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Der vorliegende Beitrag versucht in Grundzügen zwei große thematische und theoretische Stränge zu bearbeiten, die im Begriff der Positiven Generalprävention miteinander verwoben sind. Der eine Strang kann dabei nicht mehr leisten, als erst einmal eine Ahnung von den Herausforderungen zu vermitteln, die das Völkerstrafrecht und seine Kriminologie an die im nationalen Strafrecht geläufigen Strafzwecke stellt; der andere Strang arbeitet dann ausführlicher kriminologisch, rechts- und normentheoretisch heraus, was das Völkerstrafrecht mit seinem Verfahren und seinen Sanktionen - immer gemessen an seinen eigenen immanenten und teilweise noch impliziten Ansprüchen - an expliziten Rechtswirkungen jedenfalls dann anstreben muss, wenn es, wie das nationalstaatliche Strafrecht auch, ein dezidiert präventiv ausgerichtetes Schuldstrafrecht sein und bleiben möchte. Beide Stränge treffen sich schließlich in der Überlegung, dass das Völkerstrafecht in vielfacher, hier dann auch näher erläuterter Weise eine „neue Form“ von Strafrecht ist, dessen Zweckbestimmung sich zwar der teleologischen Semantik des nationalen Strafrechts bedienen darf, die aber aus der Natur seines Gegenstandes heraus etwas ganz anderes und auch Neues bedeuten muss.
Leukotrienes (LTs) are pro-inflammatory lipid mediators that belong to the group of eicosanoids, which are oxygenated metabolites of one common precursor, the aracidonic acid (AA). This polyunsaturated fatty acid is esterified at the sn-2 position of cellular membrane phospholipids and can be released by cytosolic phospholipase A2 alpha (cPLA2alpha) enzymatic deacylation. AA can be converted into LTs by the catalytic reaction of 5-lipoxygenase (5-LO). Enzymatic activation of cPLA2alpha as well as of 5-LO is regulated by similar determinants. In response to cellular stimuli that elevate the intracellular Ca2+ level and/or activate MAP kinase pathways, cPLA2alpha and 5-LO comigrate from a soluble cell compartment (mainly the cytosol) to the nuclear membrane, where AA is released und converted into LTs. LTs play a significant role in promoting inflammatory reactions and immune processes. They have been shown to be released from leukocytes in response to bacterial and viral infections and substantially contribute to an effective immune reaction for host defense. Innate immune pathogen recognition is mediated to a substantial part by the Toll-like receptor (TLR) family. So far, 10 human TLR subtypes have been identified, all of which detect distinct highly conserved microbial structures and trigger the induction of signaling pathways that lead to the expression of numerous immune and inflammatory genes. TLR signaling culminates in the activation NF-kappaB and/or MAP kinases, which as well are known to be involved in the regulation of cellular LT biosynthesis. In this regard, it seemed conceivable that the release of LTs might be regulated by TLR activation. Present studies were undertaken in order to verify and characterize a possible influence of TLR activation on the LT biosynthesis, and furthermore to identify the involved signaling pathways and underlying mechanisms. First experiments revealed that pre-incubation of differentiated Mono Mac 6 (MM6) cells with a TLR4 ligand, a TLR5 ligand, as well as with different TLR2 ligands led to an about 2-fold enhancement of Ca2+ ionophore induced LT biosynthesis. Ligands of other TLR subtypes did not show any influence. These observations could also be confirmed in primary human monocytes stimulated with ionophore or fMLP. With focus on TLR2 ligands, further studies were carried out to characterize the observed enhancement of LT biosynthesis in MM6 cells. It was demonstrated that the extent of LT formation was dependent on the ligand concentration used, but was also dependent on the duration of pre-incubation. Ligand pre-incubation of 15 minutes was optimal to maximally enhance LT formation and further prolongation of pre-incubation decreased LT formation again. Moreover, simultaneous addition of TLR2 ligands with ionophore did also not enhance LT formation. These results indicated that TLR2 ligands seemed to prime human monocytes for an enhanced response upon ionophore stimulation, but did not act as costimuli, which per se were not capable of directly stimulating the biosynthesis of LTs. To analyze the underlying mechanism, the impact of TLR2 ligands on the two key enzymes of the LT biosynthesis pathway, cPLA2alpha and 5-LO, was investigated. In this regard, 5-LO could not been shown to be positively regulated by TLR ligand priming. Neither a direct stimulation, nor an enhancement of 5-LO activity by TLR ligands was detectable in MM6 cells. Similarly, TLR2 ligands did also not enhance ionophore induced 5-LO translocation to the nuclear membrane. However, it was shown that TLR2 ligands enhanced ionophore induced release of AA in MM6 cells, which occurred with a similar time course as LT formation, displaying a maximum at 10 minutes of pre-incubation. A direct stimulation of AA release, however, could not been detected. Inhibitor studies revealed cPLA2alpha to be essential for AA release in TLR2 ligand primed, ionophore stimulated MM6 cells, but also sPLA2 was found to be involved. However, the priming effect of TLR2 ligands was mediated exclusively by cPLA2alpha. Western Blot analyses revealed that p38 MAP kinase, as well as ERK1/2, are activated in MM6 cells in response to TLR2 ligands, and also Ser-505 phosphorylation of cPLA2alpha was detected, which is known to be mediated by MAP kinases and to increase cPLA2alpha activity in vitro. Maximal cPLA2alpha phosphorylation occurred after 5-10 minutes of TLR2 ligand incubation, slightly preceding maximal AA release at 10 minutes and maximal LT formation at 15 minutes of priming. The combined use of a specific p38 MAPK inhibitor with an inhibitor of the ERK1/2 signaling pathway resulted in a complete prevention of cPLA2alpha phosphorylation and TLR2 ligand mediated enhancement of AA release. Thus, both MAPK pathways seem to play a role for TLR2 ligand mediated priming effects on the release of AA. An impact of other kinases such as Mnk-1 and CamKII, which can also regulate cPLA2alpha by phosphorylation, was excluded. Finally, an anti-hTLR2 antibody significantly reduced enhanced AA release, confirming the priming effects to be dependent on TLR2 activation. In summary, it was concluded that the increase of LT biosynthesis by TLR2 ligand priming is considerably due to an enhanced cellular AA supply, which arises from a MAPK mediated phosphorylation and up-regulation of cPLA2alpha. TLR dependent enhancement of LT biosynthesis represents an interesting link between activation of innate immune receptors and the rapid formation of pro-inflammatory lipid mediators. On the one hand, this support the role of LTs in host defence and infectious diseases, but may also be relevant in pathophysiological processes, which involve TLRs as well as LTs, as it has been shown for the pathogenesis of atherosclerosis or allergic diseases.
Der Fokus der Dissertation liegt auf der Betrachtung von Items zur Messung von fremdsprachlichem Leseverständnis in verschiedenen europäischen Ländern. Insbesondere wird der Einfluss unterschiedlicher Testkulturen auf die internationale Vergleichbarkeit und Validität dieser Items analysiert. Haupthypothese der Arbeit ist, dass sich Differentielle Item Funktionen (DIF, z.B. Holland & Wainer, 1993), eine durch Gruppenzugehörigkeit verursachte Varianz der Itemschwierigkeit, durch unterschiedliche Profile von Stärken und Schwächen von Gruppen im Hinblick auf sprachliche Teilaspekte vorhersagen lassen sollten. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass in unterschiedlichen Bildungskulturen unterschiedliche Schwerpunkte bezüglich der unterrichteten sprachlichen Teilaspekte existieren. Ferner wird angenommen, dass sich dies auf den in einem Land konstruierten Testitems abbilden sollte, indem bestimmte schwierigkeitsbestimmende Charakteristika eines Items (z.B. Schwierigkeit von Vokabular/ Grammatik) mehr oder weniger häufig bei der Itemkonstruktion verwendet wurden. Signifikante Unterschiede dahingehend bei in unterschiedlichen Ländern konstruierten Items sollte demzufolge auf unterschiedliche testkulturelle Profile von Ländern hinweisen. Die Hauptfragestellung der Arbeit lautet: „Existiert ein Zusammenhang zwischen Differentiellen Item Funktionen und Indikatoren nationaler Testkulturen bei Aufgaben zur Messung des fremdsprachlichen Leseverständnissen in englischer und deutscher Sprache?“ Die Analysen wurden am Datensatz der europäischen EBAFLS-Studie (European Bank of Anchor Items for Foreign Language Skills; Fandel et al., 2007) durchgeführt. Im Rahmen der Studie wurden Daten an ca. 10.500 Schülern der 9.-11. Klasse in acht europäischen Ländern in den Sprachen Englisch, Deutsch und Französisch erhoben; die verwendeten Testitems stammten aus den verschiedenen Teilnehmerländern. Experten ordneten die Items hinsichtlich der verschiedenen Itemcharakteristika mit Hilfe des Kategorisierungsinstruments „Dutch Grid“ (Alderson et al., 2006) ein. Für diese Dissertation wurden die EBAFLS Items und Datensätze zur Messung des fremdsprachlichen Leseverständnissen für Englisch (Länder: Frankreich, Deutschland, Spanien, Ungarn) und Deutsch (Länder: Frankreich, Niederlande, Ungarn, Schweden) verwendet. In einem ersten Auswertungsschritt wurden zunächst für die Analysen notwendige Voraussetzungen überprüft: die Rasch-Skalierbarkeit der Items innerhalb der Länder, die Anzahl signifikanter DIF-Parameter zwischen den einzelnen Länderpaarungen, sowie das Vorhandensein unterschiedlicher testkultureller Profile der Teilnehmerländer im Sinne unterschiedlich häufig vorkommender Itemcharakteristika bei den in den unterschiedlichen Ländern konstruierten Items. Es zeigte sich, dass diese Voraussetzungen als gegeben angesehen werden konnten. Des Weiteren wurden anhand der unterschiedlichen testkulturellen Profile Hypothesen hinsichtlich der zu erwartenden Stärken und Schwächen der einzelnen Länder im Hinblick auf Items mit bestimmten kognitiv-linguistischen Charakteristika formuliert. Im zweiten Analyseschritt zeigten sich innerhalb aller Länder korrelative Zusammenhänge zwischen den ausgewählten Itemcharakteristika und der Itemschwierigkeit. Somit konnten die Itemcharakteristika auch für weitere Analysen, d.h. zur Erklärung von Unterschieden der Itemschwierigkeiten zwischen den Ländern, verwendet werden. Im dritten Auswertungsschritt wurden zunächst paarweise DIF-Parameter (zw. jeweils 2 Ländern) berechnet. Zur Analyse von Zusammenhängen zwischen DIF und den Itemcharakteristika wurden dann die Itemcharakteristika mit den DIF-Parametern korreliert sowie im Rahmen einer multiplen Regression als Prädiktoren für DIF eingesetzt. Die Korrelationen lagen zwischen r = -.47 und r = .47. Dabei bedeutet eine negativer Zusammenhang, dass dieses Item aus Sicht der Fokusgruppe eine im Vergleich zur Referenzgruppe niedrigere Itemschwierigkeit aufweist, und somit ein Zusammenhang zwischen einem Itemmerkmal und für diese Gruppe vorteilhaften DIF besteht, bzw. umgekehrt. In einem letzten Schritt wurde überprüft, inwieweit die Richtung der gefundenen Zusammenhänge mit den testkulturellen Profilen einhergeht. Kommt ein Itemmerkmal bei den Items der Fokusgruppe signifikant häufiger vor als beiden Items der Referenzgruppe, sollte dies mit einem negativen, d.h. vorteilhaften, Zusammenhang zwischen diesem Itemmerkmal und DIF einhergehen und umgekehrt. Es zeigte sich, dass 23 von 29 (Englisch) bzw. 25 von 34 (Deutsch) signifikanten Korrelationen ihrer Richtung nach den aufgrund der Testkultur aufgestellten Hypothesen entsprachen. Ferner konnte zwischen 21% und 49% der DIF-Varianz anhand von Prädiktoren erklärt werden, die ihrer Richtung nach den aufgrund der testkulturellen Profile gemachten Annahmen entsprachen. Die Hauptannahme, dass ein Zusammenhang zwischen Differentiellen Item Funktionen und Testkulturen existiert, konnte somit insgesamt beibehalten werden.
Genes coding for membrane proteins make up 25%-30% of the genome in most organisms. Membrane proteins play an important role in cell functioning and their importance is enhanced by the fact that a large number of drugs are targeted at membrane proteins. Paradoxically, experimentally determined structures of membrane protein correspond to only about 1.7% of protein structures deposited in the protein data bank (PDB). This is largely due to the fact that membrane proteins are difficult to deal with owing to their amphipathic nature. The low abundance of membrane proteins in native tissue makes heterologous overexpression of these genes a necessity. This thesis work aimed at heterologous production of several secondary active transporter proteins for structural and functional characterizations and establishing alternative strategies to overcome the obstacles associated with heterologous overproduction. Four members of the heavy metal transporting cation diffusion facilitator (CDF) family from S. typhimurium and A. aeolicus were heterologously overproduced in E. coli and functionally characterized by an in vivo complementation assay using the zinc transport deficient E. coli GG48 strain. Out of these four, Aq_2073 from A. aeolicus was produced in large scale with substantial yield and purity sufficient to carry out structural studies. After extensive stability studies with different detergents, pHs and temperatures, the protein was subjected to 3D and 2D crystallization trials. Several C- terminal truncated constructs were made and the simultaneous crystallization screenings were carried out. These resulted in initial needle like crystals in 3D crystallization trials or optimum sized vesicles with crystalline patches in 2D crystallization trials but no obvious crystal. The protein showed significant increase in melting temperature in the presence of cadmium, when tested by differential scanning calorimetry. Another transporter, STM3880 of the potassium uptake permease (KUP) family from S. typhimurium, was heterologously overproduced in E. coli, purified by affinity chromatography, reconstituted into artificial liposome and functionally characterized by solid supported membrane based electrophysiology. In order to establish alternative expression strategies, continuous exchange cell free expression (CECF) of proteins from four different families was carried out. This method found to be aptly complementing the cell-based production approach. Targets from resistance to homoserine/threonine (RhtB) family not expressing in vivo could be expressed and purified using CECF. STM1781 of the sulfate permease (SulP) family was expressed, purified and characterized for stability while the cell-based production resulted in extensive degradation. PF0780 of multidrug/oligosaccharidyllipid/polysaccharide flippase (MOP) family was also purified to homogeneity and the stability was comparable to in vivo produced protein. Moreover, the effect of maltose binding protein (MBP) fusion at N-terminus on production and membrane integration was tested with three selected targets. The analysis revealed decreased yields in the presence of MBP if the protein had both termini in the cytoplasm. This work succeed in heterologously overproducing and establishing purification protocols for several secondary active transporters aiming at structural and functional characterization in a structural genomics framework. It also showed that integration of alternative strategies, like employing both cell-based and cell-free heterologous expression systems, expands the overall expression space coverage and in turn increases the chance of success of a structural genomics styled project.
In dieser Arbeit wird die Verteilung von zeitlich abhängigen Tasks in einem verteilten System unter den Gesichtspunkten des Organic Computing untersucht. Sie leistet Beiträge zur Theorie des Schedulings und zur selbstorganisierenden Verteilung solcher abhängiger Tasks unter Echtzeitbedingungen. Die Arbeit ist in zwei Teile gegliedert: Im ersten Teil werden Tasks als sogenannte Pfade modelliert, welche aus einer festen Folge von Aufträgen bestehen. Dabei muss ein Pfad ununterbrechbar auf einer Ressource ausgeführt werden und die Reihenfolge seiner Aufträge muss eingehalten werden. Natürlich kann es auch zeitliche Abhängigkeiten zwischen Aufträgen verschiedener Pfade geben. Daraus resultiert die Frage, ob ein gegebenes System S von Pfaden mit seinen Abhängigkeiten überhaupt ausführbar ist: Dies ist genau dann der Fall wenn die aus den Abhängigkeiten zwischen den Aufträgen resultierende Relation <A irreflexiv ist. Weiterhin muss für ein ausführbares System von Pfaden geklärt werden, wie ein konkreter Ausführungsplan aussieht. Zu diesem Zweck wird eine weitere Relation < auf den Pfaden eingeführt. Falls < auf ihnen irreflexiv ist, so kann man eine Totalordnung auf ihnen erzeugen und erhält somit einen Ausführungsplan. Anderenfalls existieren Zyklen von Pfaden bezüglich der Relation <. In der Arbeit wird weiterhin untersucht, wie man diese isoliert und auf einem transformierten Pfadsystem eine Totalordnung und damit einen Ausführungsplan erstellt. Die Größe der Zyklen von Pfaden bezüglich < ist der wichtigste Parameter für die Anzahl der Ressourcen, die für die Ausführung eines Systems benötigt werden. Deshalb wird in der Arbeit ebenfalls ausführlich untersucht, ob und wie man Zyklen anordnen kann, um die Ressourcenzahl zu verkleinern und somit den Ressourcenaufwand zu optimieren. Dabei werden zwei Ideen verfolgt: Erstens kann eine Bibliothek erstellt werden, in der generische Zyklen zusammen mit ihren Optimierungen vorliegen. Die zweite Idee greift, wenn in der Bibliothek keine passenden Einträge gefunden werden können: Hier erfolgt eine zufällige oder auf einer Heuristik basierende Anordnung mit dem Ziel, den Ressourcenaufwand zu optimieren. Basierend auf den theoretischen Betrachtungen werden Algorithmen entwickelt und es werden Zeitschranken für ihre Ausführung angegeben. Da auch die Ausführungszeit eines Pfadsystems wichtig ist, werden zwei Rekursionen angegeben und untersucht. Diese schätzen die Gesamtausführungszeit unter der Bedingung ab, dass keine Störungen an den Ressourcen auftreten können. Die Verteilung der Pfade auf Ressourcen wird im zweiten Teil der Arbeit untersucht. Zunächst wird ein künstliches Hormonsystems (KHS) vorgestellt, welches eine Verteilung unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Organic Computing leistet. Es werden zwei Alternativen untersucht: Im ersten Ansatz, dem einstufigen KHS, werden die Pfade eines Systems direkt durch das KHS auf die Ressourcen zu Ausführung verteilt. Zusätzlich werden Mechanismen zur Begrenzung der Übernahmehäufigkeit der Pfade auf den Ressourcen und ein Terminierungs-mechanismus entwickelt. Im zweiten Ansatz, dem zweistufigen KHS, werden durch das KHS zunächst Ressourcen exklusiv für Klassen von Pfaden reserviert. Dann werden die Pfade des Systems auf genau den reservierten Ressourcen vergeben, so dass eine Ausführung ohne Wechselwirkung zwischen Pfaden verschiedener Klassen ermöglicht wird. Auch hierfür werden Methoden zur Beschränkung der Übernahmehäufigkeiten und Terminierung geschaffen. Für die Verteilung und Terminierung von Pfaden durch das einstufige oder zweistufige KHS können Zeitschranken angegeben werden, so dass auch harte Echtzeitschranken eingehalten werden können. Zum Schluss werden beide Ansätze mit verschiedenen Benchmarks evaluiert und ihre Leistungsfähigkeit demonstriert. Es zeigt sich, dass der erste Ansatz für einen Nutzer einfacher zu handhaben ist, da die benötigten Parameter sehr leicht berechnet werden können. Der zweite Ansatz ist sehr gut geeignet, wenn eine geringe Anzahl von Ressourcen vorhanden ist und die Pfade verschiedener Klassen möglichst unabhängig voneinander laufen sollen. Fazit: Durch die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse ist jetzt möglich, mit echtzeitfähigen Algorithmen die Ausführbarkeit von zeitlich abhängigen Tasks zu untersuchen und den Ressourcenaufwand für ihre Ausführung zu optimieren. Weiterhin werden zwei verschiedene Ansätze eines künstlichen Hormonsystems zur Allokation solcher Tasks in einem verteilten System bereit gestellt, die ihre Stärken unter jeweils verschiedenen Randbedingungen voll entfalten und somit ein breites Anwendungsfeld abdecken. Für den Rechenzeitaufwand beider Ansätze können Schranken angegeben werden, was sie für den Einsatz in Echtzeitsystemen qualifiziert.
This dissertation consists of three essays, which study the relation between stock prices and the macroeconomy using vector autoregressions (VARs). The first essay focuses on the link between stock prices and the current account. I find that stock markets provide a channel, in addition to the traditional exchange rate channel, through which external balance for a country with a current account imbalance can be restored. The second essay explores the transmission of U.S. stock price shocks to real activity and prices in G-7 countries. I achieve identification by imposing a small number of sign restrictions on impulse responses, while controlling for monetary policy, business cycle and government spending shocks. The results suggest that stock price movements are important for fluctuations in G-7 real activity and prices, but do not qualify as demand side business cycle shocks. The third essay investigates the impact of monetary and technology shocks on the stock market. I find an important role for technology shocks, but not monetary shocks, in explaining variations in real stock prices. The identification method is flexible enough to study the effects of technology news shocks. The responses are consistent with the idea that news on technology improvements have an immediate impact on stock prices.
Plasticity supports the remarkable adaptability and robustness of cortical processing. It allows the brain to learn and remember patterns in the sensory world, to refine motor control, to predict and obtain reward, or to recover function after injury. Behind this great flexibility hide a range of plasticity mechanisms, affecting different aspects of neuronal communication. However, little is known about the precise computational roles of some of these mechanisms. Here, we show that the interaction between spike-timing dependent plasticity (STDP), intrinsic plasticity and synaptic scaling enables neurons to learn efficient representations of their inputs. In the context of reward-dependent learning, the same mechanisms allow a neural network to solve a working memory task. Moreover, although we make no any apriori assumptions on the encoding used for representing inputs, the network activity resembles that of brain regions known to be associated with working memory, suggesting that reward-dependent learning may be a central force in working memory development. Lastly, we investigated some of the clinical implications of synaptic scaling and showed that, paradoxically, there are situations in which the very mechanisms that normally are required to preserve the balance of the system, may act as a destabilizing factor and lead to seizures. Our model offers a novel explanation for the increased incidence of seizures following chronic inflammation.
Die Entwicklung des Verständnisses von globaler Ordnung ist eng mit der Etablierung dessen verbunden, was in den Internationalen Beziehungen gemeinhin als „Westfälisches Staatensystem“ bezeichnet wird. Der Abschluss der Westfälischen Friedensverträge im Jahr 1648, die den Beginn einer auf rechtlicher Gleichheit und Selbstbestimmung basierenden internationalen Ordnung in Europa markieren sollen, wird dabei häufig auch als ein zentraler Meilenstein in der Entstehung der spezifischen politischen Praxis „Außenpolitik“ verstanden. Deren konstitutives Merkmal wird insbesondere im Konzept der „Souveränität“ verortet, eine befähigende Eigenschaft politischer Akteure, frei von Fremdeinfluss in einem größeren Kontext unter Herstellung von Innen-/Außen-Grenzen handeln zu können. Somit ist dieser Begriff einer der Grundprämissen, die in der Vorstellung eines „internationalen Systems“ zum Ausdruck kommt, in dem „souveräne“ Akteure in Beziehungen zu anderen „souveränen“ Akteuren treten – also „Außenpolitik“ betreiben. Nun ist die Denkfigur des Westfälischen Staatensystems bereits aus mehreren disziplinären Perspektiven heraus kritisiert worden, dennoch scheint die Vorstellung eines Systems souveräner Nationalstaaten beachtliche Standfestigkeit zu beweisen. Das Westfälische Staatenmodell – mit seinem „master concept“ Souveränität - verbindet das Konzept von politischer Autorität mit Territorialität und Gruppe und stellt somit ein einschlägiges wie analytisch handliches Ordnungsprinzip internationaler Beziehungen bereit. Oder in Stephen Krasners Worten: „it orders the minds of the policy-makers“.
The physical and functional borders of transit peptide-like sequences in secondary endosymbionts
(2010)
Background: Plastids rely on protein supply by their host cells. In plastids surrounded by two membranes (primary plastids) targeting of these proteins is facilitated by an N-terminal targeting signal, the transit peptide. In secondary plastids (surrounded by three or four membranes), transit peptide-like regions are an essential part of a bipartite topogenic signal sequence (BTS), and generally found adjacent to a N-terminally located signal peptide of the plastid pre-proteins. As in primary plastids, for which no wealth of functional information about transit peptide features exists, the transit peptide-like regions used for import into secondary ones show some common features only, which are also poorly characterised. Results: We modified the BTS (in the transit peptide-like region) of the plastid precursor fucoxanthin-chlorophyll a/c binding protein D (FcpD) fused to GFP as model substrate for the characterisation of pre-protein import into the secondary plastids of diatoms. Thereby we show that (i) pre-protein import is highly charge dependent. Positive net charge is necessary for transport across the plastid envelope, but not across the periplastid membrane. Acidic net charge perturbs pre-protein import within the ER. Moreover, we show that (ii) the mature domain of the pre-protein can provide intrinsic transit peptide functions. Conclusions: Our results indicate important characteristics of targeting signals of proteins imported into secondary plastids surrounded by four membranes. In addition, we show a self-targeting mechanism, in which the mature protein domain contributes to the transit peptide function. Thus, this phenomenon lowers the demand for pre-sequences evolved during the course of endosymbiosis.
Within the visual cortex, it has been proposed that interhemispheric interactions serve to re-establish the continuity of the visual field across its vertical meridian (VM) by mechanisms similar to those used by intrinsic connections within a hemisphere. However, other specific functions of transcallosal projections have also been proposed, including contributing to disparity tuning and depth perception. Here, we consider whether interhemispheric connections modulate specific response properties, orientation and direction selectivity, of neurons in areas 17 and 18 of the ferret by combining reversible thermal deactivation in one hemisphere with optical imaging of intrinsic signals and single-cell electrophysiology in the other hemisphere. We found interhemispheric influences on both the strength and specificity of the responses to stimulus orientation and direction of motion, predominantly at the VM. However, neurons and domains preferring cardinal contours, in particular vertical contours, seem to receive stronger interhemispheric input than others. This finding is compatible with interhemispheric connections being involved in horizontal disparity tuning. In conclusion, our results support the view that interhemispheric interactions mainly perform integrative functions similar to those of connections intrinsic to one hemisphere. Key words: cooling deactivation , corpus callosum , ferret , optical imaging , orientation selectivity
Background: A number of the deeper divergences in the placental mammal tree are still inconclusively resolved despite extensive phylogenomic analyses. A recent analysis of 200 kbp of protein coding sequences yielded only limited support for the relationships among Laurasiatheria (cow, dog, bat and shrew), probably because the divergences occurred only within a few million years from each other. It is generally expected that increasing the amount of data and improving the taxon sampling enhance the resolution of narrow divergences. Therefore these and other difficult splits were examined by phylogenomic analysis of the hitherto largest sequence alignment. The increasingly complete genome data of placental mammals also allowed developing a novel and stringent data search method. Results: The rigorous data handling, recursive BLAST, successfully removed the sequences from gene families, including those from well-known families hemoglobin, olfactory, myosin and HOX genes, thus avoiding alignment of possibly paralogous sequences. The current phylogenomic analysis of 3,012 genes (2,844,615 nucleotides) from a total of 22 species yielded statistically significant support for most relationships. While some major clades were confirmed using genomic sequence data, the placement of the treeshrew, bat and the relationship between Boreoeutheria, Xenarthra and Afrotheria remained problematic to resolve despite the size of the alignment. Phylogenomic analysis of divergence times dated the basal placental mammal splits at 95–100 million years ago. Many of the following divergences occurred only a few (2–4) million years later. Relationships with narrow divergence time intervals received unexpectedly limited support even from the phylogenomic analyses. Conclusion: The narrow temporal window within which some placental divergences took place suggests that inconsistencies and limited resolution of the mammalian tree may have their natural explanation in speciation processes such as lineage sorting, introgression from species hybridization or hybrid speciation. These processes obscure phylogenetic analysis, making some parts of the tree difficult to resolve even with genome data.
It has often been proposed that regions of the human parietal and/or frontal lobe may modulate activity in visual cortex, for example, during selective attention or saccade preparation. However, direct evidence for such causal claims is largely missing in human studies, and it remains unclear to what degree the putative roles of parietal and frontal regions in modulating visual cortex may differ. Here we used transcranial magnetic stimulation (TMS) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) concurrently, to show that stimulating right human intraparietal sulcus (IPS, at a site previously implicated in attention) elicits a pattern of activity changes in visual cortex that strongly depends on current visual context. Increased intensity of IPS TMS affected the blood oxygen level–dependent (BOLD) signal in V5/MT+ only when moving stimuli were present to drive this visual region, whereas TMS-elicited BOLD signal changes were observed in areas V1–V4 only during the absence of visual input. These influences of IPS TMS upon remote visual cortex differed significantly from corresponding effects of frontal (eye field) TMS, in terms of how they related to current visual input and their spatial topography for retinotopic areas V1–V4. Our results show directly that parietal and frontal regions can indeed have distinct patterns of causal influence upon functional activity in human visual cortex. Key words: attention, frontal cortex, functional magnetic resonance imaging, parietal cortex, top--down, transcranial magnetic stimulation
Studying the role of human parietal cortex in visuospatial attention with concurrent TMS-fMRI
(2010)
Combining transcranial magnetic stimulation (TMS) with concurrent functional magnetic resonance imaging (fMRI) allows study of how local brain stimulation may causally affect activity in remote brain regions. Here, we applied bursts of high- or low-intensity TMS over right posterior parietal cortex, during a task requiring sustained covert visuospatial attention to either the left or right hemifield, or in a neutral control condition, while recording blood oxygenation-level–dependent signal with a posterior MR surface coil. As expected, the active attention conditions activated components of the well-described “attention network,” as compared with the neutral baseline. Also as expected, when comparing left minus right attention, or vice versa, contralateral occipital visual cortex was activated. The critical new finding was that the impact of high- minus low-intensity parietal TMS upon these visual regions depended on the currently attended side. High- minus low-intensity parietal TMS increased the difference between contralateral versus ipsilateral attention in right extrastriate visual cortex. A related albeit less pronounced pattern was found for left extrastriate visual cortex. Our results confirm that right human parietal cortex can exert attention-dependent influences on occipital visual cortex and provide a proof of concept for the use of concurrent TMS–fMRI in studying how remote influences can vary in a purely top–down manner with attentional demands. Key words: concurrent TMS--fMRI, posterior parietal cortex, statedependence, visuospatial attention
Gamma synchronization has generally been associated with grouping processes in the visual system. Here, we examine in monkey V1 whether gamma oscillations play a functional role in segmenting surfaces of plaid stimuli. Local field potentials (LFPs) and spiking activity were recorded simultaneously from multiple sites in the opercular and calcarine regions while the monkeys were presented with sequences of single and superimposed components of plaid stimuli. In accord with the previous studies, responses to the single components (gratings) exhibited strong and sustained gamma-band oscillations (30–65 Hz). The superposition of the second component, however, led to profound changes in the temporal structure of the responses, characterized by a drastic reduction of gamma oscillations in the spiking activity and systematic shifts to higher frequencies in the LFP (~10% increase). Comparisons between cerebral hemispheres and across monkeys revealed robust subject-specific spectral signatures. A possible interpretation of our results may be that single gratings induce strong cooperative interactions among populations of cells that share similar response properties, whereas plaids lead to competition. Overall, our results suggest that the functional architecture of the cortex is a major determinant of the neuronal synchronization dynamics in V1. Key words: attention , gamma , gratings , oscillation , visual cortex
Understanding how temperature affects cod (Gadus morhua) ecology is important for forecasting how populations will develop as climate changes in future. The effects of spawning-season temperature and habitat size on cod recruitment dynamics have been investigated across the North Atlantic. Ricker and Beverton and Holt stock–recruitment (SR) models were extended by applying hierarchical methods, mixed-effects models, and Bayesian inference to incorporate the influence of these ecosystem factors on model parameters representing cod maximum reproductive rate and carrying capacity. We identified the pattern of temperature effects on cod productivity at the species level and estimated SR model parameters with increased precision. Temperature impacts vary geographically, being positive in areas where temperatures are <5°C, and negative for higher temperatures. Using the relationship derived, it is possible to predict expected changes in population-specific reproductive rates and carrying capacities resulting from temperature increases. Further, carrying capacity covaries with available habitat size, explaining at least half its variability across stocks. These patterns improve our understanding of environmental impacts on key population parameters, which is required for an ecosystem approach to cod management, particularly under ocean-warming scenarios. Key words: carrying capacity , cod , hierarchical models , North Atlantic , temperature , uncertainty
The massive amount of genomic sequence data that is now available for analyzing evolutionary relationships among 31 placental mammals reduces the stochastic error in phylogenetic analyses to virtually zero. One would expect that this would make it possible to finally resolve controversial branches in the placental mammalian tree. We analyzed a 2,863,797 nucleotide-long alignment (3,364 genes) from 31 placental mammals for reconstructing their evolution. Most placental mammalian relationships were resolved, and a consensus of their evolution is emerging. However, certain branches remain difficult or virtually impossible to resolve. These branches are characterized by short divergence times in the order of 1-4 million years. Computer simulations based on parameters from the real data show that as little as about 12,500 amino acid sites could be sufficient to confidently resolve short branches as old as about 90 million years ago. Thus, the amount of sequence data should no longer be a limiting factor in resolving the relationships among placental mammals. The timing of the early radiation of placental mammals coincides with a period of climate warming some 100 - 80 million years ago and with continental fragmentation. These global processes may have triggered the rapid diversification of placental mammals. However, the rapid radiations of certain mammalian groups complicate phylogenetic analyses, possibly due to incomplete lineage sorting and introgression. These speciation-related processes led to a mosaic genome and conflicting phylogenetic signals. Split network methods are ideal for visualizing these problematic branches and can therefore depict data conflict and possibly the true evolutionary history better than strictly bifurcating trees. Given the timing of tectonics, of placental mammalian divergences, and the fossil record, a Laurasian rather than Gondwanan origin of placental mammals seems the most parsimonious explanation. Key words: continental drift , Cretaceous warming , genome analysis , hybridization , phylogenomics , split decomposition
We examined the neural signatures of stimulus features in visual working memory (WM) by integrating functional magnetic resonance imaging (fMRI) and event-related potential data recorded during mental manipulation of colors, rotation angles, and color–angle conjunctions. The N200, negative slow wave, and P3b were modulated by the information content of WM, and an fMRI-constrained source model revealed a progression in neural activity from posterior visual areas to higher order areas in the ventral and dorsal processing streams. Color processing was associated with activity in inferior frontal gyrus during encoding and retrieval, whereas angle processing involved right parietal regions during the delay interval. WM for color–angle conjunctions did not involve any additional neural processes. The finding that different patterns of brain activity underlie WM for color and spatial information is consistent with ideas that the ventral/dorsal “what/where” segregation of perceptual processing influences WM organization. The absence of characteristic signatures of conjunction-related brain activity, which was generally intermediate between the 2 single conditions, suggests that conjunction judgments are based on the coordinated activity of these 2 streams. Keywords: EEG, fMRI, source analysis, visual, working memory
Fucoxanthin chlorophyll proteins (Fcps), the light-harvesting antennas of heterokont algae, are encoded by a multigene family and are highly similar with respect to their molecular masses as well as to their pigmentation, making it difficult to purify single Fcps. In this study, a hexa-histidine tag was genetically added to the C-terminus of the FcpA protein of the pennate diatom Phaeodactylum tricornutum. A transgenic strain expressing the recombinant His-tagged FcpA protein in addition to the endogenous wild type Fcps was created. This strategy allowed, for the first time, the purification of a specific, stable trimeric Fcp complex. In addition, a pool of various trimeric Fcps was also purified from the wild-type cells using sucrose density gradient ultracentrifugation and gel filtration. In both the His-tagged and the wild-type Fcps, excitation energy coupling between fucoxanthin and chlorophyll a was intact and the existence of a chlorophyll a/fucoxanthin excitonic dimer was demonstrated using circular dichroism spectroscopy. Mass spectrometric analyses of the trimeric His-tagged complex indicated that it is composed of FcpA and FcpE polypeptides. It is confirmed here that a trimer is the basic organizational unit of Fcps in P. tricornutum. From circular dichroism spectra, it is proposed that the organization of the pigments on the polypeptide backbone of Fcps is a conserved feature in the case of chlorophyll a/c containing algae.
I-kappaB-Kinase epsilon - ein neues Zielprotein für die Pharmakotherapie bei Schmerz und Entzündung?
(2010)
Der Transkriptionsfaktor NF-kappaB spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation von Immunantworten, Apoptose und Entzündungen sowie bei der Entstehung und Verarbeitung von Schmerzen. Ein pharmakologischer Eingriff in die NF-kappaB-Aktivierungskaskade könnte daher eine Schmerzhemmung bewirken und so Ansätze für die Entwicklung neuer Therapien für pathophysiologische Schmerzen liefern. Die NF-kappaB-Signalübertragungskaskade bietet verschiedene Angriffspunkte für Pharmaka, wobei zurzeit IkappaB Kinasen (IKK) als hoffnungsvolle Zielmoleküle im Fokus der Untersuchungen stehen. Verschiedene IKKs regulieren die Aktivität von NF-kappaB über die Phosphorylierung des inhibitorischen Proteins IkappaB oder über die direkte Phosphorylierung von NF-kappaB. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle der neu entdeckten IKK epsilon bei der Schmerzentstehung und -verarbeitung sowie deren Eignung als neues Zielmolekül für die Schmerztherapie näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass IKK epsilon konstitutiv in Geweben der Maus, welche an der Entstehung und Verarbeitung von Schmerzen beteiligt sind, exprimiert ist. Im Rückenmark konnte die Lokalisation von IKK epsilon in den schmerzrelevanten Laminae I und II des Dorsalhorns nachgewiesen werden und auch in den Hinterwurzelganglien (Dorsal Root Ganglia (DRG’s)) war IKK epsilon in kleinen, nozizeptiven Neuronen exprimiert. Nach peripherer entzündlich-nozizeptiver Stimulation mit Formalin oder Zymosan kam es im Lumbalmark und den DRG’s zu einem signifikanten Anstieg der IKK epsilon-Expression sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene. Diese Beobachtungen machten eine Beteiligung von IKK epsilon an der Prozessierung von Schmerz sehr wahrscheinlich. Um die Rolle von IKK epsilon während der Schmerzentstehung und -verarbeitung besser beurteilen zu können wurde das Verhalten von IKK epsilon defizienten Mäusen in akuten und inflammatorischen Schmerzmodellen charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass der Knockout von IKK epsilon zu einem signifikant verringerten nozizeptiven Verhalten im Formalintest und einer Hemmung der mechanischen Hyperalgesie nach Zymosaninjektion im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen führte. Gleichzeitig konnte kein Unterschied im akut nozizeptiven Verhalten festgestellt werden. Der Knockout von IKK epsilon hatte demnach keine Auswirkung auf den akuten physiologischen Nozizeptorschmerz, zeigte jedoch eine Verbesserung bei pathophysiologischen Schmerzen. Das verringerte nozizeptive Verhalten der IKK epsilon defizienten Mäuse im Formalintest ging mit einer Hemmung der NF-kappaB-Aktivierung im Rückenmark einher. Auch konnte eine verringerte mRNA-Expression der NF-kappaB-abhängigen Gene Cyclooxygenase-2 (COX-2), Matrixmetalloprotease-9 (MMP-9) und induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS), die an der Regulation von Entzündungsschmerzen beteiligt sind, im Rückenmark und den DRG’s nachgewiesen werden. Da IKK epsilon bisher hauptsächlich mit der Aktivierung des TypI Interferon-Signalweges in Zusammenhang gebracht wurde, wurde außerdem geprüft, ob es nach Injektion mit Formalin zu einer Aktivierung des Trankriptionsfaktors Interferon-regulierender Faktor (IRF)-3 in Wildtyp-Mäusen kommt, was nicht beobachtet werden konnte. Der Knockout von IKK epsilon scheint demnach seine antinozizeptive Wirkung direkt über eine fehlende Aktivierung von NF-kappaB zu entfalten, wonach IKK epsilon eine bedeutendere Rolle als bisher angenommen bei der Aktivierung von NF-kappaB spielt. Dies konnte durch in vitro Daten untermauert werden. Der Knockdown von IKK epsilon in Makrophagen-Zellkultur mit spezifischer siRNA verhinderte die Phosphorylierung von NF-kappaBp65 am Serinrest 536 nach Stimulation mit LPS. Anhand der vorliegenden Daten lässt sich also schlussfolgern, dass IKK epsilon an der Schmerzentstehung und verarbeitung bei Entzündungen beteiligt zu sein scheint. Eine Hemmung dieser Kinase könnte demnach ein neues, lohnendes Ziel für die Entwicklung neuer Medikamente für die Schmerztherapie sein.