect the binding of Aurora kinase A and its main physiologic binding partner, TPX2. Further, I characterized the positive hits in vitro for their capabilities to displace TPX2 from Aurora A, to inhibit Aurora kinase activity, to thermally stabilize the protein and performed assays to determine their dissociation constant. Last but not least, I tested the compounds in cells for their effect on the cell viability and cell cycle via flow cytometry. Comparing the hit-compounds with controls I found that ATP-competitive AurA inhibitor MLN 8237 strongly displaces the interaction of Aurora A with TPX2.
Summarized, we identified eight hit compounds allosterically affecting Aurora A, but no compound proved to be active in all assays. Just one compound, PS 731, identified in another screening performed by our group and further characterized in this thesis remains interesting, especially when put in context with recent publications released in the time between the start of experiments for this thesis and its finalization.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der BFV-Reduktion von Hamiltonschen Systemen mit erstklassigen Zwangsbedingungen im Rahmen der klassischen Hamiltonschen Mechanik und im Rahmen der Deformationsquantisierung. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei Zwangsbedingungen zuteil, die als Nullfaser singulärer äquivarianter Impulsabbildungen entstehen. Es ist schon länger bekannt, daß für Nullfasern regulärer äquivarianter Impulsabbildungen die in der theoretischen Physik gebräuchliche Methode der BFV-Reduktion zur Phasenraumreduktion nach Marsden/Weinstein äquivalent ist. In [24] konnte gezeigt werden, daß in dieser Situation die BFV-Reduktion sich auch im Rahmen der Deformationsquantisierung natürlich formulieren läßt und erfolgreich zur Konstruktion von Sternprodukten auf Marsden/Weinstein-Quotienten verwendet werden kann. Ein Hauptergebnis der vorliegenden Arbeit besteht in der Verallgemeinerung der Ergebnisse aus [24] auf den Fall singulärer Impulsabbildungen, deren Komponenten 1.) das Verschwindungsideal der Zwangsfläche erzeugen und 2.) einen vollständigen Durchschnitt bilden. Die Argumentation von [24] wird durch Gebrauch der Störungslemmata aus dem Anhang A.1 systematisiert und vereinfacht. Zum Existenzbeweis von stetigen Homotopien und stetiger Fortsetzungsabbildung für die Koszulauflösung werden der Zerfällungssatz und der Fortsetzungssatz von Bierstone und Schwarz [20] benutzt. Außerdem wird ein ’Jacobisches Kriterium’ für die Überprüfung von Bedingung 2.) angegeben. Basierend auf diesem Kriterium und Techniken aus [3] werden die Bedingungen 1.) und 2.) an einer Reihe von Beispielen getestet. Als Korollar erhält man den Beweis dafür, daß es symplektisch stratifizierte Räume gibt, die keine Orbifaltigkeiten sind und dennoch eine stetige Deformationsquantisierung zulassen. Ferner wird (ähnlich zu [92]) eine konzeptionielle Erklärung dafür gegeben, warum im Fall vollständiger Durchschnitte das Problem der Quantisierung der BRST-Ladung eine so einfache Lösung hat. Bildet die Impulsabbildung eine erstklassige Zwangsbedingung, ist aber kein vollständiger Durchschnitt, dann ist es im allgemeinen nicht bekannt, wie entsprechende Quantenreduktionsresultate zu erzielen sind. Ein Hauptaugenmerk der Untersuchung wird es deshalb sein, in dieser Situation die klassische BFV-Reduktion besser zu verstehen – natürlich in der Hoffnung, Grundlagen für eine etwaige (Deformations-)Quantisierung zu liefern. Wir werden feststellen, daß es zwei Gründe gibt, die Tate-Erzeuger (alias: Antigeister höheren Niveaus) notwendig machen: die Topologie der Zwangsfläche und die Singularitätentheorie der Impulsabbildung. Die Zahl der Tate-Erzeuger kann durch Übergang zu projektiven Tate-Erzeugern, also Vektorbündeln, verringert werden. Allerdings sorgt Halperins Starrheitssatz [57] dafür, daß im wesentlichen alle Fälle, für die die Zwangsfläche kein lokal vollständiger Durchschnitt ist, zu unendlich vielen Tate-Erzeugern führen. Erzeugen die Komponenten einer Impulsabbildung einer linearen symplektischen Gruppenwirkung das Verschwindungsideal der Zwangsfläche, so kann man eine lokal endliche Tate-Auflösung finden. Diese besitzt nach dem Fortsetzungssatz und dem Zerfällungssatz von Bierstone und Schwarz stetige, kontrahierende Homotopien. Ausgehend von einer solchen Tate-Auflösung konstruieren wir, die klassische BFV-Konstruktion für vollständige Durchschnitte verallgemeinernd, eine graduierte superkommutative Algebra. Wir können zeigen, daß diese graduierte Algebra auch im Vektorbündelfall eine graduierte Poissonklammer besitzt, die sogenannte Rothstein-Poissonklammer. Die Existenz einer solchen Poissonklammer war bereits von Rothstein [87] für die einfachere Situation einer symplektischen Supermannigfaltigkeit bewiesen worden. Darüberhinaus werden wir sehen, daß es auch im Vektorbündelfall eine BRST-Ladung gibt. Diese sieht im Fall von Impulsabbildungen etwas einfacher aus als für allgemeine erstklassige Zwangsbedingungen. Insgesamt wird also die klassische BFV-Konstruktion [95] auf den Fall projektiver Tate-Erzeuger verallgemeinert, und als eine Homotopieäquivalenz in der additiven Kategorie der Fréchet-Räume interpretiert.
Materialien und Methoden: In den Untersuchungsakten des Zentrums der Rechtsmedizin wurden alle Protokolle der Untersuchungen von Kindesmisshandlungsfällen des Zeitraums vom 01.01.1994 bis zum 31.12.1999 erfasst und die zugehörigen Prozess- bzw. Krankenhausakten eingesehen. Auf diese Weise konnten 31 Fälle von Körperverletzungen mit 36 untersuchten Opfern bei 42 Tatverdächtigen festgestellt werden, bei den Tötungsdelikten 13 Fälle mit 16 Beschuldigten. Opfer: Jungen waren bei den Körperverletzungsdelikten häufiger betroffen als Mädchen, während bei den Tötungsdelikten das Geschlechterverhältnis ausgeglichen war. Bei den meisten der Opfer der Körperverletzungsdelikte handelte es sich um Kinder im Vorschulalter (85%), bei den Opfern der Tötungsdelikten war das älteste Kind drei Jahre alt. Mit 60% waren die Mehrzahl der verletzten Opfer (bei denen eine Staatsangehörigkeit angegeben war) deutscher Nationalität, während bei den getöteten Kindern keine fremde Nationalität angegeben war. Bei 20% aller Verletzten wurde eine Erkrankung/Fehlbildung beschrieben. Der entsprechende Anteil bei den getöteten Opfern lag mit fast 50% deutlich höher. Ein mangelhafter Ernährungszustand wurde bei sechs der 36 verletzten Opfer und bei einem getöteten Kind dokumentiert. In etwa derselben Größenordnung lag ein schlechter Allgemeinzustand bei den Opfern von Körperverletzungsdelikten vor, ein schlechter Pflegezustand fand sich bei drei der verletzten Kinder, während alle getöteten Opfer wenigstens ausreichend gepflegt waren. Beschuldigte: Die dominierende Altersgruppe bei den Beschuldigten der Körperverletzungsdelikte lag zwischen 26 und 30 Jahren, während bei den Tötungsdelikten kein so ausgeprägter Altersgipfel nachweisbar war. Bei diesen verteilte sich das Lebensalter hauptsächlich auf Beschuldigte zwischen 21 und 35 Jahren. Die Mehrzahl aller Verdächtigen waren deutscher Nationalität. Bei den Körperverletzungsdelikten lag die Quote bei 67%, bei den Tötungsdelikten mit 81% noch höher. Der erreichte Schulabschluss war in einer Vielzahl der Kasuistiken nicht angegeben. Lagen Angaben vor, so fand sich eine Häufung von niedrig qualifizierenden Abschlüssen. Die Hochschulreife war nur in zwei Fällen der Körperverletzungsdelikte von den Beschuldigten erreicht worden, bei den Tötungsdelikten verfügte keiner über diesen Schulabschluss. Auch bei den Berufsangaben zeigte sich für beide Deliktgruppen, dass eine Vielzahl von Beschuldigten Berufe mit vergleichsweise niedriger Qualifikation ausübten. Akademisch gebildete Berufe waren nicht vertreten. In allen Fällen lag ein verwandtschaftliches oder (im Falle einer Lebensgemeinschaft) ein sehr nahes persönliches Verhältnis zwischen den Beschuldigten und Opfern vor. In keinem der behandelten Fälle kam(en) der/die Beschuldigte(n) aus einem Bereich außerhalb der Familie/Hausgemeinschaft. In beiden Deliktgruppen litten jeweils 38% der Beschuldigten unter einer chronischen oder - zum Zeitpunkt der Tat - akuten Erkrankung. 31% aller Beschuldigten beider Deliktarten war bereits wegen anderer Delikte z. T. mehrfach auffällig geworden. Im Vordergrund standen hierbei Eigentums-, Verkehrs- und Rauschmitteldelikte. Soziales Umfeld: In ca. 60% der Körperverletzungsdelikte wurde im Rahmen der Ermittlungen bekannt, dass angespannte/problematische Familienverhältnisse vorlagen, bei den Tötungsdelikten wurde die entsprechende Quote mit ca. 50% angegeben. Besonders häufig auftretende Stressoren waren finanzielle Probleme, Alkohol und/oder Drogenabusus, Arbeitslosigkeit, Gewalt in der Partnerschaft und sonstige psychische Belastungen in der Familie. Die Anzahl der Kinder in den betroffenen Familien/Hausgemeinschaften war vergleichsweise gering. In mindestens 66% der Familien, in denen wegen eines Körperverletzungsdeliktes ermittelt wurde, lag die Anzahl der Kinder unter drei, bei den Tötungsdelikten war nur eine Großfamilie mit sieben Kindern bekannt, in allen anderen lag die Anzahl bei maximal zwei Kindern. In der Mehrzahl aller betroffenen Hausgemeinschaften lag ein klassisches Arbeitsteilungskonzept vor. Während die Mutter des Opfers den Haushalt und die Erziehung übernahm, erarbeitete der Vater/Lebensgefährte den Lebensunterhalt. Bei beiden Deliktarten wurde der Lebensunterhalt in ca. 25% der Fälle aus der Sozialversicherung/Sozialhilfe bestritten. Zur Wohnungssituation lagen in der Mehrzahl der Fälle keine Angaben vor, allerdings wurde bei ca. 20% der Körperverletzungsdelikte und 30% der Tötungsdelikte auf eine problematische Wohnungssituation hingewiesen. In den meisten Fällen waren die Partner miteinander verheiratet oder es lag ein eheähnliches Verhältnis vor (bei beiden Deliktarten ca. 70%). Nur in 16% der Fälle mit Körperverletzung bzw. in 8% der Tötungsdelikte lebten die Beschuldigten dauerhaft getrennt. Das Sorgerecht für das/die Opfer lag zum Zeitpunkt der Tat meist bei den Eltern des Kindes (bei beiden Deliktarten ca. 50%). Ansonsten war meist die Mutter die Sorgeberechtigte des Opfers. Tathergang: Hinweise auf eine Intoxikation (Alkohol/Rauschmittel) zum Zeitpunkt der Tat waren bei ca. 18% der Be schuldigten beider Deliktarten angegeben, der Tatort des Übergriffs lag in den meisten aller Fälle im privaten Umfeld. Nur drei Misshandlungen fanden in der Öffentlichkeit statt, während sich alle tödlichen Verletzungen innerhalb der Privatwohnung/Zimmer der Beschuldigten ereigneten. Bei 75% aller Körperverletzungsdelikte bzw. der Hälfte der Tötungsdelikte wurden bei der Untersuchung Hinweise gefunden, die auf frühere Misshandlungen schließen ließen. Es zeigte sich hierbei das hohe Wiederholungsrisiko bei diesem Delikt. In den meisten aller Fälle (50% Körperverletzungsdelikte; 77% Tötungsdelikte) wurde ohne Werkzeug, d. h. mit bloßer Hand misshandelt. Wurden Werkzeuge verwendet, fanden vor allem stockartige Geräte oder Gürtel Verwendung. Auffallend war die vergleichsweise häufige Anwendung von heißem Wasser/Dampf oder glühenden Zigaretten (28% aller Opfer). Rechtliche Aspekte: In den meisten aller Fälle wurde eine Strafanzeige gestellt, wobei die entsprechende Mitteilung an die Ermittlungsbehörden in der überwiegenden Mehrzahl von ärztlichem Personal veranlasst wurde, das mit der Betreuung der Opfer betraut war. An der zweiter Stelle folgten die Mütter der betroffenen Kinder, andere Anzeigenerstatter wurden seltener benannt. Bei den Körperverletzungsdelikten bildete häufig der Verdacht auf einen Verstoß gegen § 223b (bzw. nach der Reform des Strafrechts des § 225 StGB) die Ermittlungsgrundlage, wobei in einigen Fällen parallel dazu wegen anderer Delikte ermittelt wurde. Bei den Tötungsdelikten kamen die §§ 212, 222, 223b und 226 StGB in Betracht. Als häufigste Beweissicherungsmaßnahme wurde bei den Körperverletzungsdelikten in 85% aller Fälle eine körperliche Untersuchung durch einen Rechtsmediziner durchgeführt. In den übrigen Fällen lagen Dokumentationen von niedergelassenen Ärzten bzw. keine Ergebnisse ärztlicher Untersuchungen vor. In 33% aller Körperverletzungsdelikte wurde eine aufwendigere Spurensicherung bzw. eine Rekonstruktion des Vorfalls durchgeführt. Weitere Beweissicherungsmaßnahmen wurden nur selten durchgeführt. Alle getöteten Opfer waren forensisch obduziert worden. In 66% aller Fälle erfolgten weitergehenden Laboruntersuchungen (Toxikologie, Histologie, Mikrobiologie), bei der Hälfte aller tödlich verlaufenden Fälle kam es zu Spurensicherungsmaßnahmen oder Rekonstruktionen des Tatablaufs. Weitere Maßnahmen zur Beweissicherung wurden nur selten durchgeführt. Die Jugendbehörden waren bei 25 der 31 Körperverletzungen informiert worden, bei den Tötungsdelikten erfolgte die Meldung nur in zwei der 13 Fälle, obwohl in einigen der anderen Familien noch Geschwisterkinder bekannt waren. Zumindest kurzfristig kam es bei etwa der Hälfte der Opfer von Körperverletzungsdelikten zu einer Entziehung des Aufenthaltsbestimmungsrechts z. B. durch Krankenhauseinweisung oder Unterbringung bei Verwandten. Für im Haushalt von getöteten Opfern lebenden weiteren Kindern wurde nur in einem Fall eine Fremdplatzierung durchgeführt, obwohl in mindestens vier betroffenen Familien noch Geschwisterkinder lebten. Wohl aufgrund des niedrigen Lebensalters - 27 der 36 Opfer von Körperverletzungsdelikten waren zum Tatzeitpunkt unter fünf Jahre alt - erfolgte eine Zeugenaussage nur von 22% (acht) der Opfer. Die Mehrzahl der Angehörigen sowohl bei den Körperverletzungs- als auch bei den Tötungsdelikten machten Angaben vor Gericht, nur bei drei der 31 Körperverletzungen machten Angehörige vom Recht auf Aussageverweigerung Gebrauch. Bei den Tötungsdelikten wurde in allen Fällen, in denen eine Akteneinsicht möglich war, auf das Recht die Aussage zu verweigern, von den Zeugen verzichtet. Eine Entbindung von der ärztlichen Schweigepflicht wurde - zumindest teilweise - bei 11 Verfahren wegen Körperverletzungen erteilt, bei den Tötungsdelikten wurden die Ärzte in wenigstens vier Fällen von der Schweigepflicht entbunden. Dennoch war - wie oben dargestellt - beim größten Teil der Fälle beider Deliktarten eine Anzeige durch ärztliches Personal unter Durchbrechung der ärztlichen Schweigepflicht bzw. entsprechender Angaben im Leichenschauschein erfolgt. Am häufigsten traten bei beiden Deliktarten die Mütter bzw. Väter der Opfer als Zeugen auf. An der nächsten Stelle folgte bereits medizinisches Personal. Alle weiteren Zeugen waren in jeweils nur drei oder weniger Kasuistiken als Zeugen benannt. Zu den häufigsten Einlassungen der Beschuldigten gehörten Unfallschilderungen, welche die Verletzungsspuren erklären sollten. Angaben in diese Richtung wurden bei 17 der 31 Körperverletzungen und vier der 13 Tötungen gemacht. An zweiter Stelle folgten mit großem Abstand entweder eine Aussageverweigerung (bei sieben Körperverletzungen, bzw. vier Tötungen) oder aber ein Geständnis (sieben Körperverletzungen bzw. zwei Tötungen). Eine psychische Ausnahmesituation wurde in fünf bzw. einem der Fälle (Körperverletzungen bzw. Tötungen) geltend gemacht. Bei zwei Körperverletzungen "bestanden" die Täter auf ihrem Züchtigungsrecht. Die rechtlichen Folgen waren für die Beschuldigten meist wenig gravierend. Für 52% der Beschuldigten von Körperverletzungsdelikten sowie 69% der Personen, gegen die wegen eines Tötungsdeliktes ermittelt wurden, ergaben sich keine rechtlichen Folgen. Der häufigste Grund für die Einstellung der Ermittlungen war hierbei eine nicht Nachweisbarkeit der Tat wegen Mangel an Beweisen. Gegen acht Täter bei Körperverletzungsdelikten wurde eine Bewährungsstrafe ausgesprochen, zu einer Geldstrafe bzw. eine Therapieauflage wurden fünf der Beschuldigten verurteilt bzw. eine solche erteilt, eine Haftstrafe ohne Bewährung wurde gegen zwei Personen verhängt. Bei den Tötungsdelikten wurde jeweils in einem Fall eine Geldstrafe oder Haftstrafe zur Bewährung ausgesprochen, zwei Angeklagte wurden zu einer Haftstrafe ohne Bewährung verurteilt. Während bei den Tötungsdelikten in keinem Fall Hinweise auf strafmildernde oder verschärfende Umstände gegeben waren, wurden die Strafen bei den Körperverletzungsdelikten in zwei Fällen nach § 21 StGB gemildert, jedoch in ebenfalls zwei Fällen verschärft. Hinweise auf strafverschärfende Umstände waren bislang in der Literatur nicht angegeben worden. Medizinische Aspekte: Bei beiden Deliktarten dominierten Spuren von stumpfer Gewaltanwendung mit oder ohne Werkzeuggebrauch (s. o.). An zweiter Stelle folgten bei den Körperverletzungen Verbrühungen mit heißem Wasser/Dampf oder Verbrennungen mit heißen Gegenständen (28%). Bissverletzungen lagen bei sieben der 36 misshandelten Opfern vor. Am häufigsten betroffen von den Verletzungen war sowohl bei den Körperverletzungen wie Tötungen der Kopf/Gesicht/Halsbereich. Weniger häufig fanden sich die Verletzungsspuren an Rücken, Beinen und Gesäß. Bei den Körperverletzungen waren in ca. 40% keine bleibenden Folgen nachweisbar, "leichtere" Folgen wie Narbenbildungen konnten bei ca. 30% der Kinder beobachtet werden. Schwerere Folgeschäden waren bei drei (physische Folgeschäden) bzw. sechs Kindern (psychische Folgeschäden) dokumentiert. Als Todesursache bei den Tötungen wurde bei sechs der 13 Opfern ein Schädel-Hirn-Trauma (z. B. Schütteltrauma) diagnostiziert. Zwei der Opfer starben durch inneren Blutverlust, während bei vier Kindern eine natürliche Todesursache nicht auszuschließen war. In einem Fall konnte trotz Obduktion und weiterer Untersuchungen die Todesursache nicht festgestellt werden.
Tropical geometry is the geometry of the tropical semiring \[\mathbb{T}:=(\mathbb{R}\cup\{\infty\},\min,+).\] Classical algebraic structures correspond to tropical structures. If $I\lhd K[x_1,\ldots,x_n]$ is an ideal in a polynomial ring over a field $K$ with valuation $v$, then the classical algebraic variety correspond to the tropical variety $T(I)$. It is the set of all points $w$, such that the minimum $\min\{v(c_\alpha)+w\cdot\alpha\}$ is achieved twice for all $f=\sum_\alpha c_\alpha x^\alpha\in I$. So tropical geometry relates algebraic geometric problems with discrete geometric problems. In this thesis we obtain a tropical version of the Eisenbud-Evans Theorem which states that every algebraic variety in $\mathbb{R}^n$ is the intersection of $n$ hypersurfaces. We find out that in the tropical setting every tropical variety $T(I)$ can be written as an intersection of only $(n+1)$ tropical hypersurfaces. So we get a finite generating system of $I$ such that the corresponding tropical hypersurfaces intersect to the tropical variety, a so-called tropical basis. Let $I \lhd K[x_1,\ldots,x_n]$ be a prime ideal generated by the polynomials $f_1, \ldots, f_r$. Then there exist $g_0,\ldots,g_{n} \in I$ such that \[ T(I) \ = \ \bigcap_{i=0}^{n}T(g_i)\] and thus $\mathcal{G} := \{f_1, \ldots, f_r, g_0, \ldots, g_{n}\}$ is a tropical basis for $I$ of cardinality $r+n+1$. Tropical bases are discussed by Bogart, Jensen, Speyer, Sturmfels and Thomas where it is shown that tropical bases of linear polynomials of a linear ideal have to be very large. We do not restrict the tropical basis to consist of linear polynomials and therefore we get a shorter tropical basis. But the degrees of our polynomials can be very large. The main ingredient to get a short tropical basis is the use of projections, in particular geometrically regular projections. Together with the fact that preimages of projections of tropical varieties are themselves tropical varieties of a certain elimination ideal we get the desired result. Let $I \lhd K[x_1, \ldots, x_n]$ be an $m$-dimensional prime ideal and $\pi : \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}^{m+1}$ be a rational projection. Then $\pi^{-1}(\pi(T(I)))$ is a tropical variety, namely \[ \pi^{-1}(\pi(T(I))) \ = \ T(J \cap K[x_1, \ldots, x_n]) \,\] Here $J$ is an ideal in $K[x_1,\ldots,x_n,\lambda_1,\ldots,\lambda_{n-m-1}]$ derived from the ideal $I$. We show that this elimination ideal is a principal ideal which yields a polynomial in our tropical basis. The advantage of our method is that we find our polynomials by projections and therefore we can use the results of Gelfand, Kapranov and Zelevinsky , of Esterov and Khovanskii , and of Sturmfels, Tevelev and Yu. With mixed fiber polytopes we get the structure and combinatorics of the image of a tropical variety and therefore the structure of the polynomials in our tropical basis. Let $I=\lhd K[x_1,\ldots,x_n]$ an $m$-dimensional ideal, generated by generic polynomials $f_1,\ldots, f_{n-m}$, $\pi:\mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^{m+1}$ a projection and $\psi$ a projection presented by a matrix with a rowspace equal to the kernel of $\pi$. Then up to affine isomorphisms, the cells of the dual subdivision of $\pi^{-1} \pi T(I)$ are of the form \[ \sum_{i=1}^p \Sigma_{\psi} (C_{i1}^{\vee}, \ldots, C_{i{k}}^{\vee}) \] for some $p\in\mathbb{N}$ and faces $F_1, \ldots, F_p$ of $T(f_1)\cap\ldots\cap T(f_k)$ and the dual cell of $F_i\subseteq U = T(f_1)\cup\ldots\cup T(f_k)$ is given by $F_i^\vee=C_{i1}^{\vee}+ \ldots+ C_{ik}^{\vee}$ with faces $C_{i1}, \ldots, C_{i k}$ of $T(f_1), \ldots, T(f_{k})$. In case that we project a tropical curve we want to find the number of $(n-1)$-cells of the above form with $p>1$, i.e. the cells which are dual to vertices of $\pi(T(I))$ which are the intersection of the images of two non-adjacent $1$-cells of $T(I)$. Vertices of this type are called selfintersection points. We show that there exist a tropcal line $L_n\subset\mathbb{R}^n$ and a projection $\pi:\mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^2$, such that $L_n$ has $\sum_{i=1}^{n-2}i$ selfintersection points. Furthermore we find tropical curves $\mathcal{C}\subset\mathbb{R}^n$, which are transversal intersections of $n-1$ tropical hypersurfaces of degrees $d_1,\ldots,d_{n-1}$ and a projection $\pi:\mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^2$, such that $\mathcal{C}$ has at least $(d_1\cdot\ldots\cdot d_{n-1})^2\cdot \sum_{i=1}^{n-2}i) $ selfintersection points. A caterpillar is a certain simple type of a tropical line and for this type we show that it can have at most $\sum_{i=1}^{n-2}i$ selfintersection points.
In the past decade, the optogenetic toolbox for the manipulation of ion currents and cNMP levels in Caenorhabditis elegans (C. elegans) expanded. However, the implemented tools for cAMP generation were soluble enzymes (euPAC, bPAC, IlaC22 k27 and PaaC) and thus they do not precisely mimic physiological cAMP signalling occurring in microdomains in close proximity to the plasma membrane. Here, cAMP is predominantly generated by membrane-bound adenylyl cyclases, that are located in microdomains together with G protein-coupled receptors (GPCRs), protein kinase A (PKA) and their targets, enabling spatially and temporal regulation of cAMP signalling. For this reason, one aim of this study was to develop and implement membrane bound photoactivatable adenylyl cyclases for the manipulation of cAMP mediated signalling in close proximity to the plasma membrane. For this purpose, the guanylyl cyclase domains of the Blastocladiella and Catenaria Cyclase Opsins (CyclOps) were mutated to adenylyl cyclases either by introducing the mutations E497K and C566D (abbreviated as (A-2x)) or by the mutations E497K, H564D, and C566T (abbreviated as (A-3x)).
To determine the nucleotide specificity switch from GTP to ATP and the extent of light-dependent cAMP generation, the engineered enzymes were expressed in body wall muscle cells of C. elegans and in vitro cNMP measurements using C. elegans extracts were performed. Here, the highest levels of light induced cAMP generation during sustained stimulation (0.5 mW/mm2; 470 nm, 15 min) were detected for the variants BeCyclOp(A-2x), YFP-BeCyclOp(A-2x), and YFP-CaCyclOp(A-2x) (39, 57, 40 nM, respectively), though they did not reach the extent produced by the soluble bPAC (142 nM). In contrast, low magnitudes of generated cAMP were measured for the versions BeCyclOp(A-3x) and CaCyclOp(A-2x) (8 and 7 nM, respectively). Importantly, no obvious residual cGMP and basal activity was ascertained for any of the engineered enzymes.
To assess their potential to trigger and modulate cAMP mediated cholinergic neurotransmission, and to evaluate the influence of cytosolic and membrane proximal optogenetic cAMP generation, the enzymes were expressed in cholinergic motor neurons and compared to the implemented soluble bPAC via locomotion behaviour analysis on solid and in liquid media. Photoactivation of BeCyclOp(A-2x), YFP-BeCyclOp(A-2x), and YFP-CaCyclOp(A-2x) caused similarly enhanced or even more potent behavioural changes (swimming and crawling) as bPAC, whereas a more rapidly decaying response was observed for the bPAC evoked effects. Moreover, an increased diversity of the behavioural output was detected for cytosolic cAMP production by bPAC, i.e. increased bending angles and a decreased body length.
Confocal fluorescence microscopy was performed to examine the expression levels of YFP-tagged enzymes in cholinergic neurons, whereas both YFP-CyclOp(A-2x)s were expressed at similar levels, but 1.4-fold lower relative to the soluble bPAC-YFP. To compare the amount of light-dependent cAMP generation bPAC and BeCyclOp(A-2x) at light conditions that match the conditions of the behavioural experiments (30 s), cAMP measurements using C. elegans extracts were performed, whereas BeCyclOp(A-2x) depicted a 4-fold lower amount of optogenetic cAMP production than the soluble bPAC.
In sum, local (membrane proximal) cAMP generation by the membrane-bound photoactivatable adenylyl cyclases may more specifically activate cAMP dependent neurotransmission of cholinergic motor neurons than cytosolic cAMP generation, i.e. an increased mobilization and priming/docking of synaptic vesicles and an increased filling of the synaptic vesicles with the neurotransmitter acetylcholine and thus an increase in locomotion behaviour.
The optogenetic toolbox for the manipulation of cGMP mediated signalling in C. elegans consisted of the natural membrane-bound BeCyclOp and the artificial soluble bPGC. The latter generates cGMP with low efficiency and slow kinetics (~0.2 cGMP s-1), whereas BeCyclOp enables the production of much larger amounts of cGMP (L/D = 5000) at a high turnover rate (~17 cGMP s-1). Thus, one aim of this thesis was to implement a tool with features in between those of BeCyclOp and bPGC. Several orthologous CyclOps were assessed by Gao et al., 2015 for light-regulated cGMP production by in vitro assays based on the measurement of the cNMP content from CyclOp containing oocyte membranes. Here, CaCyclOp showed the highest ratio of light versus dark activity (L/D = 230) after BeCyclOp, and thus was selected for characterization in C. elegans...
Das Ziel dieser Studie war es, den Diodenlaser (980nm) in Bezug auf die Epithelentfernung am Tiermodell (subgingivale Kürettage) zu untersuchen und mit herkömmlichen Methoden zu vergleichen. Es wurden zehn Unterkiefer von frisch geschlachteten erwachsenen Schweinen mit vorhandenen parodontalem Weichgewebe und Entzündungen im Sinne von Taschenbildungen verwendet. Die bukkalen Seitenzähne (P2-P4, M1-M3) wurden von drei verschiedenen Behandlern mit konventionellen Küretten bearbeitet (Kontrollgruppe). Die lingualen Taschen wurden ausschließlich mit einem Diodenlaser (980nm) (Fa. Biolitec, Jena, Deutschland) kürettiert (Testgruppe). Der Laser wurde im kontinuierlichen Modus mit zwei unterschiedlichen Leistungseinstellungen (2 und 4 Watt) verwendet, wobei die Glasfaserstärke 360 µm betrug (Leistungsdichte: 1.96-3.93 x 105 W/cm2). Beide Gruppen wurden auf jeder Seite für 15 sec. bearbeitet. Diese Behandlungszeit hat sich Anhand unserer klinischen Erfahrung als effizient erwiesen. Alle drei Behandler hatten wie folgt unterschiedliche Erfahrungen im Bereich der Parodontalchirurgie: Level 1: Ein Zahnarzt im Weiterbildungsbereich Oralchirurgie Level 2: Ein Zahnarzt mit der Zusatzbezeichnung "Oralchirurgie" Level 3: Ein Zahnarzt mit der Zusatzbezeichnung "Oralchirurgie" und dreijähriger Weiterbildung in Parodontologie. Unmittelbar nach der Behandlung wurden bukkale und linguale Weichgewebebiopsien mit einem Skalpell exzidiert und histologisch bearbeitet. In den mit Laser behandelten Präparaten wurden keine Epithelreste gefunden. Der Laser mit einer geringeren Leistungseinstellung (2 Watt), war unabhängig vom Erfahrunggrad des Behandlers dazu befähigt, das dünne Taschenepithel zu entfernen. Bei Verwendung einer höheren Leistungseinstellung (4 Watt) konnte man Beschädigungen des Bindegewebes und Weichgewebsnekrosen erkennen, welche temperaturbedingt durch den Laser verursacht wurden. Unabhängig vom parodontalchirurgischen Erfahrungsgrad der Behandler, wurden in allen mit Handinstrumenten bearbeiteten Präparaten lineare Epithelreste gefunden. Allerdings wiesen die Präparate von Behandler 3 im Vergleich zur Gruppe der nicht behandelten Präparate bedeutend weniger Epithelreste auf, als die von Behandler 1. Kollagenfasern und extrazelluläre Matrix zeigten eine normale Form ohne Gewebeschäden. Die in dieser In vitro-Studie präsentierten histologischen Ergebnisse zeigen, daß die Behandlung des parodontalen Weichgewebes mit dem Diodenlaser (980nm), im Vergleich zu konventionellen Methoden mit Handinstrumenten, zu einer vollständigen Epithelentfernung in der Tasche führt. Unabhängig vom parodontalchirurgischen Erfahrungsgrad war jeder Behandler mit dem Laser dazu befähigt, das Epithel effizient zu entfernen. Es ist von klinischer Bedeutung, daß der Laser ein charakteristisch leichtes Handling im Vergleich zur Weichgewebskürettage mit konventionellen Methoden hat. Um das Risiko von Kollateralschäden im angrenzenden gesunden Bindegewebe zu minimieren, muß die Leistungeinstellung der Lasereinheit relativ gering sein. Der zusätzliche antibakterielle Effekt des Diodenlasers hat einen signifikanten Vorteil in Bezug auf die Regeneration des zerstörten parodontalen Gewebes. Dieses Verfahren erlangt durch die zusätzliche Instrumentierung der Wurzeloberfläche mittels koventionellen Techniken entscheidende klinische Relevanz. Der Laser erlaubt eine adäquate Koagulation, die das gesunde benachbarte Gewebe nicht beschädigt. Gleichzeitig stimuliert er, wenn er in richtiger Weise angewendet wird, neues Knochenwachstum. Dies wurde durch zahlreiche Studien beobachtet. Weiterhin sind klinische Studien an Tier und Mensch erforderlich, damit dieses Verfahren in der täglichen Praxis angewendet werden kann. Gleichzeitig sind Training in der Laserchirurgie und spezielle Operationstechniken von großer Wichtigkeit, um dem Kliniker das notwendige Know-how für den klinischen Gebrauch zu vermitteln und mögliche Komplikationen zu vermeiden.
Tumor hypoxia and nutrient starvation are common phenomena in cancerous tissue. Cells that resist this hostile environment are selected for a more aggressive phenotype, usually accompanied by therapy resistance. The hypoxia inducible factors HIF-1a and HIF-2a play a key role in the adaptive homeostatic responses to these challenging conditions inducing a number of target genes that are involved in the regulation of a variety of cellular processes such as angiogenesis, proliferation, metabolism, self-renewal and cell death/cycle arrest. Thus, the HIF pathway encompasses opposing adaptive responses on tumor growthgrowth promoting abilities on the one hand and growth inhibiting on the other. A recent study in our lab uncovered that this switch between cell death and cell survival critically depends on HIF-2a protein levels. Since PHDs (HIF prolyl hydroxylases) are the main regulators of HIF protein abundance and hypoxia drives the malignant phenotype of tumors, we wanted to characterize HIF regulatory functions of PHDs under hypoxic conditions. Our intention was to reveal the importance of PHD contribution to the opposing functions of HIFs under hypoxia. Characterization of PHD1-4 mRNA and protein expression levels under normoxic and hypoxic conditions in glioblastoma cell lines led to the identification of PHD2 and PHD3 as hypoxia inducible PHD isoforms and highlighted their predominant function under hypoxia. Mechanistically, we demonstrated that HIF mediates the hypoxic induction of PHD2 and 3 within a negative feedback loop, promoting its own degradation during prolonged hypoxia. The functional impact of PHD2 and 3 abundance on cell viability under hypoxic conditions was analyzed by disrupting PHD2 and PHD3 function either through a siRNA mediated approach or by application of the PHD inhibitor DMOG. These experiments uncovered that PHD2 and 3 are protective under hypoxic conditions and that PHD inhibition expedites cell death. Combined HIF and PHD suppression under hypoxic conditions abrogated this increased susceptibility to cell death, clearly showing that PHD2 and 3 act in a negative feedback regulatory loop to limit the HIF response under prolonged hypoxia. With respect to possible future therapeutical applications we co-treated cells with a PHD inhibitor and pro-apoptotic agents staurosporine or TRAIL. Co-challenging tumor cells even potentiated the cell death response, indicating a more widespread protective function of PHD. Taken together PHD2 and 3 protect tumor cells from cell death induction, functioning in a negative feedback regulatory loop to constrain the HIF dependent cell death responses under hypoxia. Interestingly, however, when assessing the role of PHD2 and PHD3 in in vivo tumor growth using an intracranial tumor model, we identified an exclusive tumor suppressor function for PHD3. Loss of PHD3 function enhanced tumor growth whereas increased PHD3 expression diminished the tumor burden. The accelerated tumor growth following PHD3 loss could be attributed to a decrease in the induction of apoptosis and an increase in proliferation. Tumor cells are frequently exposed to temporary and spatial depletion of nutrients. Interestingly, PHD3 loss conferred a growth advantage under growth factor deprivation. The growth regulatory function of PHD3 was isoform specific, HIF independent and importantly, did not require the hydroxylase function of PHD3. Previous reports have uncovered a regulatory function of the PHD system in NF-kB signaling. However, our results demonstrated that NF- kB signaling remained unaffected by alteration in the PHD3 status of the cell. Additionally, the PHD3 tumor suppressor function proved to be independent of two putative PHD3 downstream effectors, ATF4 and KIF1Bb. Mechanistically, PHD3 suppression reduced EGFR internalization, enhancing the amount of EGFR expressed on the cell surface. We further showed that the impaired EGFR internalization during PHD3 loss resulted in receptor hyperactivation under stimulated and growth factor deprived conditions. Importantly, PHD3 physcially associated with the EGFR complex as evidenced by co-immunoprecpitation. Consequently, this extended EGFR activation in PHD3 deficient cells resulted in enhanced downstream activation of EGFR signaling and increased proliferation. Consistent with the interpretation that PHD3 loss is beneficial for tumor growth, we found PHD3 promoter methylation in glioblastoma cell lines, hinting at a epigenetic mechanism to finetune PHD3 expression on top of the hypoxic driven gene regulation. Finally, we demonstrated that PHD3 tumor suppressor function is not restricted to glioblastomas since PHD3 suppression in lung adenocarcinoma accelerated subcutaneous tumor growth. With these findings, we expand the knowledge of PHD3 action from its oxygen sensing role to a regulatory function in growth factor signaling. This clearly discriminates PHD3 from the other isoforms and supports the exclusive tumor suppressor function in glioblastoma. Taken together our results identify a complex role of PHD signaling in cancer and delineate HIF dependent and HIF independent functions of the PHD system. We think that the HIF dependent protective effect of PHD2 and 3 and the HIF independent PHD3 tumor suppressor function are not mutually exclusive, but might be activated according to the heterogeneous intra-tumoral conditions. However, PHD3 hydroxylase activity is dispensable for its HIFindependent tumor suppressor function in glioma. This uncouples PHD3 function from co-factor and co-substrate requirements and allows it to act over a broader physiological range, since its influence on cellular processes is not constrained by the availability of rate limiting factors. It might explain, why the enzymatic independent functions of PHD3 predominate in vivo. Thus, therapeutic modulation of the PHD system to inhibit tumor growth has to be based on these contrasting functions of the PHD system. However, their differential dependence on the hydroxylase activity may facilitate a therapeutic strategy to specifically inhibit or promote the protective versus suppressive functions of the PHD system.
In dieser klinischen Phase I-Studie an 39 gesunden, männlichen Probanden im Alter zwischen 18 und 45 Jahren wurde die Fragestellung untersucht, wie ein Übergang von intravenöser Blutgerinnungshemmung mit dem direkten Thrombinhemmer Argatroban und den oralen Antikoagulantien Phenprocoumon und Acenocoumarol in der klinischen Praxis zu kontrollieren ist. Bei den bisher verwendeten Laboruntersuchungen, wie der aPTT existieren Interaktionen zwischen Argatroban und oraler Antikoagulation, welche nicht notwendigerweise die wirkliche in vivo Situation reflektieren, was durch eine ex vivo-in vitro-Interferenz des Gerinnungsassays verursacht wird. APTT Reagenzien aktivieren die intrinsische Gerinnungskaskade zu einem sehr frühen Zeitpunkt (gleich zu Beginn derselben bei Faktor XI). Dadurch werden die Interaktionen zwischen der oralen Antikoagulation und den Rückkopplungsmechanismen zwischen beiden Gerinnungswegen, welche durch die orale Antikoagulation teilweise erschöpft sind, begreifbar. Ebenso wurde die Interaktion zwischen anderen direkten Thrombinhemmern und der oralen Antikoagulation am Beispiel Napsagatran mit Warfarin beschrieben 35: Die Gabe von Napsagatran alleine führte zur Erhöhung von aPTT und Prothrombinzeit (PT), die zusätzliche Einmaldosis Warfarin erhöhte die AUEC (Fläche unter der Effekt-Kurve) für die PT zusätzlich um das vierfache und für die aPTT um 45%. Obwohl die PT unter dem Einfluss direkter Thrombinhemmer verlängert ist, wird sie nicht als Parameter des Monitorings der Wirkung therapeutischer Dosierungen von Argatroban und anderen direkten Thrombinhemmern bei der Thrombosephrophylaxe und Behandlung tiefer Beinvenethrombosen empfohlen 39. Die aPTT wird hingegen, neben ihrem Einsatz zur Überwachung der klinischen Therapie direkter Thrombinhemmer 40,41, auch als pharmakodynamischer Schlüsselparameter in Phase-I-Studien derselben eingesetzt 42,43. Da jedoch höhere Konzentrationen der Thrombinhemmer die aPTT-Werte für die Kalibrierung verändern und darüber hinaus verschiedene aPTT-Reagenzien mit unterschiedlicher Empfindlichkeit gegenüber den Thrombinhemmern angeboten werden, ist die aPTT nicht der ideale Parameter zur Überwachung der Wirkung direkter Thrombinhemmer. Die ECT ist hierfür wesentlich spezifischer 40,41. Dennoch werden validierte ECT-Assays nicht kommerziell vertrieben, was deren Einsatz in der Klinik bisher unmöglich macht. Insofern ist es notwendig geworden, eine Empfehlung für den Übergang von intravenöser auf orale Antikoagulation mit dem bisherigen Instrument der INR zu finden. Auch wenn dies aus den o.g. Gründen nicht optimal ist, mag es zulässig sein, die Nomogramme für Acenocoumarol und Phenprocoumon in einfache Regeln zu übersetzen, ohne daß ein Sicherheitsproblem in der Klinik entsteht. Vorausgesetzt, ein Vorhersagefehler von <± 0,6 wird als annehmbar akzeptiert, 35 so erlaubt das Nomogramm für Phenprocoumon und Acenocoumarol eine valide Vorhersage der realen Gerinnungsverhältnisse bis zu einer Dosis von 2,0 µg/kg/min unter Verwendung eines ISI von 1-2. Derzeitige Richtlinien für die Hepariniserung nach tiefer Beinvenenthrombose 47 erlauben den Stopp der Infusionstherapie mit niedermolekularen Heparinen (bei gleichzeitiger Gabe einer oralen Antikoagluation), wenn der INR wenigstens 2,0 erreicht hat. Um den Übergang von Argatroban zu einer oralen Antikoagulation zu vereinfachen, wird eine Regel für die Berechnung der "wahren" INR während der Übergangsperiode vorgeschlagen: 1. Die Argatrobaninfusion kann eingestellt werden, wenn unter gleichzeitiger oraler Antikoagulation die INR für einen angemessenen Zeitraum der Komedikation bei 4,0 angekommen ist. Das gilt für einen ISI des PT-Reagens von 1-2. Die reale INR befindet sich dann im therapeutischen Bereich zwischen 2,2 und 3,7. 2. aPTT-Ergebnisse unter Argatroban und beginnender oraler Antikoagulation müssen um 5-15 Sekunden verkürzt abgelesen werden. Die Verlängerung der aPTT während des Übergangs von Argatroban auf die oraler Antikoagulation sollten nicht zu einer Unterbrechung bzw. Dosiserniedrigung der Argatroban-Infusion während dieses Zeitraums führen. Prinzipiell sollte die Dosis von Argatroban während der Übergangszeit auf die orale Antikoagulation bei 1-2 µg/kg/min fixiert werden. Genauso wie bei Hirudin 48 sollte die ECT, wenn klinisch angezeigt, zur Überwachung der direkten Argatroban-Effekte auf die Gerinnung benutzt und hierbei der aPTT als Alternative vorgezogen werden. Das gilt sowohl für die Anwendung von Argatroban alleine als auch die Kombination mit oralen Antikoagulanzien. Wie bereits oben erwähnt steht die ECT als validierte Messmethode für die Klinik bisher jedoch nicht zur Verfügung. Die Blutungszeit war in dieser Untersuchung in der Periode der Umstellung von Argatroban auf orale Antikoagulation nicht wesentlich verlängert, so daß für Patienten keine zusätzliche Blutungsgefahr entstanden ist. Einschränkend ist dennoch zu bemerken, daß obwohl in den erwähnten Phase-I-Untersuchungen an gesunden Probanden keine größeren Blutungsereignisse aufgetreten sind, bei Patienten durchaus ein erhöhte Blutungsgefährdung bei einer INR von > 3,0 bestehen kann. Dies ist in der Praxis aufmerksam zu kontrollieren. Argatroban ist also für HIT Typ II-Patienten, die unter klinischen Bedingungen antikoaguliert werden müssen, eine gut steuerbare Alternative, bei welcher auch die anschließende Umstellung auf orale Antikoagulation kontrolliert sicher handhabbar ist.
Der Brustkrebs ist eine der häufigsten Todesursachen bei der Frau. In Deutschland und den industriell fortgeschrittenen Ländern erkrankt jede zehnte Frau im Laufe ihres Lebens an Brustkrebs. Nach Schätzungen der International Agency for Research on Cancer (IARC) erkrankten im Jahr 2004 ca. 1,2 Millionen Frauen weltweit an Brustkrebs. In den USA wurden ca. 215.990 Frauen mit einem invasiven Brustkrebs 2004 diagnostiziert (Breast Cancer: Statistics on Incidence, Survival, and Screening: http://imaginis.com/breasthealth/statistics.asp). Laut Berechnungen der IARC für das Jahr 2000 liegt die altersstandardisierte Neuerkrankungsrate für die industrialisierten Länder bei 63 Fällen (Weltstandard – WSR) je 100.000, bei den weniger entwickelten Regionen bei 23 Fällen je 100.000. Die Erkrankungsrate in Deutschland liegt mit 70,1 (WSR) deutlich unter den USA mit 99,6 (weiße Frauen - WSR) je 100.000 und geringfügig über dem Durchschnitt der EU mit 68,57 (WSR) je 100.000 (Stabenov und Eisinger 2001). Es gibt große Fortschritte in der Früherkennung, Diagnostik und Therapie des Brustkrebses, die eine bessere und längere Überlebenschance für die erkrankten Frauen bedeuten: Die Magnetresonanz(MR)-Mammographie hat einen neuen Stellenwert in der Diagnostik des Brustkrebses gefunden. Die Kernspintomographie ist die zurzeit sensitivste Methode zur Detektion von Karzinomen bei Hochrisikofrauen (Loibl et al. 2003). Seit Mitte der neunziger Jahre können bei unklaren Befunden MR-gesteuerte Biopsien oder präoperative Markierungen durchgeführt werden (Diebold et al. 2004). Die intraoperative Strahlentherapie verkürzt die mehrwöchige postoperative Strahlentherapie. Die Rate der brusterhaltenden Operationen nimmt stetig zu. Die endokrine Therapie beim hormonsensitiven Brustkrebs mittels dreijähriger ovarieller Downregulation und fünfjähriger Tamoxifenbehandlung hat sich fest etabliert. Es gibt klare Vorteile der stadiengerechten primären systemischen Therapie. In Zukunft könnten monoklonale Antikörper auch außerhalb von Studien zum Einsatz kommen. Man findet heute in den meisten westlichen Industrieländern eine rückläufige Mortalität an Brustkrebs. Die Inzidenz des Brustkrebses wächst jedoch in den westlichen Industrieländern seit 25 Jahren stetig weiter. Änderungen der Lebensweise, des Fortpflanzungsverhaltens und verbesserte Diagnostik erklären diese Entwicklung jedoch nur zum Teil. Die Vorsorge- und Früherkennungsprogramme haben leider nicht den erhofften Erfolg gebracht: Nur etwa ein Drittel der Frauen geht regelmäßig zu den angebotenen Vorsorgeuntersuchungen. Der Nutzen eines Mammographie-Screening-Programms wird kontrovers diskutiert (Miller et al.1992, Baines 1994, von Minckwitz und Kaufmann 1997, Gotzsche und Olsen 2000), manche Autoren machen Mammographien sogar für einen Teil der Inzidenzsteigerung bei jungen Frauen verantwortlich. Zielgruppen des Screenings sind aktuell Frauen zwischen dem 50. und dem 69. Lebensjahr. Derzeitig wird ein Screening-Intervall von 24 Monaten für diese Frauen empfohlen. Bisher ist eine evidenzbasierte Mortalitätsreduktion der Mammographie-Screenings für jüngere Frauen nicht nachgewiesen worden (Jackisch et al. 2004). Es muss daher nach weiteren Ursachen geforscht werden, die diese stetige Steigerung der Inzidenz erklären. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts nimmt der Prozentsatz der Frauen in der Arbeitswelt stetig zu, so dass man hier neben den zivilisatorisch bedingten Veränderungen der Umwelt und des Konsumverhaltens arbeits- und berufsspezifische Ursachen für die Entstehung des Brustkrebses vermutet. Weltweit ist in den letzten zehn bis 20 Jahren eine Vielzahl von Studien mit kontroversen Ergebnissen in der Fachliteratur publiziert worden, die die Rolle dieser neuen Faktoren zu klären versuchen. Wir führten daher eine Fall-Kontroll-Studie zur Untersuchung arbeitsund umweltbedingter chemischer und physikalischer Faktoren für die Entstehung eines Brustkrebses durch. Im ersten Teil dieser Arbeit, die sich ausschließlich mit der Hypothese einer chemischen Verursachung befasst, erfolgt die Darstellung des heutigen Standes der Forschungsergebnisse zum Brustkrebs. Es werden Hypothesen zur Entstehung des Brustkrebses und die publizierte Literatur vorgestellt. Im zweiten Teil der Arbeit werden dann die Methodik und die Ergebnisse dieser Fall-Kontroll-Studie dargestellt. Im dritten Teil dieser Arbeit werden schließlich die Ergebnisse dieser Studie diskutiert und zu den bekannten internationalen Forschungsergebnissen in der Literatur ins Verhältnis gesetzt. Die Arbeit wird anhand der Kriterien für Qualität und Kausalität von Sir Austin Bradford Hill analysiert. Die Methodik der Arbeit wird auf systematische Fehler und Verzerrungen untersucht. Zum Schluss wird eine Zusammenfassung der Arbeit gezogen, und es wird ein Ausblick auf die künftig zu erwartenden Ergebnisse der Forschung unternommen.
Die doppelblinde Pilotstudie ''Wirksamkeit und Verträglichkeit einer Enzym oder Vitamin ATherapie bei Patienten mit Plattenepithelkarzinom im Kopf/Halsbereich" wurde in Zusammenarbeit mit der HNOKlinik in dem Zeitraum von Oktober 1994 bis Juni 1996 mit 25 Patienten mit Plattenepithelkarzinomen und 15 gesunden Kontrollpersonen durchgeführt. Den Patienten wurde neben der konventionellen Therapie entweder VitaminA (Retinolpalmitat, 150,000 IE/d), die Enzympräparation (proteolytische Gesamtaktivität 20,880 F.I.P.E/d) oder Placebo zugeteilt. In regelmäßigen Abständen wurde das Allgemeinbefinden/ Nebenwirkungen protokolliert, Blutbild und Leberwerte bestimmt, die peripheren Lymphozyten phänotypisiert und die NK LAK, bzw. LAKZellAktivität gemessen. Zur Auswertung gelangten 16 Patienten. Statistisch signifikant war eine Erhöhung der CD2 und CD3Werte der EnzymGruppe (41 Messungen) gegenüber den Patienten der Gruppen VitaminA (18 Messungen), Placebo (12 Messungen) und den Ausgangswerten der Patienten (25 Messungen). Auch im Verlauf konnte die Erhöhung der CD3Werte bei der Enzymgruppe gegenüber den anderen Patientengruppen bestätigt werden. Der Anteil der TZellen im peripheren Blut lag im Bereich der gesunden Kontrollen. Um die Wirkungen der Prüfmedikationen auf Leukozyten (PBL, PMNL, Monozyten) in vitro zu untersuchen, wurde ein Panel durchflußzytometrischer Tests entwickelt, bzw. etabliert, die die Messung der Funktionen NKZellaktivität, LAKAktivität, ADCC, Phagozytose und Sauerstoffradikalbildung ermöglichten bzw. vereinfachten. Die untersuchte Enzympräparation enthielt Papain, Trypsin und Chymotrypsin im Verhältnis 2,5:1:1. In vitroVersuche ergaben eine dosisabhängige Stimulierung der NK, NKLAK, CTL bzw. LAKAktivität und der ADCC durch NKZellen durch die Enzympräparation. Es war möglich, die Lymphozyten mehrfach zu stimulieren, eine Enzymdauergabe, bzw. hohe Enzymdosen führten zu einem Aktivitätsrückgang. Die Enzymmischung verbesserte die Phagozytose und den oxidativen Burst bei PMNL und erhöhte die CD18 und CD54 bzw. erniedrigte die CD16Expression auf PMNL. Mit alltransRetinsäure bzw. Retinol konnten die Lymphozytenaktivitäten in vitro mit den gewählten Versuchsbedingungen kaum beeinflußt werden, Änderungen konnten meist 48h bis 72h nach Zugabe beobachtet werden, die jedoch nicht signifikant waren. Beobachtungen zu VitaminAWirkungen auf PMNL waren nicht möglich, da diese nur maximal 24h kultiviert werden konnten.
Die Behauptung von Jürgen Habermas, man könne ohne „metaphysische Rückendeckung“ philosophieren, wird nicht nur von Manfred Kühn bezweifelt. So ist auch Richard Rorty der Ansicht, ein Begründungsanspruch, wie ihn Habermas trotz aller Distanznahme zum apelschen „Restfundamentalismus“ noch immer vertritt, könne nur metaphysisch genannt werden. In dem Text untersucht der Autor zunächst, welchen Begriff von "Metaphysik" Jürgen Habermas selbst verwendet, um dann aufzuzeigen, dass dieser sich durch spezielle Argumentationsstrategien von metaphysischen Annahmenfreizumachen versucht. Besonders folgenreich ist dabei die Strategie, auf naturalistische Argumentationsmuster Bezug zu nehmen. In seinen neueren Schriften spricht Habermas nun auch selbst von einem „schwachen Naturalismus“. Ein wichtiges Ergebnis der Arbeit ist, dass diese Strategie letztendlich mit bestimmten Aussagen der Diskursethik nicht in Einklang zu bringen ist, und in Folge dessen Widersprüche zwischen dem Versuch, keine metaphysische Rückendeckung zu verwenden und bestimmten ethischen Aussagen auftreten. Nachgewiesen wird dies anhand einer Analyse des Selbstbewusstseins- und des Begründungsbegriffs bei Habermas, wobei im Zusammenhang des Selbstbewusstseinsbegriffs vor allem die Bezugnahme auf Mead, im Zusammenhang des Begründungsbegriffs hauptsächlich die Detranszendentalisierung der Kantischen Ethik und die Auseinandersetzung mit Apel im Mittelpunkt stehen. Da eine Beschäftigung mit dem Naturalismus in den meisten philosophischen Diskursen im Rahmen epistemologischer Überlegungen stattfindet, versteht sich die Arbeit darüber hinaus implizit auch als eine Analyse der Auswirkungen naturalistischer Argumentationsstrategien auf ethische Fragestellungen. Sie verbindet die Analyse der metaphysischen Implikationen im Werk von Jürgen Habermas mit einer Untersuchung der Konsequenzen des habermasschen Naturalismus auf die Diskursethik.
Untersuchungen zur Expression von Uhrengenen in der kortikotrophen AtT-20-Tumorzelllinie der Maus
(2005)
In den unterschiedlichsten Lebewesen, wie Cyanobakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren können tägliche Rhythmen biologischer Aktivität beobachtet werden, die von einem endogenen zirkadianen Oszillator gesteuert werden. Dieser zirkadiane Oszillator residiert bei Säugern im Nucleus suprachiasmaticus (SCN) des Hypothalamus, unterhält auch unter konstanten Bedingungen einen Rhythmus mit einer Periodenlänge von etwa 24 h und wird unter natürlichen Bedingungen an den täglichen Wechsel der Beleuchtungsverhältnisse über neuronale Signale, die von den Augen kommen, angepasst. Für die Generation dieser endogenen Oszillationen konnte die rhythmische Expression von so genannten Uhrengenen verantwortlich gemacht werden. Nach der heute gültigen Vorstellung bilden diese zusammen mit ihren Proteinprodukten interagierende transkriptionelle-translationale Rückkopplungsschleifen, die für einen vollständigen Durchlauf, bis ein neuer Zyklus beginnt, etwa 24 h brauchen. Dabei aktivieren zwei Transkriptionsfaktoren der bHLH-PAS-Familie, CLOCK und BMAL1, zu Beginn eines zirkadianen Zyklus als Heterodimer über eine hochspezifisches E-Box-Promotorelement die Transkription der Uhrengene Per1-3, Cry1-2 und Rev-Erbα. Im Zytosol bilden die Uhrengenprodukte der CRYs und PERs zusammen mit der Caseinkinase Iε (CKIε) einen heterotrimeren Komplex, der im Kern wiederum die CLOCK-BMAL1-abhängige Transkription blockiert. Überraschend ist, dass nicht nur die Neurone des Schrittmachers im SCN diese Rhythmen endogen produzieren können, sondern auch eine Vielzahl peripherer Zellen, selbst, wenn sie über Jahre in Kultur gehalten wurden. Man nimmt an, dass der Rhythmus peripherer Zellen in vivo sowohl über neuronalen Verbindungen als auch über bisher noch nicht identifizierte humorale Faktoren synchronisiert wird. Es ist bis heute weder geklärt, worin die molekularen Unterschiede peripherer Oszillatoren im Vergleich zum SCN bestehen, noch, wie der Synchronisationsprozess dieser Zellen zu Stande kommt. Auf Grund methodischer Schwierigkeiten bei der Untersuchung des SCN wurde zuletzt vermehrt gefordert, sich diesen Fragen zunächst an Hand eines Modellsystems, wie einer Zellkultur aus immortalisierten Zellen zu nähern. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb untersucht, ob sich die kortikotrophe hypophysäre AtT-20 Tumorzelllinie der Maus prinzipiell für die Erforschung zirkadianer Rhythmen und deren Synchronisation eignet, d.h. ob sie selbst über eine stimulierbare rhythmische Uhrengen-Expression verfügen. Weiterhin sollte eine geeignete Methode gefunden werden, um zirkadiane Rhythmen auf mRNA-Ebene darzustellen. In einem ersten Schritt wurde über RT-PCR Technik erstmals nachgewiesen, dass die essen-tiellen Uhrengene Per1, Per2, Per3, Cry1, Cry2, Bmal1, Clock und CK1ε endogen in AtT-20 Zellen exprimiert werden. Für jedes dieser Gene wurde nun eine Variante der quantitativen Real-Time-PCR (RTQ-PCR), die ΔΔCT-Methode, validiert, die bei hohem Probendurchsatz zuverlässig Expressionsunterschiede wiedergeben kann. Durch Stimulation mit Forskolin, ei-nem Aktivator der Adenylatzyklase, konnte in dieser Arbeit dokumentiert werden, dass kulti-vierte AtT-20 Zellen in der Lage sind, eine rhythmische Expression von Uhrengenen mit einer Periodenlänge von etwa 24 h für mindestens drei Tage zu zeigen. Von allen hier untersuchten Uhrengenen wiesen alle diejenigen eine oszillierende Schwankung des mRNA-Gehaltes auf, die auch im SCN rhythmisch exprimiert werden, namentlich Per1-3, Cry1-2, Bmal1. Im SCN kon-stitutiv exprimierten Uhrengene (Clock, Ck1ε) fluktuieren auch nicht in AtT-20 Zellen. Dar-über hinaus antworteten Zellen auf das hier angewandte Stimulationsprotokoll mit einer initia-len Hochregulierung der Transkription für das Uhrengen Per1, das im SCN eine prominente Rolle bei der Anpassung des endogenen Rhythmus an die exogenen Beleuchtungsverhältnisse spielt und dort als Antwort auf synchronisierende Lichtpulse in ähnlicher Weise induziert wer-den kann. Zeitlich korreliert die Zunahme von Per1-Transkripten – ebenfalls der Situation im SCN entsprechend – mit einer Aktivierung des Transkriptionsfaktors CREB und der Induktion seines molekularen Gegenspielers Icer. Die zeitlich umschriebene Hochregulation der Transkriptionsrate des Repressors Icer während der ersten Stunden nach Applikation des syn-chronisierenden Reizes spricht dafür, dass dieser womöglich in AtT-20, wie auch bereits für Elemente des zirkadianen Systems beschrieben, eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Synchronisationsreizes im molekularen Uhrwerk spielt. Die genaue Analyse der hier erhobenen Expressions-Rhythmen von Uhrengenen und deren zeitliches Verhältnis zueinander deuteten darauf hin, dass in AtT-20 Zellen ein funktionsfähiges zirkadianes Uhrwerk existiert, das dem des SCN in weiten Teilen gleicht. Die Möglichkeiten der Stimulation und Manipulation (z.B. durch Transfektion) erheben AtT-20 Zellen zu einem Modellsystem für die Erforschung der molekularen Abläufe in der zirkadianen Rhythmusgeneration und –synchronisation. Erkenntnisse aus dieser Forschung können in den unterschiedlichsten klinischen Disziplinen wichtige Anwendungsmöglichkeiten finden.
Die Funktion der äußeren Haarsinneszellen geht weit über die normale Rezeptoreigenschaft der Kategorie Mechanorezeptor hinaus. Äußere Haarzellen mit ihrer reichhaltigen efferenten Innervierung sind nicht nur für die sensorische Aufnahme mechanischer Bewegung zuständig, sondern ermöglichen aufgrund ihrer motorischen Funktionen die mechanische Verstärkung der Wanderwelle in der Cochlea. Äußere Haarzellen sind eine maßgebliche Komponente des ´cochleären Verstärkers` und ihr Ausfall führt zur Schwerhörigkeit. Beiprodukte des cochleä-ren Verstärkers sind otoakustische Emissionen, deren Messung Aufschluss über aktive mechanische Prozesse im Innenohr gibt.
Die äußeren Haarsinneszellen bilden Synapsen mit dem olivo-cochleären efferenten System, welches im Zentrum der vorliegenden Untersuchung steht. Es vermittelt den Einfluss des Zentralnervensystems auf das Corti-Organ des Innenohrs. Über die akustische Reizung des olivo-cochleären Reflexbogens ist man in der Lage, das efferente System zu aktivieren und gleichzeitig die Antworteigenschaften der Cochlea zu verändern. Efferente Modulationen des cochleären Verstärkers können sich z. B. in einer Veränderung des Emissionspegels bemerk-bar machen. Die Fledermausspezies Carollia perspicillata ist aufgrund ihres Echoortungs-systems mit einem sehr sensitiven und hochauflösenden Hörvermögen ausgestattet und eignet sich hervorragend als Modelltier in der Hörforschung, insbesondere auch deshalb, da oto-akustische Emissionen sehr gut messbar sind.
Das efferente System von C. perspicillata wurde in dieser Untersuchung durch akustische Stimulation der kontralateralen Cochlea angeregt. Die Stimuli, die nicht nur in ihrem Pegel sondern auch in ihrer Bandbreite und in der Mittelfrequenz in Relation zu den ipsilateralen Stimulusfrequenzen variierten, beeinflussten dabei die Generierung der otoakustischen Emis-sionen (DPOAE, engl: distortion product otoacoustic emissions) im ipsilateralen Ohr: akustische Stimulation der kontralateralen Cochlea bewirkte zuverlässig eine Änderung der DPOAE- Amplitude im kontralateralen Ohr. Vor allem eine Suppression des cochleären Verstärkers in Form von DPOAE-Pegelverminderungen wurde beobachtet. Die supprimieren-den Effekte erreichten trotz leiser bis moderater kontralateraler Rauschpegel (bis maximal 54 dB SPL) Werte von bis zu 14, 17.1 und 13.9 dB SPL (bei f2 = 20, 40 und 60 kHz und effek-tivstem kontralateralen Rauschstimulus) und waren damit deutlich größer als in vorangegang-enen Studien an anderen Spezies. Die DPOAE-Pegelverminderungen waren positiv mit dem x Pegel der kontralateralen akustischen Stimulation, ebenso wie seiner Bandbreite und der Mittelfrequenzen in Relation zu den ipsilateralen Stimulusfrequenzen korreliert. Es gab keinen absoluten Frequenzbereich, in dem die efferenten Effekte am größten gewesen wären. Vielmehr traten maximale Effekte immer durch etwas oberhalb der ipsilateralen Stimulusfre-quenzen gelegene kontralaterale Rauschstimuli auf. Die Effekte waren auch abhängig von der Bandbreite des kontralateralen Rauschstimulus und maximal bei einer relativen Bandbreite von 1.5 Oktaven. Die Verschiebung des efferenten Effekts hin zu hohen Frequenzen und die Bandbreitenabhängigkeit sind vereinbar mit den anatomischen Eigenschaften der Projektio-nen der medialen olivo-cochleären Efferenzen in der Säugetiercochlea. Kontralaterale akusti-sche Reizung bewirkte auch eine Verschiebung der Wachstumsfunktionen der 2f1-f2 -DPOAE in einen unsensitiven Bereich und außerdem eine Verformung der Wachstumsfunktion. Bei-des könnte durch Beeinträchtigung des cochleären Verstärkers verursacht sein. Eine Beteili-gung des Mittelohrmuskels an den Effekten kann nahezu ausgeschlossen werden und die beobachteten Effekte sind höchstwahrscheinlich dem olivo-cochleären System zuzuschreiben.
Funktionell ist denkbar, dass bei C. perspicillata das mediale olivo-cochleäre System im Kontext einer Frequenzverschärfung bei der cochleären Verstärkung der Basilarmembranbe-wegung aktiv wird. Aus diesem Grund wurden ipsilateral sogenannte DPOAE-Suppressions- Abstimmkurven gemessen, welche die mechanische Abstimmschärfe im Innenohr beschrei-ben. Während und nach kontralateraler Reizung kam es zu Veränderungen der Abstimmkur-ven. Signifikante Effekte konnten allerdings nicht festgestellt werden, da die Veränderungen der Suppressions-Abstimmkurven variabel und schlecht kategorisierbar war.
Die vorliegenden Ergebnisse unterstützen weit verbreitete Hypothesen zur Funktion der medialen olivo-cochleären Effernzen in Bezug auf mechanische Suppression, Verbesserung des cochleären Signal-Rauschverhältnisses und einer generellen frequenzspezifischen Wirkung.
g/d TLymphozyten stellen beim Menschen ca. 15% der intestinalen intraepithelialen Lymphozyten. Die physiologische Funktion der g/d TZellpopulation ist ungeklärt. Auf grund ihrer Akkumulation in mukosalen Oberflächen scheinen sie eine Komponente der ''ersten Verteidigungslinie" zu bilden. Das d TZell Rezeptor (TCR) Repertoire gesunder Erwachsener ist oligoklonal, streng individuenspezifisch und zeitlich stabil. Zudem besteht eine charakteristische Kompartimentierung, d.h. im Intestinum liegt ein anderes d TCRRepertoire vor als im peripheren Blut. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob das intestinale d TCRRepertoire einer entwicklungsabhängi gen Dynamik unterliegt. Hierzu wurde die Diversität der antigenbindenden (CDR3) Domäne intestinaler dKettentranskripte von Feten, Neugeborenen, Kindern und Erwachsenen mittels denaturierender PAGE und DNASequenzierung molekular biologisch analysiert. Unsere Studien dokumentieren, daß im Verlauf der Reifung vom Fetus zum adulten Individuum gravierende Veränderungen stattfinden. Das fetale d TCRRepertoire ist stark eingeschränkt und zeichnet sich durch niedrige Komplexität der dKettentrans kripte aus was darauf beruht, daß innerhalb der CDR3Domänen kaum matrizen unabhängige ''N"Nukleotide existieren und zudem homologieabhängige Rekombina tionsereignisse stattfinden. Die Tatsache, daß verschiedene Feten teilweise identi sche dKettentranskripte exprimieren kann jedoch nicht allein auf obige Mechanis men zurückgeführt werden. Somit bleibt unklar, ob das fetale d TCRRepertoire vorprogrammiert ist oder Selektionsprozessen unterliegt. Im Gegensatz zu Feten ist das d TCRRepertoire Neugeborener polyklonal. Wie bei Erwachsenen weisen die CDR3Domänen ihrer dKettentranskripte zahlreiche ''N"Nukleotide auf. Da das d TCRRepertoire bereits im Alter von 14 17 Jahren starke Einschränkungen seiner Diversität zeigt und mit demjenigen siebzigjähriger Personen vergleichbar ist wird angenommen, daß die klonalen Expansionen eine Folge kontinuierlicher Selektions prozesse darstellen, die z.B. durch HSP verwandte Eigenantigene vermittelt werden. Vergleichbar dem Intestinaltrakt bildet auch die Haut eine bedeutende Grenzfläche des Organismus zu seiner Umgebung. Möglicherweise spielen kutane g/d TZellen ebenfalls eine Rolle im Rahmen einer ''ersten Verteidigungslinie". Wir wiesen anhand gesunder Erwachsener nach, daß das kutane d TCRRepertoire analog zum Intesti num oligoklonal ist und sich signifikant vom peripheren d TCRRepertoire unter scheidet. Da in multiplen Hautbiopsien identische dKettentranskripte gefunden wer den, sind dominante g/d TZellklone offenbar weiträumig in der Haut verteilt. Weiterhin wurde untersucht, ob spezifisch aktivierte g/d TLymphozyten an der Patho genese chronisch entzündlicher Darmerkrankungen beteiligt sind. Im Fall der ange nommenen antigenvermittelten Aktivierung müßten klonale Expansionen einzelner g/d TZellpopulationen zu charakteristischen Verschiebungen des d TCRRepertoires innerhalb entzündlich veränderter Darmareale führen. Vergleichende Analysen der läsionalen und nichtläsionalen Darmabschnitte von M.CrohnPatienten lassen jedoch keine krankheitsassoziierten Repertoireverschiebungen erkennen. Vielmehr weisen entzündliche und nichtentzündliche Areale nahezu identische d TCRRepertoires auf. Da dies auch im Fall der bakteriell verursachten Divertikulitis gilt, werden g/d TLym phozyten vermutlich generell indirekt oder über TCRunabhängige Mechanismen (z.B. Zytokine) aktiviert. Alternativ wird eine Erkennung streßinduzierbarer Eigenanti gene durch intestinale g/d TZellen diskutiert. Beide Vorgänge würden zu keiner Beeinflussung des d TCRRepertoires führen und in Einklang mit den nachgewiese nen Expansionen einzelner weniger Rezeptorspezifitäten stehen. Da vermutlich auch die BLymphozyten der intestinalen Lamina propria an der ''ers ten Verteidigungslinie" beteiligt sind nahmen wir an, daß die Ig H Transkripte IgA bzw. IgM exprimierender BZellen ebenfalls Einschränkungen ihres Rezeptor Repertoires aufweisen. Wir fanden, daß die kleinen V H 5, V H 6 und V H 7Familien intestinaler B Zellen oligoklonale Expansionen zeigen, während das Repertoire der dominierenden V H Familien deutlich diverser ausfällt. Durch Subklonierung lassen sich jedoch bei sämtlichen VH Familien klonal verwandte IgATranskripte in weit voneinander ent fernten Darmabschnitten identifizieren. Zudem stellen ~ 75% aller Basensubstitutio nen stille Mutationen dar oder führen zum Ersatz durch Aminosäuren vergleichbarer Eigenschaften, was auf einen starken Selektionsdruck schließen läßt. Da kaum Hin weise auf Isotypwechsel vorliegen, stellen intestinale IgM und IgAImmunozyten ver mutlich divergente Zellinien dar. Das V H Repertoire peripherer BZellen ist stark limitiert, wobei kaum Überlappungen mit intestinalen IgVH Repertoires bestehen. Aufgrund der partiellen Einschränkung des V H Repertoires ist anzunehmen, daß Teile der humoralen Immunabwehr konservierte Antigene erkennen, wobei es sich im Gegensatz zu TZellen wahrscheinlich nicht um Eigenantigene, sondern um Oberflächenstrukturen symbiontischer Mikroorganismen handelt. Unsere Resultate zeigen, daß die Begrenzung des Rezeptor Repertoires ein Charak teristikum von B und TLymphozyten darstellt. Übereinstimmend hiermit wurden von anderen Arbeitsgruppen klonale Expansionen auch bei a/b TZellen nachgewiesen. Vermutlich wird die Expansion einzelner Zellklone durch permanente Wechselwirkun gen mit ''Schlüsselantigenen" induziert, wobei es sich um invariante Fremdantigene oder konservierte Eigenantigene handeln dürfte.
Von Januar 1985 bis Dezember 1994 kamen 122 Patienten mit einem Kolonkarzinom im Abschnitt Flexura hepatica bis einschließlich Kolon descendens zur stationären Aufnahme in die damaligen Städtischen Kliniken Offenbach am Main. Bei allen Patienten wurde eine Laparotomie durchgeführt, zwei Tumoren konnten nicht reseziert werden, es wurden in diesen beiden Fällen Umgehungsanastomosen angelegt. Alle übrigen Karzinome wurden reseziert und Kolonanastomosierungen durchgeführt. Aufgrund verschiedener Operateure konnte keine exakt standardisierte Operationstechnik eingehalten werden, es wurde jedoch bei jeder Resektion nach der „no touch isolation technique“ von Turnbull vorgegangen. Das Krankengut setzte sich aus 57 Männern (46,7%) und 65 Frauen (53,3%) zusammen, dem entsprach ein Geschlechtsverteilungskoeffizient von 1 : 1,1 zugunsten der weiblichen Population. Die Altersgrenzen lagen zwischen 38 und 86 Jahren. Das Durchschnittsalter der Männer betrug 66,9 Jahre, das der Frauen 69,7 Jahre. Zur Aufnahme kamen 11% mit Karzinom im Tumorstadium I, 39% im Stadium II, 27% im Stadium III und 23% im Stadium IV. 10 Karzinome waren an der rechten Flexur, 42 im Kolon transversum, 33 an der linken Flexur und 37 im Kolon descendens lokalisiert. Die Auswertung erfolgte zum Teil aus eigenen Unterlagen, zum größeren Teil jedoch durch schriftliche Befragung der mitbehandelnden Ärzte. Bei 10 Patienten konnten keine weiteren Daten erhoben werden, bei den übrigen 112 Patienten waren Angaben und Befunde verfügbar. Bei den überlebenden Patienten wurde mindestens ein fünfjähriger Nachuntersuchungszeitraum eingehalten. In Anbetracht der geringen Häufigkeit von Kolonkarzinomen im untersuchten Bereich und der damit verbundenen geringen Fallzahl sind die vorliegenden Resultate jedoch nur bedingt relativierbar. Insgesamt fand sich für das Stadium I eine 5-Jahres-Überlebensrate von 81,8%, für das Stadium II eine von 59,1%, für das Stadium III von 51,9% und für das Stadium IV eine von 8%. Die perioperative Letalität (30 Tage) lag bei 8,2%. Lokoregionäre Rezidive entwickelten sich nach R0-Resektion in 13,7% der Fälle. Bei 26 Patienten entwickelten sich nach initialer R0-Resektion metastatische Absiedlungen. Insgesamt liegen die Überlebensraten im Vergleich zu Literaturangaben im Tumorstadium I und II unter den erwarteten Raten, dies ist jedoch zum Teil durch besondere Gegebenheiten im Einzelfall zu erklären. Im Tumorstadium III wurde eine Überlebenshäufigkeit deutlich über der erwarteten verzeichnet. Die Zahl lokoregionärer Rezidive liegt bei Vergleich mit anderen Autoren etwa im erwarteten Rahmen. Die perioperative Letalität wird zu mehr als 40% von Pneumonien verursacht und liegt über der, die in vergleichbaren Untersuchungen genannt wird.
People can describe spatial scenes with language and, vice versa, create images based on linguistic descriptions. However, current systems do not even come close to matching the complexity of humans when it comes to reconstructing a scene from a given text. Even the ever-advancing development of better and better Transformer-based models has not been able to achieve this so far. This task, the automatic generation of a 3D scene based on an input text, is called text-to-3D scene generation. The key challenge, and focus of this dissertation, now relate to the following topics:
(a) Analyses of how well current language models understand spatial information, how static embeddings compare, and whether they can be improved by anaphora resolution.
(b) Automated resource generation for context expansion and grounding that can help in the creation of realistic scenes.
(c) Creation of a VR-based text-to-3D scene system that can be used as an annotation and active-learning environment, but can also be easily extended in a modular way with additional features to solve more contexts in the future.
(d) Analyze existing practices and tools for digital and virtual teaching, learning, and collaboration, as well as the conditions and strategies in the context of VR.
In the first part of this work, we could show that static word embeddings do not benefit significantly from pronoun substitution. We explain this result by the loss of contextual information, the reduction in the relative occurrence of rare words, and the absence of pronouns to be substituted. But we were able to we have shown that both static and contextualizing language models appear to encode object knowledge, but require a sophisticated apparatus to retrieve it. The models themselves in combination with the measures differ greatly in terms of the amount of knowledge they allow to extract.
Classifier-based variants perform significantly better than the unsupervised methods from bias research, but this is also due to overfitting. The resources generated for this evaluation are later also an important component of point three.
In the second part, we present AffordanceUPT, a modularization of UPT trained on the HICO-DET dataset, which we have extended with Gibsonien/telic annotations. We then show that AffordanceUPT can effectively make the Gibsonian/telic distinction and that the model learns other correlations in the data to make such distinctions (e.g., the presence of hands in the image) that have important implications for grounding images to language.
The third part first presents a VR project to support spatial annotation respectively IsoSpace. The direct spatial visualization and the immediate interaction with the 3D objects should make the labeling more intuitive and thus easier. The project will later be incorporated as part of the Semantic Scene Builder (SeSB). The project itself in turn relies on the Text2SceneVR presented here for generating spatial hypertext, which in turn is based on the VAnnotatoR. Finally, we introduce Semantic Scene Builder (SeSB), a VR-based text-to-3D scene framework using Semantic Annotation Framework (SemAF) as a scheme for annotating semantic relations. It integrates a wide range of tools and resources by utilizing SemAF and UIMA as a unified data structure to generate 3D scenes from textual descriptions and also supports annotations. When evaluating SeSB against another state-of-the-art tool, it was found that our approach not only performed better, but also allowed us to model a wider variety of scenes. The final part reviews existing practices and tools for digital and virtual teaching, learning, and collaboration, as well as the conditions and strategies needed to make the most of technological opportunities in the future.
Untersuchungen zur Bedeutung selektiver Autophagie für Alterungsprozesse von Podospora anserina
(2022)
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, die Funktion und die Rolle von Autophagie-assoziierten Proteinen im Alternsmodell Podospora anserina zu untersuchen und einen Einblick in die nicht-selektive Autophagie, die Mitophagie und die Bildung und den Abbau von Autophagosomen im Zusammenhang zur Alterung von P. anserina zu analysieren. Dabei wurden folgende Erkenntnisse erhalten:
1. Die Untersuchungen zu ΔPaAtg8 bestätigen, dass die PaATG8-abhängige Autophagosomenbildung zur Aufrechterhaltung der Lebensspanne benötigt wird. In ΔPaAtg8 kommt es zu einem Verlust der nicht-selektiven Autophagie. Die Mitophagie hingegen ist auch ohne PaATG8 partiell möglich und es liegt ein PaATG8-unabhängiger Abbau von mitochondrialen Proteinen in P. anserina vor.
2. In P. anserina ist PaATG11 an der nicht-selektiven Autophagie beteiligt und auch die Mitophagie erfolgt in Abhängigkeit dieses Gerüstproteins. Während der PaAtg11-Deletionsstamm unter Normalbedingungen keinen zum Wildtyp veränderten Phänotyp zeigt, führt eine Kultivierung auf M2-Medium mit Glycerin als einziger Kohlenstoffquelle zu einer starken Verkürzung der Lebensspanne. Eine mikroskopische Untersuchung der Mitochondrien zeigte, dass im juvenilen Altersstadium von ΔPaAtg11 stark fragmentierte Mitochondrien vorliegen. Während der Alterung normalisiert sich die Mitochondrienmorphologie wieder. Der mitochondriale Funktionsverlust wird möglicherweise von den fragmentierten Mitochondrien ausgelöst, denn eine Kultivierung von älteren ΔPaAtg11-Stämmen auf M2-Medium mit Glycerin führt zu einer Normalisierung der Lebensspanne.
3. Die initialen Untersuchungen zur ΔPaAtg11/ΔPaAtg24-Doppelmutante zeigen, dass es bei der Kultivierung unter Normalbedingungen zu einem additiven Effekt der beiden Genverluste kommt. Bei der Anzucht auf M2-Medium mit Glycerin hingegen kann eine im Vergleich zum ΔPaAtg11-Stamm längere Lebensspanne festgestellt werden. Die Mikroskopie der Mitochondrien in ΔPaAtg11/ΔPaAtg24 zeigt, dass im juvenilen Alter zum Wildtyp vergleichbare filamentöse Mitochondrien vorhanden sind.
4. In P. anserina ist PaATG24 kein Mitophagierezeptorprotein, da im PaAtg24-Deletionsstamm eine Beeinträchtigung der nicht-selektiven Autophagie vorliegt. Auch die Mitophagie ist in diesem Stamm geschädigt. Die mikroskopische Betrachtung der Mitochondrien zeigt keinen Unterschied zum Wildtyp. Bei der Untersuchung zur Mitochondrienfunktion durch M2-Medium mit Glycerin ist wie unter Normalbedingungen eine verkürzte Lebensspanne feststellbar.
5. Der Abbau von GFP::PaATG8 ist in der PaAtg24-Deletionsmutante signifikant verringert und es kommt zu einer Akkumulation von Autophagosomen, somit liegt in diesem Stamm eine Beeinträchtigung des autophagosomalen Flusses vor. Bei der mikroskopischen Untersuchung von PaATG24 zeigt sich, dass dieses Protein in P. anserina im Bereich der Vakuolen lokalisiert ist. Die Analyse der Vakuole-Autophagosomen-Fusion zeigt jedoch, dass dieser Mechanismus unabhängig von PaATG24 ist. Die Vakuolenmorphologie und Vakuolengröße ist in ΔPaAtg24 beeinträchtigt und dadurch kommt es zu dem beobachteten Defekt der nicht-selektiven und selektiven Autophagie.
Aufgrund der problematischen Situation von mobilen Notebook-Arbeitsplätzen mit mannigfaltigen negativen Einflüssen auf den Muskel- und Skelettapparat wurde ein neuartiges, wandlungsfähiges Notebook entwickelt. Dieses besitzt ein ausziehbares Display. Ziel dieses Forschungsvorhabens war die erste wissenschaftliche Analyse und Evaluation der Anwendung dieses Notebooktyps. Es wurden verschiedene Testungen durchgeführt, die die Eigenschaften des Displays, welches sich mit Teleskopschienen nach oben herausziehen lässt, auf wissenschaftlicher Ebene analysiert.
In der Studie wurden Probanden in unterschiedlichen Stellungen bei der Arbeit an einem klassischen Notebook mit gewöhnlicher Notebook-Stellung, sowie an einem höhenverstellbaren Notebook untersucht. Die Daten zeigen, dass es hochsignifikante Unterschiede in den unterschiedlichen Stellungen gibt. Die ausgefahrene Stellung des höhenverstellbaren Notebooks ist dabei mit einem hochsignifikant geringeren Neigungswinkel des Kopfes verbunden. Da die vertikale Belastung der WS direkt von der Neigung des Kopfes abhängig ist, ist davon auszugehen, dass die ausgefahrene Displaystellung eine wesentlich geringere vertikale Belastung der Wirbelkörper induziert als eine gewöhnliche Notebookhaltungsposition. Diese Eigenschaften des höhenverstellbaren Notebooks entsprechen eher den ergonomischen Forderungen der BildscharbV. In Hinblick auf eine Trennung von Bildschirm und Tastatur, wie es die BildscharbV vorsieht, lassen sich allerdings die Defizite von Notebooks funktionsbedingt nicht ausräumen.
Die Untersuchungen zeigen, dass es keine Unterschiede zwischen Männern und Frauen bezüglich des Kopfneigungswinkels gibt.
Die Untersuchungen zeigen ferner, dass es in dieser Hinsicht auch keine Unterschiede zwischen Sehhilfeträgern und Nicht-Sehhilfeträgern gibt.
Zukünftige Studien sollten den Einsatz bei Patienten mit Erkrankungen des Muskel- und Skelettapparates untersuchen. Für zukünftige Studien sind darüber hinaus Einflüsse auf den gesamten oberen Haltungsapparat, sowie die Position der Tastatur von Interesse.
Die vorliegende Fall-Kontroll-Studie untersucht den Zusammenhang zwischen der Belastung durch berufsbezogene psychosoziale Einflussfaktoren und bandscheibenbedingten Erkrankungen im Bereich der Lendenwirbelsäule bei Männern. Die Probanden der Fallgruppe wurden über vier Kliniken und zwei orthopädische Arztpraxen im Frankfurter Raum gewonnen (94 Patienten mit gesichertem symptomatischen lumbalen Bandscheibenvorfall und 94 Patienten mit radiologisch gesicherten, mit Beschwerden einhergehenden Osteochondrosen oder Spondylosen im Bereich der Lendenwirbelsäule). Sie wurden verglichen mit 197 anamnestisch rückengesunden Probanden (107 Bevölkerungskontrollen, 90 wegen Urolithiasis behandelte Kontrollpersonen mit röntgenologisch ausgeschlossener Osteochondrose/Spondylose). In einem strukturierten Interview wurden sämtliche Berufstätigkeiten von mindestens einem Jahr Dauer gesondert erfasst mit Schwerpunkt auf die physikalische Belastung durch Heben, Tragen und Tätigkeiten mit Belastung durch Ganzkörperschwingungen sowie auf die psychosoziale Belastung am Arbeitsplatz durch Monotonie, Langeweile, fehlende Möglichkeit des Einsatzes eigenen Wissens oder eigener Fähigkeiten, mangelnde Information über Pläne der Abteilung oder des Betriebes, mangelnde Zufriedenheit mit Vorgesetzten und Kollegen, psychische Belastung durch den Umgang mit Klienten, Arbeiten unter Zeitdruck und durch das Gefühl, zu viel Verantwortung tragen zu müssen. Zusätzlich wurden Daten erhoben zu Alter, Gewicht und Größe, Rauchgewohnheiten, Schulbildung, zu sportlichen Aktivitäten und außerberuflichen physikalischen Belastungen, zur Belastung durch sog. life-events sowie zum Gesundheitszustand des Achsenskeletts mit Schwerpunkt auf jemals aufgetretene Beschwerden im Bereich der Lendenwirbelsäule. Als Effektschätzer für die relativen Erkrankungsrisiken wurden mittels logistischer Regression Odds Ratios berechnet, adjustiert für Alter, Region, Staatsangehörigkeit, andere Erkrankungen mit Beteiligung der Lendenwirbelsäule und Belastung durch Heben, Tragen und Arbeiten in extremen Rumpfbeugehaltungen. Es fand sich ein grenzwertig signifikanter Zuammenhang zwischen psychischer Belastung durch den Umgang mit Klienten und dem Auftreten mit Beschwerden einhergehender osteochondrotischer und/oder spondylotischer Veränderungen im Bereich der Lendenwirbelsäule (OR=10,4; CI95%=1,0-113) sowie ein signifikanter Zusammenhang zwischen mehr als zehn Berufsjahren, in denen unter starkem Zeitdruck gearbeitet werden musste, und dem Auftreten eines behandlungsbedürftigen lumbalen Bandscheibenvorfalls (OR=2,9; CI95%=1,3-6,3). Diese Ergebnisse können verstanden werden als ein erster Hinweis auf einen möglichen Zusammenhang zwischen psychosozialer Belastung am Arbeitsplatz und dem Auftreten nicht nur von Schmerzen im Bereich der Lendenwirbelsäule (low back pain), sondern auch von mittels bildgebender Verfahren und/oder intraoperativ gesicherten morphologischen Korrelaten der Beschwerdesymptomatik. Ein alternativer Erklärungsansatz liegt in dem möglichen Einfluss psychosozialer beruflicher Faktoren auf Schmerzempfinden bzw. Schmerzverarbeitung und auf die Inanspruchnahme medizinischer Versorgung. Weitere und größere epidemiologische, aber auch psychobiologische und psychoimmunologische Studien werden notwendig sein, um eine mögliche Verursachung bandscheibenbedingter Erkrankungen durch berufsbezogene psychosoziale Belastungsfaktoren und die sie vermittelnden Mechanismen nachzuweisen.
Sponges are one of the major components of benthic communities and are considered to be a
key role organism in marine ecosystems. In addition to their importance in terms of
biodiversity, sponges are becoming increasingly attractive to the industry, as they themselves
or associated symbionts, produce various kinds of secondary metabolites of pharmaceutical
properties. Some of them have already been clinically applied.
The taxonomic characters of Porifera are limited to only a few morphological and
histological characters. In addition, sponges of the same species often show a wide
morphological variability, whereas the latter depends on different ecological parameters such
as water depth and current conditions. Thus, the taxonomic classification of sponges often
becomes a scientific challenge.
The fauna of the Yellow Sea rates among the least studied worldwide. At the same time,
according to the UN Atlas of the Ocean, the Yellow Sea is one of the most intensively
exploited marine areas in the world. This is not least due to the dense human population living
in the entire catchment area of the Yellow Sea region. In order to compile medium- and longterm
conclusions about the anthropogenic impact on biota of the Yellow Sea, the knowledge
of species and their distribution is of crucial importance, as these data form the baseline for all
future conservation efforts.
Until now the sponge fauna of the Chinese Yellow Sea is insufficiently investigated.
Thus, there is only one publication on sponges from this region that has been released
hitherto. This paper is dealing with only a view species. However, there is no reference
concerning the present location of the voucher material, on which this publication is based on.
Consequently, no scientific collection on Porifera from the Chinese part of the Yellow Sea
exists to date.
In order to compile a documentation of the recent sponge community of the Chinese
Yellow Sea, 12 study sites along the coast of the Liaoning Peninsula, China, Northeast
Yellow Sea, were investigated with focus on sponge distribution. The corresponding habitats
were characterized in regard to their topographical features, abiotic parameters, and common
composition of benthic megafaunal and macroalgal assemblages.
Due to the lack of comparable studies, a comprehensive literature research on sponges of the
shallow Northwest Pacific Ocean was required. As a result the first compilation of
publications is presented, dealing with sponges from shallow depths of the northwestern
Pacific Ocean.
Abstract
2
In the course of this study, 31 sponge species in total were recorded, which are scientifically
processed. With the exception of four all specimens were determined to species- level.
Twelve out of the total number of species are new to science and are described and classified
according to the recent taxonomic system of the phylum Porifera.
The results of this study indicate considerable differences in species composition between
investigated sites. It is shown that physical factors (particularly current regime, sedimentation,
seasonally related variations in temperatures), as well the availability of suitable substrates are
directly related to the diversity and abundance of investigated sponge communities. In this
context possible adaptation strategies of the corresponding sponges were discussed in detail.
Two sponge species, Clathria (Clathria) asodes and Antho (Acarnia) lithophoenix, formerly
known exclusively from the northeastern Pacific Ocean, are now recorded from the Northwest
Pacific Ocean for the first time. Furthermore, Penares hongdoensis, Clathria (Clathria)
hongdoensis and Celtodoryx girardae were synonymized with Penares cortius, Clathria
(Clathria) acanthostyli, and Celtodoryx ciocalyptoides respectively. Moreover, the occurrence
of eight sponge species, which were known from previous records from the Yellow Sea, could
be confirmed.
As a result of this study the Asian origin of a sponge species that is invasive to the French and
Dutch coasts of the Northeast Atlantic Ocean since the 1990s could be established. Moreover,
it is demonstrated that Celtodoryx girardae from the northeastern Atlantic is in fact
conspecific with Cornulum ciocalyptoides described by Burton (1935) from the Posiet Bay,
Sea of Japan. Apart from taxonomic remarks, variations between populations from both
oceans are examined and discussed thoroughly in regard to possible ecological implications.
The community of documented sponges shows overlapping with the one from the Sea of
Japan. According to the results it is assumed that the endemic degree of the sponges from the
Chinese Yellow Sea is rather low to moderate.
The material obtained in the course of this study was integrated in the collection of the
Senckenbergischen Naturforschenden Sammlungen. Therefore, it is the first scientific
collection of sponges from the Chinese Yellow Sea that can be consulted as a basis for all
further studies on sponges of this region.
The present study is the only investigation of sponges from Dalian and adjacent waters before
the spill occurred in the Dalian harbour in July 2010. Therefore, it provides an essential
baseline needed to assess the impact of the oil spill on benthic communities.
In dieser Arbeit wurde das Hauptkapsidprotein VP1 des murinen Polyomavirus zum Transfer von DNA in eukaryontische Zellen eingesetzt. Das murine Polyomavirus wird der Familie der Papovaviridae zugeordnet. Die Viren dieser Familie sind durch nichtumhüllte, ikosaedrische Kapside gekennzeichnet. Die äußere Hülle wird aus 72 VP1Pentameren gebildet, an die sich intern je ein VP2 bzw. VP3Molekül anlagert. Das Strukturprotein VP1 ist aufgrund folgender Eigenschaften für eine DNABeladung und Transfektion in eukaryontische Zellen prädestiniert: 1. Es wurde am NTerminus von VP1 eine DNABindungsdomäne identifiziert. 2. Es konnte am NTerminus von VP1 eine Kernlokalisationssequenz nachgewiesen werden. 3. Es wurde die exakte Rezeptorerkennungssequenz innerhalb der VP1Struktur bestimmt. 4. VP1 ist in der Lage, nach einer rekombinanten prokaryontischen Expression unter Hochsalzbedingungen zu Kapsoiden zu assemblieren. In dieser Arbeit wurde ein rekombinantes, in E. coli exprimiertes VP1Protein verwendet und hinsichtlich seiner DNABindung und der Fähigkeit zum DNATransfer in eukaryontische Zellen charakterisiert: 1. Das vorhandene Aufreinigungsprotokoll konnte optimiert werden. Die Proteinausbeute aus 1 l Bakteriensuspension wurde von 1,8 mg auf 3 mg gesteigert. Gleichzeitig wurde die Kontamination mit Fremdprotein deutlich reduziert. Es konnten die Ergebnisse hinsichtlich der Kapsoidassemblierung unter Hochsalzbedingungen reproduziert werden. 2. Cytotoxizitätstests in NIH 3T3Zellen belegten, daß die getesteten VP1Kapsoid Konzentrationen (ca. 25 µg/ml) keine signifikanten Anzeichen einer toxischen Reaktion zeigten. 3. Der Vergleich zwischen dem Kapsoid ohne HisTag und mit HisTag (Nterminale Klonierung eines 6xHisAffinitätsTags) zeigte, daß durch den HisTag die Bindung von einzelsträngiger DNA an das Kapsoid von 37% auf 55% erhöht werden konnte. Es wurde aber auch eine konzentrationsabhängige Aggregation des VP1Proteins mit HisTag beobachtet. In späteren Arbeiten wurde aus diesem Grund bevorzugt das VP1Protein ohne HisTag eingesetzt. 4. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal eine Transfektion von eukaryontischen Zellen, in diesem Fall den NIH 3T3Zellen, mit rekombinanten VP1Kapsoiden nachgewiesen werden. Nach Beladung von VP1Kapsoiden mit fluoreszenzmarkierter einzelsträngiger DNA konnte eine eindeutige intrazelluläre Fluoreszenz in den NIH 3T3Zellen beobachtet werden. Diese Fluoreszenz war diffus im Cytoplasma und distinkt im Nukleus lokalisiert. 5. Die biologische Aktivität der über VP1 in die Zelle transportierten einzelsträngigen DNASequenzen wurde mit einer Reduktion der bcl2Expression in MOLT4 Zellen überprüft. Die VP1Kapsoide zeigten im Vergleich zu DOTAP als Transfersystem und Aufnahme freier einzelsträngiger DNA die höchste Antisense Wirkung. Die verwendeten modifizierten Oligodesoxynukleotide zeigten jedoch eine nichtsequenzspezifische Reduktion des Proteinlevels. 6. Nach Beladung von VP1Kapsoiden mit PlasmidDNA unter Hochsalzbedingungen konnte in Transfektionsversuchen der erfolgreiche Transport der verwendeten PlasmidDNA in den Nukleus der Zielzelle über die Expression des Markergens (EGFP) nachgewiesen werden. 7. Im Hinblick auf eine Verbesserung der Transfektionseffizienz wurde die Beladung von VP1 mit DNAKondensaten getestet. Nach Einsatz von Histonen für eine DNAKomplexierung wurden Partikel detektiert, die vor allem aufgrund ihrer Größe nicht für eine Beladung mit VP1 geeignet waren. Als ein zweites Kondensationsagenz wurden polykationische Polyamidoamine, auch Dendrimere genannt, untersucht. Nach Einsatz von kondensierter, fluoreszenzmarkierter doppelsträngiger DNA konnte zusammen mit VP1Pentameren eine wesentlich stärkere Fluoreszenz innerhalb des Cytoplasmas der transfizierten Zellen im Vergleich zur Transfektion von DendrimerDNAKondensaten ohne VP1 nachgewiesen werden. Es konnte jedoch in keinem getesteten Kondensationsansatz in Anwesenheit von VP1 ein Transport der eingesetzten PlasmidDNA zum Nukleus der eukaryontischen Zellen beobachtet werden.
1. Der Abgleich der Genprodukte von PA0119, PA0120 und PA0121 ergab, dass PA0119 68%ige Ähnlichkeit mit dem DctA-Transporter von S. meliloti besitzt. Das Genprodukt PA0120 zeigt eine 46%ige Ähnlichkeit mit dem Transkriptionsregulator LctR von E. coli und trägt konservierte Domänen der GntR- sowie der FCDSuperfamilie. Das Genprodukt PA0121 weist eine 44%ige Ähnlichkeit mit einem hypothetischen Transkriptionsregulator von Streptomyces ambofaciens auf. 2. Es konnte gezeigt werden, dass die drei offenen Leserahmen (ORFs) PA0119, PA0120 und PA0121 von P. aeruginosa in mRNA transkribiert werden und somit Gene sind. In den späten CF-Isolaten M25 und M26 ist deren Transkriptmenge im Vergleich zum frühen CF-Isolat M1 sowie zum Referenzstamm P. aeruginosa PAO1 um das 14fache erhöht. 3. Mit Hilfe von RT-PCR Analysen konnte gezeigt werden, dass die drei Gene PA0119, PA0120 und PA0121 eine Transkriptionseinheit bilden und somit in einem Operon P0119-PA0121 organisiert sind. Die angrenzenden ORFs PA0118 und PA0122 konnten dieser Transkriptionseinheit nicht zugeordnet werden. 4. Analysen der Promotor-Reportergenfusion führten zu dem Schluss, dass die Strukturgene PA0119, PA0120 und PA0121 des Operons von einer stromaufwärts von PA0119 lokalisierten Promotorsequenz transkribiert werden. Der Promotor liegt ca. 237 bp vor dem Start von PA0119. Darüber hinaus konnte eine FadR-ähnliche Bindestelle in der Promotorregion P119-121 abgeleitet werden. 5. Der Promotor P119-121 zeigt in mit Dicarboxylaten supplementiertem Minimalmedium M9 eine 2-3fach erhöhte Promotoraktivität gegenüber dem mit Glukose supplementierten Minimalmedium M9. In Gegenwart von Dicarboxylaten erfährt der Promotor P119-121 somit eine Induktion bzw. durch Glukose eine Repression. 6. Der Promotor P119-121 wird wachstumsphasenabhängig reguliert. Die Abhängigkeit der Promotoraktivität von RhlI, RhlR und RpoS indiziert eine Quorum Sensingsowie RpoS-abhängige Regulation des Promotors P119-121. 7. Eine mit PA0119 durchgeführte heterologe Komplementation einer DctA-Mutante von S. meliloti führte zu einer partiellen Wiederherstellung der Fähigkeit der DctAMutante, auf den Dicarboxylaten Succinat und Fumarat wachsen zu können. Dieser Befund indiziert zusammen mit den vier konservierten Motiven, die bisher in charakterisierten Dicarboxylat-Transportern gefunden wurden, dass PA0119 potentiell einen Dicarbonsäure-Transporter in P. aeruginosa darstellt. 8. Mutantenstudien mit den generierten Mutanten ΔPA0119Ω, PA0120Ω und ΔPA0121Ω zeigten im Vergleich zum Wildtyp allerdings kein abweichendes Kulturwachstum; weder in den nährstoffreichen Medien ASM und LB noch im Minimalmedium M9, das jeweils mit 40 mM Succinat bzw. Glutamat supplemiert wurde. Dies wurde durch MicroArrayTM-Analysen mit den Biolog-Platten PM1 und PM2 bestätigt. Daraus wird deutlich, dass keine der hier angebotenen C-Quellen (siehe Anhang) ausschließlich von PA0119 transportiert wird. Auch die Verwertung dieser C-Quellen wird nicht durch die in den Mutanten PA0120::Ω und ΔPA0121::Ω ausgeschalteten Genprodukte beeinflusst. 9. In der Biolog-Platte PM10a schien ΔPA0119::Ω gegenüber PAO1 in den Kavitäten C1 (pH5.5, Methionin) und C10 (pH 5.5, Ornithin) eine leicht abweichende Stoffwechselaktivität zu besitzen. Dies indiziert eine mögliche pH-Abhängigkeit des potentiellen PA0119-Transporters. 10. Im Minimalmedium M9, supplemiert mit Glutamat, zeigt die Mutante ΔPA0119::Ω unter unter erhöhten osmotischen Bedingungen gegenüber dem Wildtyp PAO1 eine reduzierte Wachstumsrate. Dies indiziert, dass PA0119 unter erhöhten osmotischen Bedingungen am Transport von Dicarboxylaten, wie Glutamat, in die Zelle beteiligt sein könnte. 11. Biofilmbildung stellt die bevorzugte Wachstumsform von P. aeruginosa in der CF-Lunge dar. Das Genprodukt PA0120 zeigt zudem eine Ähnlichkeit mit dem Regulator LctR, und es wurde gezeigt, dass eine LctR-Mutante von E. coli in ihrer Fähigkeit zur Biofilmbildung beeinträchtigt ist. Die Untersuchung der ΔPA0119::Ω- und der PA0120::Ω-Mutanten zeigt im Vergleich zum Wildtyp im LB-Medium eine Beeinträchtigung in der Anheftung an Mikrotiterplatten. Dies indiziert, dass sowohl der potentielle Transporter PA0119 als auch der potentielle Transkriptionsregulator PA0120 an der Biofilmbildung von P. aeruginosa beteiligt sind. 12. Die Messung der Promotoraktivität in der ΔPA0119::Ω-Mutante zeigt eine Repression des Promotors an. In der PA0120::Ω-Mutante dagegen findet sich eine zweifache Induktion des Promotors vor PA0119-PA0121. Dies Ergebnis wird durch die Ergebnisse der Real-Time-PCR-Analysen untermauert, da in der PA0120::Ω-Mutante signifikant erhöhte Transkriptmengen des PA0119-Gens detektiert wurden. Bei der ΔPA0121::Ω-Mutante liegt die Promotor-Aktivität im Bereich von PAO1. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass das Genprodukt von PA0119 auf den Promotor P119-121 aktivierend wirkt, während das PA0120-Genprodukt die P119-121- Promotoraktivität negativ reguliert. 13. Zur Identifizierung weiterer PA0120-regulierter Gene wurde eine Transkriptomanalyse der PA0120::Ω-Mutante durchgeführt. Diese ergab, dass neben PA0119 vier weitere Gene, und zwar PA0656, PA0810, PA1852 und PA5261, signifikant hoch reguliert wurden. Vermutlich sind diese Genprodukte zusammen mit dem Regulator PA0120 Teile eines regulatorischen Netzwerks zur Anpassung von P. aeruginosa an die CF-Lunge.
Diese nach den Richtlinien der Good Clinical Practice durchgeführte, multizentrische, randomisierte Phase III Studie wurde am 1. September 2003 initiiert. Die hohe Teilnahme, sowohl bei der Anzahl der Studienpatienten als auch bei den teilnehmenden Zentren, zeigen das rege Interesse, das an dieser Untersuchung besteht. Die Studie „Bendamustin plus Rituximab versus CHOP plus Rituximab“ baut auf den Ergebnissen einer in-vitro Studie und einer Phase II Studie der gleichen Arbeitsgruppe auf, die synergistische Effekte der beiden Substanzen bei gleichzeitig sehr guter Verträglichkeit des Regimes zeigen konnten [7,8]. In die vorliegende Auswertung gingen in den Therapiearm mit Bendamustin plus Rituximab 104 Patienten und in den mit CHOP plus Rituximab 103 Patienten ein. Bei einem ausgeglichenen Risikoprofil der beiden Patientenkollektive stellen sich Therapieerfolge und Komplikationen als gut miteinander vergleichbar dar. Mit einer ORR von 96% bei B-R gegenüber 94% bei CHOP-R unterschied sich das Gesamtansprechen in den beiden Therapiearmen nur geringfügig. Auffällig war je doch eine signifikant höhere Rate an kompletten Remissionen im Bendamustin-Arm (55% vs. 38%; p=0,0180). Die Beobachtung, dass mit der Kombination von Bendamustin und Rituximab, bei vergleichbarem Gesamtansprechen, ein höherer Anteil an kompletten Remissionen erreicht wurde, lässt sich bei ausreichenden Fallzahlen auch innerhalb der einzelnen Entitäten nachvollziehen. Bei den 22 Patienten mit Mantelzell Lymphom im Bendamustin-Arm wurde ein Gesamtansprechen von 91% erreicht, eine komplette Remission erreichten 50% der Patienten. Auch bei dieser prognostisch ungünstigeren Untergruppe ließen sich mit dem Bendamustin-Rituximab Regime also ausgezeichnete Ergebnisse erzielen. Die in zahlreichen Untersuchungen beschriebene gute Verträglichkeit der Substanz Bendamustin konnten wir mit unserer Studie für die Kombination mit Rituximab bestätigen. Die Anzahl der an die Studienzentrale gemeldeten Severe Adverse Events unterschied sich mit 32 bei CHOP-R versus 13 bei B-R signifikant (p=0.0013). Außer einem Patienten mit anaphylaktischem Schock nach Rituximab-Erstgabe traten keine lebensbedrohlichen Komplikationen im Studienkollektiv mit Bendamustin auf. In einigen wenigen Fällen wurde die Dosis reduziert, nur in einem Fall musste die Therapie ganz abgebrochen werden. Bei diesem Patienten bestand nach dem 1. Zyklus der Verdacht auf eine medikamentös-toxische Alveolitis. Der Patient erholte sich im Verlauf und wurde mit CHOP-R weiterbehandelt. Die Haupttoxizität im B-R-Arm bestand in der Leukozytopenie mit 12 % Ereignissen mit WHO Grad 3 und 4 (41% bei CHOP-R). Annähernd parallel dazu verhielten sich die Werte für die Granulozyten. Der Unterschied der beiden Therapiearme in der Anzahl der Zyklen mit höhergradiger Leukozytopenie ist von statistischer Signifikanz (p<0,0001). Diese deutliche Überlegenheit von Bendamustin im Bereich der Hämatotoxizität wirkte sich auf die Anzahl und Schwere der infektiösen Komplikationen aus, die im Therapiearm mit CHOP-R deutlich höher lag als im Prüfarm. Die „typischen“ Nebenwirkungen einer Chemotherapie wie gastrointestinale Beschwerden, Stomatitis, Abgeschlagenheit ect. wurden unter B-R ebenfalls, jedoch in geringerem Ausmaß beobachtet. Gelegentlich kam es zu milder bis mäßiger Alopezie. Häufiger als im Kontrollarm kamen unter Bendamustin allergische Reaktionen vor, die auch für andere Kombinationen und die Monotherapie bereits beschrieben wurden [41,53]. Die Zusammenschau der Daten unserer Studie zur Therapietoxizität zeigt klar, dass Bendamustin in Kombination mit Rituximab die besser verträgliche und sicherere Therapieoption darstellt. Es gab keine therapieassoziierten Todesfälle im Prüfarm, schwerwiegende Komplikationen und Hospitalisationen waren seltener und bei signifikant weniger hochgradigen Leukozytopenien kam es seltener zu Infektionen. Für die Untersuchungsbereiche Remissionsausmaß und Therapietoxizität lässt sich damit in unserer Studie nicht nur eine Gleichwertigkeit des Bendamustin-Rituximab Regimes gegenüber dem Polychemotherapieregime CHOP-R feststellen, sondern partiell eine Überlegenheit, die für den Anteil an kompletten Remissionen, die Anzahl der Zyklen mit höhergradiger Leukozytopenie und die Anzahl der gemeldeten SAE Signifikanzniveau erreicht. Auch der Vergleich mit Ergebnissen anderer Chemotherapieregimes, die Rituximab enthalten, lässt die bei uns mit dieser Kombination erzielten Resultate durchaus in einem vorteilhaften Licht erscheinen [4,5,29,44,48,50]. Das Fehlen des Anthrazyklins, das in den meisten Polychemotherapie-Regimen enthalten ist, scheint keine Nachteile mit sich zu bringen. Es fällt damit eine nebenwirkungsreiche Medikamentengruppe weg, die unter anderem in hohem Maß für die kardiotoxischen Komplikationen verantwortlich ist. Ob durch die Ergänzung eines Anthrazyklins noch bessere Ansprechraten oder eine längere Remissionsdauer erzielt werden könnte ist fraglich. Andere klinische Studien lassen Zweifel daran aufkommen und auch der antagonistische Effekt der zwischen Bendamustin und Doxocyclin bzw. Mitoxantron in in-vitro Studien beobachtet wurde legt eine solche Kombination nicht nahe [38,52]. Die wesentliche Frage, die sich angesichts der ausgesprochen guten Therapieergebnisse im B-R-Arm stellt, ist die nach der Qualität der Remission, also der Remissiondauer und den eventuellen Auswirkungen auf das Gesamtüberleben. Das mediane ereignisfreie bzw. progressionsfreie Überleben ist in beiden Armen bisher nicht erreicht. In der unserer Untersuchung zugrunde liegenden Pilotstudie verzeichneten Rummel et al. eine mediane PFS von 24 Monaten [8]. Zu erwarten ist, dass diese in unserer Phase III Studie, mit einem nicht vorbehandelten Patientenkollektiv, deutlich überschritten wird. Aktuell leben im Bendamustin-Arm noch 82% der Patienten in Remission, während es im CHOP-Arm nur noch 71% sind. Das Overall Survival lag bei 95% mit B-R und bei 93% mit CHOP-R. Die zum Auswertungszeitpunkt verfügbaren Daten deuten also auch hier auf eine Gleichwertigkeit, für die remissionsfreie Überlebenszeit möglicherweise sogar auf eine Überlegenheit des B-R-Regimes hin. Da die mediane Nachbeobachtungszeit mit 29 Monaten kurz und der Anteil der Patienten mit Erkrankungsprogredienz relativ zu klein ist, kann man von mehr als einer Tendenz jedoch bisher noch nicht sprechen. Eine Auswertung zu einem späteren Zeitpunkt mit längeren Follow-up Zeiten und der kompletten – mehr als doppelt so hohen – Patientenzahl, wird zeigen, ob sich die ersten optimistisch stimmenden Ergebnisse bestätigen. Die Resultate dieser weiteren Auswertungen werden mit Spannung erwartet. Eine Gleichwertigkeit in Bezug auf das Gesamtüberleben wäre ein Ergebnis von hoher klinischer Relevanz, da der Einsatz von CHOP-R als Standardtherapie in diesem Fall in Frage gestellt werden müsste.
Gehirne von an Scrapie erkrankten Tieren sind histopathologisch durch Vakuolisierung, Astrogliose, Neurodegeneration und charakteristische PrPSc-Ablagerungen gekennzeichnet. Die pathologischen Mechanismen, die zu diesen Veränderungen führen, sind noch weitgehend unverstanden. Die Untersuchung der differentiellen Genexpression in Scrapie-infizierten Mausgeweben kann zu einem besseren Verständnis der pathogenen Mechanismen dieser Erkrankung auf molekularer Ebene beitragen. Auch könnten einige der differentiell exprimierten Gene zur Entwicklung eines auf Surrogatmarkern basierenden Testsystems beitragen oder für die Entwicklung von Strategien zur therapeutischen Intervention nützlich sein. Um im Verlauf der Scrapieerkrankung in Mäusen hoch- oder herunterregulierte Gene zu identifizieren, wurden RNA arbitrarily primed PCR (RAP-PCR) und suppression subtractive hybridisation (SSH) an Hirn- und Milzproben Scrapie-infizierter Mäuse und gesunder Kontrolltiere durchgeführt. Die Ergebnisse wurden anhand eines differentiellen Screening-Schrittes, Sequenzanalysen und Northernblots bestätigt. Durch einen Datenbankabgleich der erhaltenen Sequenzen wurden mehrere Kandidaten identifiziert. Einige davon, wie GFAP, Apolipoprotein D, Vimentin, Mx-Protein, MHC I und II wurden bereits als in Scrapie-infizierten Gehirnen hochreguliert von anderen Arbeitsgruppen publiziert. Eine differentielle Regulation weniger weiterer Kandidaten, wie Cytochromoxidase, Ubiqitinierungsfaktor E4a und das herunterregulierte Stathmin wurden bisher noch nicht beschrieben. Auch eine bisher unbekannte differentiell exprimierte Sequenz wurde gefunden. Ergänzend zu den Untersuchungen auf Nukleinsäureebene wurde die 2DElektrophorese für Gehirngewebe zur Untersuchung der differentiellen Expresssion auf Proteinebene unter Berücksichtigung posttranslationaler Modifikationen etabliert. Protokolle für die Vorbereitung von Mäusegehirnproben, die Durchführung der isoelektrischen Fokussierung und der 2. Dimension, sowie Färbeprotokolle für qualitative und quantitative Analysen der Gele unter Berücksichtigung der Erfordernisse nachfolgender MALDI-Analysen wurden erarbeitet.