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We report results on the ratio of midrapidity antiproton-to-proton yields in Au+Au collisions at sqrt[sNN] = 130 GeV per nucleon pair as measured by the STAR experiment at RHIC. Within the rapidity and transverse momentum range of | y|<0.5 and 0.4<pt<1.0 GeV/c, the ratio is essentially independent of either transverse momentum or rapidity, with an average of 0.65±0.01(stat)±0.07(syst) for minimum bias collisions. Within errors, no strong centrality dependence is observed. The results indicate that at this RHIC energy, although the p-p-bar pair production becomes important at midrapidity, a significant excess of baryons over antibaryons is still present.
A data-driven method was applied to Au+Au collisions at √sNN = 200 GeV made with the STAR detector at RHIC to isolate pseudorapidity distance η-dependent and η-independent correlations by using two- and four-particle azimuthal cumulant measurements. We identified a η-independent component of the correlation, which is dominated by anisotropic flow and flow fluctuations. It was also found to be independent of η within the measured range of pseudorapidity |η| < 1. In 20–30% central Au+Au collisions, the relative flow fluctuation was found to be 34%±2%(stat.)±3%(sys.) for particles with transverse momentum pT less than 2 GeV/c. The η-dependent part, attributed to nonflow correlations, is found to be 5% ± 2%(sys.) relative to the flow of the measured second harmonic cumulant at |η| > 0.7.
Riboswitches are gene regulatory elements located in untranslated mRNA regions. They bind inducer molecules with high affinity and specificity. Cyclic-di-nucleotide-sensing riboswitches are major regulators of genes for the environment, membranes and motility (GEMM) of bacteria. Up to now, structural probing assays or crystal structures have provided insight into the interaction between cyclic-di-nucleotides and their corresponding riboswitches. ITC analysis, NMR analysis and computational modeling allowed us to gain a detailed understanding of the gene regulation mechanisms for the Cd1 (Clostridium difficile) and for the pilM (Geobacter metallireducens) riboswitches and their respective di-nucleotides c-di-GMP and c-GAMP. Binding capability showed a 25 nucleotide (nt) long window for pilM and a 61 nt window for Cd1. Within this window, binding affinities ranged from 35 μM to 0.25 μM spanning two orders of magnitude for Cd1 and pilM showing a strong dependence on competing riboswitch folds. Experimental results were incorporated into a Markov simulation to further our understanding of the transcriptional folding pathways of riboswitches. Our model showed the ability to predict riboswitch gene regulation and its dependence on transcription speed, pausing and ligand concentration.
Elliptic flow from nuclear collisions is a hadronic observable sensitive to the early stages of system evolution. We report first results on elliptic flow of charged particles at midrapidity in Au+Au collisions at sqrt(s_NN)=130 GeV using the STAR TPC at RHIC. The elliptic flow signal, v_2, averaged over transverse momentum, reaches values of about 6% for relatively peripheral collisions and decreases for the more central collisions. This can be interpreted as the observation of a higher degree of thermalization than at lower collision energies. Pseudorapidity and transverse momentum dependence of elliptic flow are also presented.
We report here the nuclear magnetic resonance 19F screening of 14 RNA targets with different secondary and tertiary structure to systematically assess the druggability of RNAs. Our RNA targets include representative bacterial riboswitches that naturally bind with nanomolar affinity and high specificity to cellular metabolites of low molecular weight. Based on counter-screens against five DNAs and five proteins, we can show that RNA can be specifically targeted. To demonstrate the quality of the initial fragment library that has been designed for easy follow-up chemistry, we further show how to increase binding affinity from an initial fragment hit by chemistry that links the identified fragment to the intercalator acridine. Thus, we achieve low-micromolar binding affinity without losing binding specificity between two different terminator structures.
The results from the STAR Collaboration on directed flow (v1), elliptic flow (v2), and the fourth harmonic (v4) in the anisotropic azimuthal distribution of particles from Au+Au collisions at sqrt[sNN]=200GeV are summarized and compared with results from other experiments and theoretical models. Results for identified particles are presented and fit with a blast-wave model. Different anisotropic flow analysis methods are compared and nonflow effects are extracted from the data. For v2, scaling with the number of constituent quarks and parton coalescence are discussed. For v4, scaling with v22 and quark coalescence are discussed.
mRNS ist einer der wichtigsten Informationsträger in lebenden Zellen. Mit ihr wird die in der DNS gespeicherte Information zu aktiven Zellprozessen umgesetzt. Dabei finden erste regulatorische Prozesse, die den Phänotyp eines Organismus bestimmen können, bereits über Strukturelemente auf der mRNS statt. Diese, als Riboschalter bezeichneten Strukturen, können spezifisch, kleine Moleküle binden und dadurch ihre Struktur ändern. Durch diese dynamische Änderung der Struktur, in An- oder Abwesenheit des Liganden, wird reguliert, ob nachfolgende Gene vom Ribosom abgelesen werden können. Der Cd1-Riboschalter aus Clostridium Difficile ist schon während der Transkription aktiv und ein Teil des regulatorischen Netzwerkes, das bestimmt, ob das Bakterium einen mobilen oder stationären Lebensstil einnimmt. Das zentrale Signalmolekül in diesem Netzwerk ist der sekundäre Botenstoff c-di-GMP, der gleichzeitig auch der Ligand des Cd1-Riboschalters ist. In der folgenden Arbeit wurde der zeitliche und strukturelle Ablauf des Cd1 Regulationsmechanismus und die Bindung von c-di-GMP untersucht. Auch ohne einen Riboschalter in der Sequenz ist strukturierte mRNS ein interessanter Forschungsgegenstand. Wie die Covid-19 Pandemie und die Forschungen, mRNS Abschnitte als Krebsmedikamente zu gebrauchen, zeigen, gewinnt RNS immer mehr an Bedeutung für die medizinische Forschung und Anwendung. Mit dieser Motivation im Hintergrund wurden drei weitere RNS Projekte bearbeitet. Im ersten wurde ein 19F-Screening für die Erkennung von RNS bindenden Fragmenten etabliert. Im zweiten wurde ein RNS Doppelstrang untersucht, der mit Hilfe verschiedener, kovalent gebundener Spiropyrane reversibel gefaltet und entfaltet werden sollte. Im abschließenden Projekt wurden im Rahmen der COVID-19-NMR Initiative zwei Sekundärstrukturelemente der Covid-19 RNS untersucht.
Bei der Untersuchung des Cd1-Riboschalters konnten folgende Ergebnisse erzielt werden. Es wird gezeigt, dass die Bindung von c-di-GMP an das Cd1-Aptamer ein konzentrationsabhängiges Magnesiumverhältnis braucht. Dieses Verhältnis wurde ausgehend von initialen Messungen als 1/40 (RNS/Ligand) bestimmt. Spätere ITC Messungen geben aber Hinweise darauf, dass dieses Verhältnis bei niedrigen RNS Konzentrationen höher liegt und bei größeren RNS Konzentrationen niedriger. Die Bestimmung des Start- und Endpunktes der c-di-GMP Bindung wird in Unterkapitel 3.1.2 behandelt. Es wurde ermittelt, dass Cd1 bei 83 Nukleotiden eine alternative schwach Ligand bindende Konformation einnimmt, die wahrscheinlich durch eine P1 Helix bis zum Erreichen von Cd1-87 stabilisiert wird. Ab Cd1-87 bildet sich die reguläre von der Literatur vorhergesagte Bindetasche. Das Ende der c-di-GMP Bindung wird mit Cd1-148 erreicht, auch wenn hier noch Reste der Reportersignale für Bindung zu sehen sind. Diese Reste werden aber aller Wahrscheinlichkeit nach durch eine Cd1-83 entsprechende Konformation der Bindetasche erzeugt. In Kapitel 3.2 wird gezeigt, wie durch NMR Messungen die Zuordnung der Sekundärstruktur des Cd1-Riboschalters vollzogen wurde. Durch diese Messungen konnte bestätigt werden, dass in allen Längen eine P2 und P3 Helix vorhanden ist. Im Aptamer wird die Ligandbindung durch zwei Interaktionen zwischen P2 und P3 stark stabilisiert und der untere Abschnitt der P3 erst dann nicht mehr dynamisch, wenn c-di-GMP gebunden wird. Durch x-filter Experimente und Mutationen konnte nachgewiesen werden, dass C87 das basenpaarende Nukleotid an einem G des Liganden ist. Die Anwesenheit des HP1 Stamms konnte in den Längen 147, 148 und 160 nachgewiesen werden, wobei besonders der Vergleich der NOESY Spektren von Cd1-147 und Cd1-148 die Änderung der Sekundärstruktur hin zum Antiterminator zeigen. Der Verlauf der Bindungsaffinitäten wurde auch durch ITC Messungen an Cd1-83, 86, 87, 88, 135 und 146 bestätigt. Für die volle Länge (Cd1-160) des Riboschalters konnte gezeigt werden, dass der Terminatorstamm ausgeformt ist. Die erreichten Ergebnisse wurden in einem Modell zusammengefasst und der zeitliche Verlauf der Cd1 Regulation simuliert. Aus der Simulation ist zu erkennen, dass Cd1, wie erwartet, Ligand abhängig schaltet. Dabei ist der Aus-Zustand bei hoher Ligandkonzentration zu 90% populiert und der An-Zustand zu 100% bei niedriger Konzentration. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Transkriptionsgeschwindigkeit bei hohen Ligandkonzentrationen einen starken Einfluss auf die Regulationseffizienz des Riboschalters hat. So ist bei einer Transkriptionsgeschwindigkeit von 100 nt/s nach 1 s eine Gleichverteilung von An- und Aus-Zustand zu erkennen. Dieses Verhalten kann durch einen Stopp der Transkription an der potentiellen Pausierstelle U141-145 aufgehoben werden. Unter den Rahmenbedingungen des Modells erwiesen sich Transkriptionsgeschwindkeiten von um die 20 nt/s als optimal und bei niedrigen Ligandkonzentrationen hatte die Transkriptionsgeschwindigkeit faktisch keine Auswirkungen auf die Regulation. Ein interessantes Ergebniss der Modellierung ergab sich aus der Notwendigkeit der Verwendung einer Rate für konkurrenzlose Basenpaarschließungen. Hier konnte gezeigt werden, dass eine Rate von 400 nt/s ausreicht um einen voll funktionsfähigen Riboschalter zu beschreiben.
Beim 19F Bindungsscreenings von 101 Fragmenten, die alle ein oder mehrere 19F Atome besaßen, an Cd1-98 wurden 9 Fragmente gefunden die an Cd1-98 binden. Diese sind größtenteils planar mit Ausnahme von 2 Fragmenten bei denen die eine Hälfte des Moleküls nicht aromatisch ist. Des Weiteren besitzen alle Fragmente, außer einem, mindestens eine Aminogruppe im Molekül. Die daraus resultierende Vermutung, dass die Fragmente in die RNS interkalieren, konnte durch RNS beobachtende NMR Messungen nicht überprüft werden, da keine Signaländerung im Imino-Bereich zu erkennen war. Durch Verdrängungsexperimente konnte gezeigt werden, dass die Fragmente, nicht wie c-di-GMP, die RNS Faltung homogenisieren und auch nicht in der Bindetasche gebunden werden.
We report on a polarization measurement of inclusive J/ψ mesons in the di-electron decay channel at mid-rapidity at 2 < pT < 6 GeV/c in p + p collisions at √s = 200 GeV. Data were taken with the STAR detector at RHIC. The J/ψ polarization measurement should help to distinguish between different models of the J/ψ production mechanism since they predict different pT dependences of the J/ψ polarization. In this analysis, J/ψ polarization is studied in the helicity frame. The polarization parameter λθ measured at RHIC becomes smaller towards high pT , indicating more longitudinal J/ψ polarization as pT increases. The result is compared with predictions of presently available models.
We report a high precision measurement of the transverse single spin asymmetry AN at the center of mass energy √s=200 GeV in elastic proton–proton scattering by the STAR experiment at RHIC. The AN was measured in the four-momentum transfer squared t range 0.003⩽|t|⩽0.035 (GeV/c)2, the region of a significant interference between the electromagnetic and hadronic scattering amplitudes. The measured values of AN and its t-dependence are consistent with a vanishing hadronic spin-flip amplitude, thus providing strong constraints on the ratio of the single spin-flip to the non-flip amplitudes. Since the hadronic amplitude is dominated by the Pomeron amplitude at this √s, we conclude that this measurement addresses the question about the presence of a hadronic spin flip due to the Pomeron exchange in polarized proton–proton elastic scattering.
The current pandemic situation caused by the Betacoronavirus SARS-CoV-2 (SCoV2) highlights the need for coordinated research to combat COVID-19. A particularly important aspect is the development of medication. In addition to viral proteins, structured RNA elements represent a potent alternative as drug targets. The search for drugs that target RNA requires their high-resolution structural characterization. Using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, a worldwide consortium of NMR researchers aims to characterize potential RNA drug targets of SCoV2. Here, we report the characterization of 15 conserved RNA elements located at the 5′ end, the ribosomal frameshift segment and the 3′-untranslated region (3′-UTR) of the SCoV2 genome, their large-scale production and NMR-based secondary structure determination. The NMR data are corroborated with secondary structure probing by DMS footprinting experiments. The close agreement of NMR secondary structure determination of isolated RNA elements with DMS footprinting and NMR performed on larger RNA regions shows that the secondary structure elements fold independently. The NMR data reported here provide the basis for NMR investigations of RNA function, RNA interactions with viral and host proteins and screening campaigns to identify potential RNA binders for pharmaceutical intervention.
The stem-loop (SL1) is the 5'-terminal structural element within the single-stranded SARS-CoV-2 RNA genome. It is formed by nucleotides 7–33 and consists of two short helical segments interrupted by an asymmetric internal loop. This architecture is conserved among Betacoronaviruses. SL1 is present in genomic SARS-CoV-2 RNA as well as in all subgenomic mRNA species produced by the virus during replication, thus representing a ubiquitous cis-regulatory RNA with potential functions at all stages of the viral life cycle. We present here the 1H, 13C and 15N chemical shift assignment of the 29 nucleotides-RNA construct 5_SL1, which denotes the native 27mer SL1 stabilized by an additional terminal G-C base-pair.
STAR's measurements of directed flow (v1) around midrapidity for π±, K±, K0S, p and p¯ in Au + Au collisions at $\sqrtsNN = 200$ GeV are presented. A negative v1(y) slope is observed for most of produced particles (π±, K±, K0S and p¯). The proton v1(y) slope is found to be much closer to zero compared to antiprotons. A sizable difference is seen between v1 of protons and antiprotons in 5-30% central collisions. The v1 excitation function is presented. Comparisons to model calculations (RQMD, UrQMD, AMPT, QGSM with parton recombination, and a hydrodynamics model with a tilted source) are made. Anti-flow alone cannot explain the centrality dependence of the difference between the v1(y) slopes of protons and antiprotons.
STAR's measurements of directed flow (v1) around midrapidity for π±, K±, K0S, p and p¯ in Au + Au collisions at $\sqrtsNN = 200$ GeV are presented. A negative v1(y) slope is observed for most of produced particles (π±, K±, K0S and p¯). In 5-30% central collisions a sizable difference is present between the v1(y) slope of protons and antiprotons, with the former being consistent with zero within errors. The v1 excitation function is presented. Comparisons to model calculations (RQMD, UrQMD, AMPT, QGSM with parton recombination, and a hydrodynamics model with a tilted source) are made. For those models which have calculations of v1 for both pions and protons, none of them can describe v1(y) for pions and protons simultaneously. The hydrodynamics model with a tilted source as currently implemented cannot explain the centrality dependence of the difference between the v1(y) slopes of protons and antiprotons.
The STAR Collaboration at the Relativistic Heavy Ion Collider presents measurements of 𝐽/𝜓→𝑒+𝑒− at midrapidity and high transverse momentum (𝑝𝑇>5 GeV/𝑐) in 𝑝+𝑝 and central Cu+Cu collisions at √𝑠𝑁𝑁=200 GeV. The inclusive 𝐽/𝜓 production cross section for Cu+Cu collisions is found to be consistent at high 𝑝𝑇 with the binary collision-scaled cross section for 𝑝+𝑝 collisions. At a confidence level of 97%, this is in contrast to a suppression of 𝐽/𝜓 production observed at lower 𝑝𝑇. Azimuthal correlations of 𝐽/𝜓 with charged hadrons in 𝑝+𝑝 collisions provide an estimate of the contribution of 𝐵-hadron decays to 𝐽/𝜓 production of 13%±5%.
We study the beam-energy and system-size dependence of \phi meson production (using the hadronic decay mode \phi -- K+K-) by comparing the new results from Cu+Cu collisions and previously reported Au+Au collisions at \sqrt{s_NN} = 62.4 and 200 GeV measured in the STAR experiment at RHIC. Data presented are from mid-rapidity (|y|<0.5) for 0.4 < pT < 5 GeV/c. At a given beam energy, the transverse momentum distributions for \phi mesons are observed to be similar in yield and shape for Cu+Cu and Au+Au colliding systems with similar average numbers of participating nucleons. The \phi meson yields in nucleus-nucleus collisions, normalised by the average number of participating nucleons, are found to be enhanced relative to those from p+p collisions with a different trend compared to strange baryons. The enhancement for \phi mesons is observed to be higher at \sqrt{s_NN} = 200 GeV compared to 62.4 GeV. These observations for the produced \phi(s\bar{s}) mesons clearly suggest that, at these collision energies, the source of enhancement of strange hadrons is related to the formation of a dense partonic medium in high energy nucleus-nucleus collisions and cannot be alone due to canonical suppression of their production in smaller systems.