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Due to an increasing awareness of the potential hazardousness of air pollutants, new laws, rules and guidelines have recently been implemented globally. In this respect, numerous studies have addressed traffic-related exposure to particulate matter using stationary technology so far. By contrast, only few studies used the advanced technology of mobile exposure analysis. The Mobile Air Quality Study (MAQS) addresses the issue of air pollutant exposure by combining advanced high-granularity spatial-temporal analysis with vehicle-mounted, person-mounted and roadside sensors. The MAQS-platform will be used by international collaborators in order 1) to assess air pollutant exposure in relation to road structure, 2) to assess air pollutant exposure in relation to traffic density, 3) to assess air pollutant exposure in relation to weather conditions, 4) to compare exposure within vehicles between front and back seat (children) positions, and 5) to evaluate "traffic zone"- exposure in relation to non-"traffic zone"-exposure. Primarily, the MAQS-platform will focus on particulate matter. With the establishment of advanced mobile analysis tools, it is planed to extend the analysis to other pollutants including including NO2, SO2, nanoparticles, and ozone.

Mitochondrial respiratory supercomplexes (mtRSCs) are stoichiometric assemblies of electron transport chain (ETC) complexes in the inner mitochondrial membrane. They are hypothesized to regulate electron flow, the generation of reactive oxygen species (ROS) and to stabilize ETC complexes. Using the fungal ageing model Podospora anserina, we investigated the impact of homologues of the Saccharomyces cerevisiae respiratory supercomplex factors 1 and 2 (termed PaRCF1 and PaRCF2) on mtRSC formation, fitness and lifespan. Whereas PaRCF2’s role seems negligible, ablation of PaRCF1 alters size of monomeric complex IV, reduces the abundance of complex IV-containing supercomplexes, negatively affects vital functions and shortens lifespan. PaRcf1 overexpression slightly prolongs lifespan, though without appreciably influencing ETC organization. Overall, our results identify PaRCF1 as necessary yet not sufficient for mtRSC formation and demonstrate that PaRCF1-dependent stability of complex IV and associated supercomplexes is highly relevant for maintenance of the healthy lifespan in a eukaryotic model organism.

Der Pilz Podospora anserina ist seit mehr als fünf Jahrzehnten ein wichtiger Modellorganismus für die Alternsforschung. Insbesondere die Mitochondrien, essentielle eukaryotische Zellorganellen – wegen ihrer Funktion im Energiestoffwechsel häufig auch als „zelluläre Kraftwerke“ bezeichnet, sind Schlüsselfaktoren für den Alterungsprozess dieses Organismus. Im Rahmen einer vorangegangenen Diplomarbeit wurde daher der Einfluss der mitochondrialen CLPXP-Protease, einem bisher noch wenig erforschten Bestandteil der Proteinqualitätskontrolle in Mitochondrien, auf die Alterung von P. anserina untersucht. Mitochondriale CLPXP-Proteasen sind, wie auch ihre bakteriellen Pendants, aus zwei verschiedenen Untereinheiten aufgebaut: der Protease-Komponente CLPP und der Chaperon-Komponente CLPX. Die Deletion des Gens PaClpP, kodierend für CLPP in P. anserina, führte zu einer überraschenden Verlängerung der gesunden Lebensspanne der Mutante. Darüber hinaus war es möglich, den pilzlichen PaClpP-Deletionsstamm durch Einbringen von CLPP des Menschen zu komplementieren. Dies beweist, dass die Proteasen CLPP des Menschen und von P. anserina funktionell homolog sind. Dadurch eröffnete sich die Perspektive, diesen einfachen Modellorganismus für die Gewinnung potenziell auf den Menschen übertragbarer Erkenntnisse einzusetzen. Bedeutenderweise ist die menschliche CLPXP-Protease wahrscheinlich involviert in die Entstehung verschiedener Krankheiten, darunter das Perrault-Syndrom sowie einige Krebsarten. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind jedoch noch weitestgehend unverstanden. Ziel des in dieser Dissertation beschriebenen Forschungsprojektes war daher die Gewinnung genauerer Einsichten in die molekulare Funktion und die daraus folgende biologische Rolle der mitochondrialen CLPXP-Protease von P. anserina. Der wohl wichtigste Punkt für das detaillierte Verständnis einer Protease ist die Kenntnis ihres Substratspektrums, d. h. der von ihr abgebauten Proteine. Tatsächlich wurde aber bis heute noch in keinem eukaryotischen Organismus eine umfassende Analyse der Substrate einer mitochondrialen CLPXP-Protease vorgenommen. Um diese Wissenslücke zu füllen, wurde in der vorliegenden Arbeit eine ursprünglich in Bakterien entwickelte Verfahrensweise, der sogenannte CLPP „Substrat-trapping Assay“, in P. anserina implementiert. Dafür mussten zunächst die notwendigen handwerklichen Voraussetzungen für den Assay geschaffen werden, insbesondere die effiziente Affinitätsaufreinigung von Proteinen aus isolierten Mitochondrien – einer bisher in P. anserina noch nicht angewandten Technik. Unter Verwendung verschiedener neu hergestellter Varianten der menschlichen Protease-Komponente CLPP, darunter einer proteolytisch inaktiven Variante zum „Einfangen“ von Substraten, konnte der CLPP „Substrat-trapping Assay“ in P. anserina erfolgreich durchgeführt werden. Insgesamt wurden, in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Julian D. Langer (Max-Planck-Institut für Biophysik; Durchführung von massenspektrometrischen Analysen) nahezu 70 spezifische Proteine erstmalig als potenzielle Substrate oder Interaktionspartner einer mitochondrialen CLPXP-Protease identifiziert. Bei einem Großteil dieser Proteine handelt es sich um Enzyme und Komponenten verschiedener Stoffwechselwege – vor allem um solche, die eine zentrale Rolle im mitochondrialen Energiestoffwechsel spielen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit legen somit folgende Arbeitsthese als Schlussfazit und gleichzeitig Ausganspunkt für zukünftige Untersuchungen nahe: Die hauptsächliche molekulare Funktion der mitochondrialen CLPXP-Protease in P. anserina ist die Degradation von Stoffwechselenzymen und ihre biologische Rolle demnach die Kontrolle und Aufrechterhaltung des mitochondrialen und zellulären Energiestoffwechsels. Insgesamt ist die auf Grundlage des CLPP „Substrat-trapping Assay“ in P. anserina anzunehmende Rolle der mitochondrialen CLPXP-Protease als regulatorische Komponente des mitochondrialen Energiestoffwechsels erstaunlich gut mit Beobachtungen in anderen eukaryotischen Organismen, gerade bezüglich der Relevanz der CLPXP-Protease des Menschen für diverse Krankheiten, zu vereinbaren. Somit erscheint es überaus sinnvoll und vielversprechend, dass in dieser Doktorarbeit erstellte und bisher beispiellose Kompendium potenzieller in vivo Substrate und Interaktionspartner dieser Protease auch als Referenz für zukünftige Untersuchungen außerhalb von P. anserina anzuwenden.

Bipolar disorder (BD) is a major psychiatric illness affecting around 1% of the global population. BD is characterized by recurrent manic and depressive episodes, and has an estimated heritability of around 70%. Research has identified the first BD susceptibility genes. However, the underlying pathways and regulatory networks remain largely unknown. Research suggests that the cumulative impact of common alleles with small effects explains only around 25–38% of the phenotypic variance for BD. A plausible hypothesis therefore is that rare, high penetrance variants may contribute to BD risk. The present study investigated the role of rare, nonsynonymous, and potentially functional variants via whole exome sequencing in 15 BD cases from two large, multiply affected families from Cuba. The high prevalence of BD in these pedigrees renders them promising in terms of the identification of genetic risk variants with large effect sizes. In addition, SNP array data were used to calculate polygenic risk scores for affected and unaffected family members. After correction for multiple testing, no significant increase in polygenic risk scores for common, BD-associated genetic variants was found in BD cases compared to healthy relatives. Exome sequencing identified a total of 17 rare and potentially damaging variants in 17 genes. The identified variants were shared by all investigated BD cases in the respective pedigree. The most promising variant was located in the gene SERPING1 (p.L349F), which has been reported previously as a genome-wide significant risk gene for schizophrenia. The present data suggest novel candidate genes for BD susceptibility, and may facilitate the discovery of disease-relevant pathways and regulatory networks.

We search for the di-photon decay of a light pseudoscalar axion-like particle, a, in radiative J/ψ decays, using 10 billion J/ψ events collected with the BESIII detector. We find no evidence of a signal and set upper limits at the 95% confidence level on the product branching fraction B(J/ψ→γa)×B(a→γγ) and the axion-like particle photon coupling constant gaγγ in the ranges of (3.7−48.5)×10−8 and (2.2−101.8)×10−4 GeV−1, respectively, for 0.18≤ma≤2.85 GeV/c2. These are the most stringent limits to date in this mass region.