Universitätspublikationen
Refine
Year of publication
- 2014 (167) (remove)
Document Type
- Doctoral Thesis (167) (remove)
Has Fulltext
- yes (167)
Is part of the Bibliography
- no (167)
Keywords
- Allergie (2)
- Beschleuniger (2)
- Nukleosynthese (2)
- Pierre Bourdieu (2)
- Radio Frequenz Quadrupol (2)
- 1,4-dioxane (1)
- ADHD (1)
- Ageing (1)
- Altgermanistik (1)
- Arthur Schnitzler (1)
Institute
- Physik (28)
- Biochemie und Chemie (25)
- Biowissenschaften (16)
- Medizin (15)
- Pharmazie (15)
- Geowissenschaften (9)
- Informatik (9)
- Neuere Philologien (8)
- Sportwissenschaften (7)
- Kulturwissenschaften (5)
Der Entwicklung eines Instrumentes, eines standardisierten schriftlichen Intensiv-Interviews zur Messung von Einstellungen zu Recht und Gesetz, werden in Teil A der Arbeit theoretische Überlegungen vorangestellt. Der in der Rechtswissenschaft zentrale und umstrittene Begriff „Recht“ wird nur in seiner aktuellen und allgemeinen Bedeutung aufgenommen, in einer allgemeinen Bedeutung wie sie von Laien erfasst wird. Der Begriff „Recht“ wird weiter eingegrenzt auf ein Normverständnis in strafrechtlicher Sicht.
Alltägliche Situationen aus verschiedenen Gebieten des Strafrechts (Fälle) sollen die „Items“ bilden, zu denen Jugendliche, Heranwachsende und junge Erwachsene aus unterschiedlichen Schichten der Bevölkerung und mit verschiedenem Bildungsstand ihre Auffassungen aufschreiben. Begriffe wie Recht, Norm, Moral, Einstellung, Meinung, Stereotyp, Vorurteil und auch Überlegungen zum Verständnis von Recht und Gesetz als „Wert“ werden aufgenommen und im Zusammenhang mit der Entwicklung eines neuen Forschungsverfahrens erörtert.
5 Hypothesen werden formuliert zu Einstellungen von Recht und Gesetz und zur Wert-Orientierung von Individuen.
Vielfältige Überlegungen zur Entwicklung der Items (der Fälle) des standardisierten schriftlichen Intensiv-Interviews und der den Befragten vorzulegenden Stufen-Antworten stehen an. Die zu den einzelnen Items vorgegebenen Stufen-Antworten sollen Normorientierung, Einstellungen zu Recht und Gesetz, in verschiedenem Ausmaß abbilden. Der Inhalt wenigstens einer Item-Stufen-Antwort entspricht der Norm und der Inhalt einer Antwort ist klar nicht normorientiert. Die zusätzlich formulierten alternativen Stufen-Antworten zwischen einer Antwort mit klarer Normorientierung und einer Antwort mit fehlender Normorientierung sind „mehr oder weniger normorientiert“, sie berücksichtigen Aspekte der Normorientierung. Jene werden dargelegt und diskutiert. Besonders beachtet wird die Punkt-Bewertung der entworfenen Stufen-Antworten. Jene bilden schließlich den Einstellungs-Score des Individuums, den „Messwert“, der Auskunft gibt über seine individuelle Normorientierung, seine Einstellung zu Strafrecht und Gesetz.
Es wird im Voraus festgelegt, welche „Summen-Scores“ eine „positive“ Einstellung, welche nur eine „neutrale“ und welche „Summen-Scores“ eine „negative“ Einstellung zu Recht und Gesetz abbilden.
Voruntersuchungen zum Verständnis der Items (der Fälle), eine Überprüfung der Item-Formulierungen, Untersuchungen zum Verständnis der Test-Instruktion und zur Durchführung des Verfahrens mit Hilfe von Befragungen von etwa 100 Jugendlichen und Erwachsenen aus unterschiedlichen sozialen Schichten und mit verschiedenem Bildungsgrad führen in 2006 schließlich zur Endfassung des standardisierten schriftlichen Intensiv-Interviews. Jenes wird dargestellt zusammen mit den entworfenen zusätzlichen Fragen zur Person der Untersuchungsteilnehmer.
Teil B der Arbeit beschreibt und diskutiert erste empirische Befragungen von 13 anfallenden Stichproben mit dem Intensiv-Interview, die in den Jahren 2006 bis 2010 mit 100 Jugendlichen und jungen Erwachsenen, Studierenden einer Universität oder Hochschule, Schülern der 9. Klasse einer Hauptschule und Schülern der 11. Klasse zweier Gymnasien durchgeführt wurden.
Die einzelnen Stichproben mit ihren Personmerkmalen werden charakterisiert.
Stets wird überprüft, ob die ermittelten Ergebnisse die formulierten Hypothesen eher unterstützen oder ob die Hypothesen mit den erhobenen Daten nicht begründet werden können.
Validierungsbemühungen zum Verfahren beziehen sich in den Stichproben 1-5 auch auf die Beantwortung einzelner Items. Sie überprüfen, welche Items die Befragten relativ ähnlich beantworten und zu welchen Items die Testpersonen in unterschiedlicher Weise Stellung nehmen.
Zu 13 anfallenden Stichproben wird gefragt: lassen sich mit dem neuen Verfahren Unterschiede in der Einstellung zu Recht und Gesetz zwischen den Befragten beschreiben? Haben weibliche Jugendliche, Heranwachsende und junge Erwachsene statistisch bedeutsam positivere Einstellung zu Recht und Gesetz als männliche? Können statistisch bedeutsame geschlechtsspezifische Differenzen bei berichteten Konflikten mit dem Gesetz nachgewiesen werden? Gibt es statistisch bedeutsame Unterschiede in den Einstellungen zu Recht und Gesetz zwischen Schülern der 9. Klasse Hauptschule, Schülern der 11. Klasse Gymnasium und einer homogenen Stichprobe von Studierenden einer Universität oder Hochschule?
Zusätzlich erhoben werden die religiöse und politische Orientierung der Probanden.
Jene werden in ihrer Beziehung zu den Einstellungen zu Recht und Gesetz untersucht und verglichen.
Zur Wert-Einstellung der Probanden wird mit einem dafür entworfenen Verfahren untersucht, welche Position erhält der Wert-Bereich „Freiheit, Rechtssicherheit, Gleichheit vor dem Gesetz“ im Vergleich zu neun weiteren Wert-Bereichen in den drei Status-Gruppen?
Aufgabe und Inhalt dieser Arbeit war es zu untersuchen, inwieweit ein zielgruppenspezifisches Trainingsprogramm (IST - infanteriespezifisches Training) und die Verwendung der stochastischen Resonanztherapie (SRT Zeptoring) Einfluss auf die Steigerung der motorischen Fähigkeiten Kraft, Ausdauer, Koordination und Schnelligkeit während der militärischen Ausbildung hat. Dazu wurden an 2 Probandengruppen (Experimentalgruppe: Feldwebelanwärterlehrgang Fallschirmjägertruppe, n = 38; Kontrollgruppe: Zugführerlehrgang für Offiziere/-anwärter Fallschirmjägertruppe, n = 26) verschiedene sportmotorische Testungen (BFT; McGill Rumpfkrafttest; Testor- Koordinationstestung; Herzfrequenzmessung und -dokumentation) zur Untersuchung und Darstellung der spezifischen physischen Fitness vollzogen und ausgewertet. Die Experimentalgruppe durchlief das zu untersuchende 7-wöchige IST- Zirkeltraining (14 Trainingseinheiten/2-mal wöchentlich), bestehend aus 15 Übungen, welche neben den Kraftfähigkeiten auch die anderen zu testenden motorischen Fähigkeiten beanspruchten. In diesem Programm wurden Hilfsmittel des täglichen Bedarfs (Reifen, Sandsäcke etc.), Körpergewichtstraining und Trainingsgeräte wie Kettlebells und Schlingentrainer verwendet, um v.a. die funktionellen Bewegungsanforderungen zu trainieren, welche einen Transfer zu den Bewegungsmustern des militärischen Alltags darstellen. Die Durchführung unterlag den planerischen und zeitlichen Vorgaben und Gegebenheiten des Lehrgangsalltags, so dass die Durchführungsbedingungen möglichst realistisch und damit auf andere Ausbildungsabschnitte reproduzierbar sind. Zur Untersuchung des möglichen Einflusses der SRT (2-mal wöchentlich/ je 1 Minute vor den Trainingseinheiten IST) wurde zu Beginn der Trainingsintervention die Experimentalgruppe in zwei gleich große und leistungsstarke Subgruppen (Gruppe „IST+SRT“; Gruppe „IST“; je n=19) mittels Parallelisierungsverfahren aufgeteilt. Die Kontrollgruppe führte während des Untersuchungszeitraums kein spezielles Training durch, hierdurch sollten die Lehrgangsbelastungen und die Wirkungen der Treatments erkennbar gemacht werden.
Ergebnisse: Die Auswertungen des BFT ergaben, dass die Probanden der Experimentalgruppe in den Disziplinen Klimmhang (+ 16,00 % ; p < 0,001) und 11 × 10-m-Sprint (– 4,90 % ; p < 0,001) einen deutlichen Leistungszuwachs erzielten, nur die Zeiten 1000-m-Lauf verschlechterten sich leicht um + 0,60 % (p = 0,622). Die Teilnehmer der Kontrollgruppe hatten in allen Bereichen deutliche Leistungseinbußen (Klimmhang: – 11,30 %; p < 0,001 / 11 x 10 m Sprint: + 4,50 %; p < 0,001 / 1000-m-Lauf: + 3,50 %; p < 0,01). Gleiches galt für die gemessenen Herzfrequenzen während des 1000-m-Laufs (PRE - POST), die HFmax. / HF ∅-Werte sanken bei der Experimentalgruppe (– 4,82 % / – 4,36 %; p < 0,001 / p < 0,05) und stiegen bei der Kontrollgruppe (+ 0,12 % / + 0,31 %; p = 0,914 / p = 0,886). Dies ist als positive Anpassung der Ausdauerleistungsfähigkeit (Ökonomisierung) bei der Experimental- bzw. als Rückgang dieser Kapazitäten bei der Kontrollgruppe zu bewerten.
Um das Treatment SRT zu untersuchen absolvierte nur ein Teil der Experimentalgruppe dieses Verfahren. Die Ergebnisse dieser Subgruppe („IST + SRT“) zeigen in allen Disziplinen höhere Zuwächse und Effektstärken als dies die Vergleichsgruppe „IST“ (nur IST, keine zusätzliche SRT) erzielte (Klimmhang: + 21,54 % vs. + 10,60 %; p < 0,001 / 11 × 10-m-Sprint: – 6,70 % vs. – 3,05 %; p < 0,001 / 1000-m-Lauf: + 0,54 % vs. + 0,69 %; p = 0,813 bzw. p = 0,687). Besonders der höchstsignifikanter Unterschied zwischen der „IST+SRT“- und „IST“- Gruppe bei den
Leistungsentwicklungen beim 11 × 10 m Sprint, zeigt, dass vor allem bei dieser Disziplin, in der Agilität / Schnelligkeit / Gewandtheit (vgl. EßFELD, 2006) besonders abverlangt wurden, das zusätzliche Treatment SRT besonders wirkungsvoll war. Dieses Testprofil entspricht auch am ehesten den realen Bewegungsformen im Gefecht, weshalb die Anforderungen und der damit bedingte Transfer zu den motorischen Anforderungsprofilen hierbei besonders hervorzuheben ist. Bei den Diziplinen 1000-m-Lauf (zyklische Laufbewegung) und Klimmhang (isometrische Haltearbeit) sind naturgemäß geringere koordinative Anforderungen gegeben, weshalb die Unterschiede zwischen den Subgruppen „IST“ und „IST+SRT“ bzgl. signifikanter Veränderungen nicht so zum tragen kommen, was in gleichem Maße für alle Testübungen des McGill-Verfahrens (isometrische Haltearbeit) der Fall ist.
Bei der Überprüfung der Rumpfkraft (McGill Test) ergab sich, dass erneut die Experimentalgruppe in allen Bereichen deutliche Verbesserungen (p < 0,001) erzielte (Lateralflexion rechts : + 28,75 %; Lateralflexion links: + 23,69 %; Flexion: + 33,41 %; Extension: + 33,71 %), während die Probanden der Kontrollgruppe wiederum einen Rückgang der Ergebnisse vorwiesen (Lateralflexion rechts : – 6,55 %; p < 0,05 / Lateralflexion links: – 4,96 %; p = 0,117 / Flexion: + 1,09 %; p = 0,695 / Extension: – 0,59 %; p = 0,433). Die vormals signifikant besseren Ergebnisse der Kontrollgruppe wurden durch den Leistungszuwachs bei der Experimentalgruppe ausgeglichen, so dass zum Ende der Studie keine signifikanten Unterschiede mehr zwischen den Gruppen ersichtlich waren. Ebenfalls zeigte sich auch bei dieser Testreihe, dass die „IST+SRT“ Gruppe bessere Resultate (POST) und somit höhere Effekte erlangten als die Angehörigen der Subgruppe „IST“ (Lateralflexion rechts: + 33,13 % vs. + 24,50 %; Lateralflexion links: + 25,94 % vs. + 21,41 %; Flexion: + 35,34 % vs. + 31,20 % ; Extension: + 36,45 % vs. + 31,15 %).
Die Überprüfung der muskulären Balance (McGill Test) der Lendenwirbelsäule (Indikator für eine Verletzungsprophylaxe) zeichnete dasselbe Bild, während sich die Werte der Experimentalgruppe verbesserten, verschlechterten sich diejenigen der Kontrollgruppe.
Die Gleichgewichtsfähigkeit / posturale Kontrolle (mittlere Auslenkung) verbesserte sich bei der Experimentalgruppe (gesamt) um – 8,63 % (p < 0,05); auch hier bei der Gruppe „IST+SRT“ (–10,72 %) deutlicher als bei der Gruppe „IST“ (– 6,37 %). Die Wirkungen der SRT auf die posturale Kontrolle und Körperstabilität konnten darüber hinaus bei einer parallel durchgeführten Untersuchung (Störgrößentest) nachgewiesen werden. Hinsichtlich der Vergleiche der Subgruppenergebnisse (IST+SRT vs. IST) zeigten sich bei der "Zeptorgruppe" signifikante Verbesserungen, nicht jedoch bei der Kontrollgruppe,.
Die Auswertung der Befragung der Trainingsteilnehmer und Ausbilder ergab, dass diese die durchgeführten Trainingsmaßnahmen (IST und SRT) sehr praktikabel, effizient und zielführend empfanden.
Fazit: Die Anforderungen des militärischen Alltags die v.a. hohe Belastungen für den Bewegungsapparat bedeuten sind durch eine Vielzahl von Studien nachgewiesen. Diese beträchtlichen Beanspruchungen müssen muskulär stabilisiert bzw. kompensiert werden, um eine adäquate physische Leistungsfähigkeit in Einsatz und Ausbildung aufrechtzuerhalten bzw. hieraus resultierende Gefahrenpotential von Überlastungserscheinungen / Verletzungen des Bewegungsapparates zu reduzieren. Die gezeigten Ergebnisse der Studie verdeutlichen, dass das
Zusammenwirken der Treatments IST und SRT positive und nachweisliche Steigerungen der (infanterie-)spezifischen Kraft- und Koordinationsparameter und der anaeroben Leistungsfähigkeit bzw. Herzfrequenzwerte unter Belastung erwirkten. Der Zeitaufwand für die Umsetzung dieses Trainingssystems und -verfahrens war verhältnismäßig gering und erfüllte so die lehrgangsbezogenen Richtwerte. Die Aussage, dass eine zweimalige wöchentliche Trainingsintervention die Leistungsfähigkeit der Probanden (Experimentalgruppe) deutlich steigerte wurde durch die dargestellten Ergebnisse der Untersuchungen belegt. Die Lehrgangsbelastungen jedoch, ohne ein regelmäßig durchgeführtes spezifisches Training, führen zu einer Reduktion der physischen Leistungsfähigkeit, was die Ergebnisse der Kontrollgruppe beweisen und die Bewertung der Effekte der Experimentalgruppe noch verstärken.
Ein kraftorientiertes Programm mit funktionell-koordinativen Übungen in Verbindung mit einem spezifischen Warm-Up forciert durch die SRT scheint für die Zielgruppe Infanterist/Fallschirmjäger eine durchgreifend effektive Trainingsmaßnahme zum Ausbau der spezifischen motorischen Anforderungsprofile des militärischen Alltags darzustellen.
Die toxikologische Charakterisierung von Chemikalien und Arzneimitteln basiert auch heute noch hauptsächlich auf Toxizitätstests an Labortieren. Insbesondere die Prüfung auf Kanzerogenität fordert eine große Tieranzahl mit einer hohen Belastung der eingesetzten Tiere und ist sehr zeit- und kostenintensiv. Folglich stellt die Entwicklung von Methoden als Ergänzung und potenziellen Ersatz für Tierversuche ein Ziel der molekularen und zellulären Toxikologie dar. Diese Methoden umfassen verkürzte oder minimal invasive in vivo- sowie in vitro-Versuche, welche der toxikologischen Prüfung von Substanzen gemäß dem 3R-Prinzip dienen könnten.
Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einsatz von Toxikoproteomics und -genomics im 28-Tage-Test (Toxizitätsstudie nach wiederholter oraler Gabe in Ratten), die in der Toxikologie routinemäßig durchgeführt werden müssen, zu untersuchen. Daneben wurden entsprechende Lebergewebeproben aus der in vivo-Prüfung mit den Daten aus einem hepatozytären Zellkultursystem als Ersatz- und Ergänzungsmethode verglichen. Identifizierte mechanistische Daten und putative Biomarker könnten für die Ableitung von chronisch-toxischen Potentialen von Substanzen genutzt werden und eine frühere Vorhersage zu kanzerogenen Potentialen von Stoffen erlauben.
Die in der Arbeit gewählten Modellsubstanzen stammten aus drei verschiedenen mechanistischen Kategorien: genotoxische Kanzerogene [Diethylnitrosamin (DEN), Aflatoxin B1 (AFB), Cupferron (CUP)], nicht-genotoxische Kanzerogene [Tetrachlorkohlenstoff (CCl4), Di(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP), Clofibrat (CF)] und hepatotoxische Nicht-Kanzerogene [Diallyl Phthalat (DAP), Benzaldehyd (BA), Ketokonazol (KC)].
Im ersten Teil der Arbeit wurden Rattenlebern aus den behandelten Tieren (ausgewählte Substanzen: AFB, CUP, CF, BA, KC) und den entsprechenden Kontrollen auf Veränderungen der globalen Genexpression nach 3, 7 und 28 Behandlungstagen untersucht. Das Ziel war es, nach kurzer Expositionsdauer charakteristische Wirkmechanismen auf Ebene der Genexpression zu erfassen, welche als frühes Indiz für zelluläre Transformation in Richtung Lebertoxizität bzw. Tumorentwicklung verwendet werden könnte. Dabei wurde gezeigt, dass eine Aktivierung verschiedener Prozesse, wie oxidativer Stress, Zellzyklus, Apoptose, Zellwachstum sowie spezifische Mechanismen infolge der verursachten Schädigung durch die eingesetzten Verbindungen bereits ab Tag 3 detektiert werden konnten. Mit der Genexpressionsanalyse wurden zudem auch einige putative Biomarker, welche kanzerogene Veränderungen beschreiben können, an Tag 28 identifiziert. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Daten der toxikogenomischen Analyse mit den histopathologischen Beobachtungen für diese Substanzen gestützt werden.
Im darauf folgenden Teil der Arbeit sollte eine Proteommethode zur Identifizierung und Charakterisierung putativer Protein-Biomarker im Plasma eingesetzt werden, die eine verbesserte Vorhersage von Prozessen der chemisch induzierten Leberkanzerogenese innerhalb des geforderten 28-Tage-Tests erlauben. Der Vorteil der Nutzung von Plasma ist, dass die Tiere dafür nicht getötet werden müssen und man den Verlauf der Veränderungen in weniger Tieren über viele Zeitpunkte hinweg verfolgen kann. Hierfür wurde das Rattenplasma von Tag 3, 7 und 28 der mit genotoxischen und Nichtgenotoxischen Kanzerogenen behandelten Tiere mittels zweidimensionaler Gelelektrophorese und anschließender Identifizierung mit MALDI Massenspektrometrie untersucht. Die Ergebnisse zeigten bei den genotoxischen als auch Nichtgenotoxischen Kanzerogenen eine Vielzahl von Proteinen, die in akut toxischen Prozessen, wie z.B. dem Fettstoffwechsel, der Immunantwort und dem Proteinmetabolismus involviert sind. Als putativer Biomarker konnte zum Beispiel Alpha-1-Antitrypsin identifiziert werden, das auch im Serum bei Patienten mit Leberzellkarzinomen erhöht ist. Eine klare Unterscheidung zwischen den Mechanismen der genotoxischen und Nicht-genotoxischen Kanzerogene war allerdings auf Basis dieser begrenzten Daten nicht möglich.
Im dritten Teil der Arbeit wurden Rattenhepatozyten mit den gleichen fünf ausgewählten Ausgangssubstanzen wie im in vivo-Experiment behandelt. Das Ziel bestand darin, die Eignung von primären Rattenhepatozyten in Collagen-Sandwich-Kulturen als in vitro-Modell zur Prädiktion von hepatotoxischen Effekten zu überprüfen. Der Vergleich des in vitro-Systems zu den in vivo-Daten an den Behandlungstagen 3 und 7 zeigte, dass zwischen in vivo und in vitro eine gute Korrelation der mechanistischen Genexpressionsveränderungen nach Behandlung mit AFB und CF zu detektieren war. Des Weiteren lieferte die Behandlung der primären Rattenhepatozyten mit CUP detaillierte Hinweise auf den toxischen Mechanismus, wogegen in den Leberproben keine vergleichbaren Erkenntnisse gewonnen werden konnten. So konnte für CUP in vitro z.B. ein starker Einfluss auf das Netzwerk der nukleären Rezeptoren gezeigt werden. Der Vergleich des in vivo- und in vitro-Testsystems nach Behandlung mit den hepatotoxischen Substanzen KC und BA zeigte im Gegensatz zu AFB und CF nur eine sehr geringe Übereinstimmung der differentiell deregulierten Gene bzw. Signalwege. Ein möglicher Grund für die Unterschiede könnten die eingesetzten Dosierungen sein, welche möglicherweise nicht direkt miteinander verglichen werden können.
Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren, dass die eingesetzten molekulartoxikologischen Methoden frühe Hinweise liefern können, die sowohl eine Zuordnung zu toxischen Wirkmechanismen als auch eine Identifizierung von kanzerogenesespezifischer Biomarker-Kandidaten ermöglichen. Zudem zeigte der Vergleich der in vivo / in vitro-Testsysteme eine gute Übereinstimmung in den identifizierten Signalwegen nach Behandlung mit den Testkanzerogenen. In Zukunft könnten diese Methoden in den kürzeren in vivo-Prüfungen wie z.B. 28-Tage-Test eingesetzt werden, um die konventionellen toxikologischen Prüfsysteme zu unterstützen.
Batten disease refers to neuronal ceroid lipofuscinoses (NCLs), which are inherited lysosomal storage diseases with diverse ages of onset and cause progressive neurodegeneration. The most common NCL is Juvenile NCL (JNCL), which begins in early childhood and is characterized by lysosomal accumulation of subunit c of the mitochondrial ATP synthase (subunit c). JNCL is caused by mutations in the gene CLN3. This gene encodes the CLN3 protein, a transmembrane protein of unknown structure. Localization of CLN3 is ambiguous, and its exact cellular function is not known. Thereby, it is unclear what mechanisms lead to neurodegeneration in JNCL. Models of JNCL present disturbed membrane bound organelles and cytoskeleton as well as impaired autophagy and lysosomal function. The JNCL gene defect that most patients harbor is deletion of the exons 7 and 8 of CLN3. In the Cln3Δex7/8/Δex7/8 mouse model of JNCL, this deletion has been introduced to the mouse Cln3 gene.
The actin cytoskeleton consists of filaments formed through polymerization of actin and provides a framework which defines cellular morphology and also facilitates cell motility, cytokinesis, and cell surface remodeling. Rho GTPases are signaling proteins which regulate the assembly and dynamics of the actin cytoskeleton and play an important role in neuronal morphology. Rho GTPases need to be membrane-anchored in order to become active and initiate a signaling cascade. Their membrane anchorage is achieved through their geranylgeranyl tails, which they acquire through prenylation. Protein prenylation refers to the attachment of a geranylgeranyl or farnesyl group to the C-terminus of a protein. The enzyme geranylgeranyl transferase (GGTase) catalyzes geranylgeranylation, whereas geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) is the donor of the geranylgeranyl group. Cells produce GGPP as well as cholesterol and other lipids through the mevalonate pathway (MVA pathway).
The aim of this study was to analyze how the JNCL gene defect affects cellular morphology, especially the actin cytoskeleton and Rho GTPases, and the MVA pathway which is connected with Rho GTPase activation. These important cellular components play crucial roles in neurons and are implicated in other neurodegenerative diseases, but have received little attention in JNCL. The immortalized CbCln3Δex7/8/Δex7/8 cerebellar precursor cell line from Cln3Δex7/8/Δex7/8 mice was used for the experiments and provides a genetically accurate, neuronal cell model of JNCL. CbCln3Δex7/8/Δex7/8 cells present subunit c accumulation only when aged at confluency, but sub-confluent cells display other phenotypes. The experiments of this study were performed both with confluency-aged and sub-confluent cells. Filamentous actin was visualized, and protein levels as well as membrane localization of several small Rho GTPases was analyzed biochemically. Also the protein levels of GGTase and the key enzymes of the mevalonate pathway were determined.
Staining pattern of filamentous actin was disturbed in confluency-aged CbCln3Δex7/8/Δex7/8 cells. Additionally it was found out that these cells did not grow to wild-type size and exhibited an elongated peroxisomal morphology. Rho GTPases had reduced total levels and showed a tendency of decreased membrane localization. Levels of GGTase and the MVA pathway enzymes were altered. Results of sub-confluent CbCln3Δex7/8/Δex7/8 cells were similar with the exception of HMG-CoA reductase, which is the rate-limiting enzyme of the MVA pathway: while its level in confluency-aged CbCln3Δex7/8/Δex7/8 cells was increased, at sub-confluency it showed a reduced level. Also, in contrast with the confluency-aged cells, Rho GTPases presented a tendency of increased membrane localization.
The results of this study reveal that the accurate JNCL gene defect alters cellular morphology and the activity of the MVA pathway in neuronal cells. Small cell size and disrupted architecture of the actin cytoskeleton are confirmed as neuronal JNCL phenotypes, and the peroxisome is introduced as a novel cellular component affected in JNCL. Through defects in endocytosis, autophagy, lysosomal and mitochondrial function, and cytoskeleton, the JNCL gene defect may prevent cells from growing to wild-type size. The JNCL gene defect may attenuate the MVA pathway via mitochondrial dysfunction and/or upregulation of degradative processes. Attenuation of the MVA pathway may contribute to impaired membrane rafts, which are an established phenotype of JNCL cells. As indicated by reduced GGTase level and supported by downregulation of lipid production through the MVA pathway, the JNCL gene defect might also decrease prenylation of proteins.
Cognitive flexibility and cognitive stability : neural and behavioral correlates in men and mice
(2014)
The ability to flexibly adjust behavior according to a changing environment is crucial to ensure a species' survival. However, the successful pursuit of goals also requires the stable maintenance of behavior in the face of potential distractors. Thus, cognitive flexibility and cognitive stability are important processes for the cognitive control of behavior. There is a large body of behavioral and neuroimaging research concerning cognitive control in general, but also specifically on cognitive flexibility and cognitive stability, albeit most often assessed in separate task paradigms. Nevertheless, whether cognitive flexibility and cognitive stability depend upon separate or shared neuronal bases is still a matter of debate. Complementing empirical research, computational models have become an important strategy in neuroscientific research, as they have the potential of providing mechanistic explanations of empirical observations, for example by allowing for the direct manipulation of molecular parameters in simulated neural networks. The computational model underlying the so-called Dual-State Theory contains specific hypotheses with respect to cognitive flexibility and cognitive stability. The neural networks simulated by this model exhibit multiple stable firing states, i.e., the neural network can maintain a high firing state also without continuing external input due to a network architecture consisting of recurrently connected neurons. Transitions between such network states, also called attractor states, can be induced by external input, and represent working memory contents or active task rules. Simulations showed that the stability of these attractor states, and thus of task rule representations, depend on the dopamine state of the system and can consequently vary between persons. The Dual-State Theory predicts an antagonistic relationship between cognitive flexibility and cognitive stability, as robust attractor states would facilitate the inhibition of distractors, but impair efficient task switching, while rather unstable attractor states would promote efficient transitions between representations but would also come at the cost of increased distractibility.
Based on the Dual-State Theory, a task paradigm was designed allowing for the simultaneous assessment of cognitive flexibility, in the sense of rule-based task switching, and cognitive stability, in the sense of inhibiting irrelevant distractors. Furthermore, a behavioral measure was developed to assess the individual attractor state stability, named spontaneous switching rate (SSR). In the first study of this work, this paradigm was tested in a sample of healthy human subjects using functional magnetic resonance imaging (fMRI). An overlapping fronto-parietal network was activated for both cognitive flexibility and cognitive stability. Furthermore, behavioral as well as neuroimaging results are in favor of an antagonistic relationship between cognitive flexibility and cognitive stability. A specific prefrontal region, the inferior frontal junction (IFJ), was implied to potentially contain the relevant neural networks mediating the transitions between attractor states, i.e., task rule representations, as its activity was modulated by the SSR such that persons with rather unstable attractor states activated it less during task switching while showing better performance. Most importantly, functional connectivity of the IFJ was antagonistically modulated by the SSR: more flexible persons connected it less to another prefrontal area during task switching, while showing higher functional connectivity during distractor inhibition.
In a second study, a larger human sample was assessed and further hypotheses derived from the Dual-State Theory on variability of neural processing were tested: we hypothesized that persons with high brain signal variability should have less stable network states and thus benefit on tasks requiring cognitive flexibility but suffer from it when the task requires a higher degree of cognitive stability. Furthermore, recent fMRI-research on brain signal variability revealed beneficial effects of higher brain signal variability on cognitive performance in general. Using a novel customized analysis pipeline to measure trial-to-trial fMRI-signal variability, we indeed found differential effects of brain signal variability: higher levels of brain signal variability were found to be beneficial for effectiveness, i.e., performance in terms of error rates, for both cognitive flexibility and stability. However, brain signal variability impaired the efficiency in terms of response times of inhibiting distractors, i.e., cognitive stability.
Due to further predictions of the Dual-State Theory concerning schizophrenia and the dopaminergic system, it was considered valuable to pursue a translational approach and thus allowing for the employment of animal models of psychiatric diseases. Consequently, in a first step the human paradigm was translated for a murine population using an innovative touchscreen approach. Results showed analogous behavioral effects in wildtype mice as before in healthy humans: the antagonistic relation between cognitive flexibility and cognitive stability was replicated and also for mice, a behavioral measure for the individual attractor stability was established and validated, named the individual spontaneous switching score.
To conclude, we established a novel paradigm assessing both cognitive flexibility and stability simultaneously showing an antagonistic relationship between these two cognitive functions on the behavioral level in two different species, which supports predictions from the Dual-State Theory. This was further underlined by evidence on the activation, functional connectivity and signal variability level in the human brain.
Kognition (im ursprünglich weit gefassten Verständnis) bezeichnet die Einheit von Denken und Handeln mit allen Aspekte der Wahrnehmung und Verarbeitung sinnlicher (aisthetischer) Impulse von der Empfindung über Wahrnehmen und Erkennen bis zum konkreten und reflektierten Handeln (Urteilen, Entscheiden, Tun). Der Prozess des Gestaltens (das Hervorbringen von Werken) als Akt der Poiesis ist eine Form des Erkennens im Tun. (Kunst-) Pädagogik vermittelt diese Form des Erkennens im Handlungsprozess durch eigenes, zunehmend eigenständiges Gestalten der Lernenden. „Was man lernen muss, um es zu tun, das lernt man, indem man es tut.“ (Aristoteles)
Gestalten lehren und lernen heißt, (akustische, audio-visuelle, verbale) Sprachen in ihrer Vielfalt und spezifischen Qualität zu lehren bzw. sich durch eigene Praxis anzueignen. Das Handwerk als Können (techné) sichert Handlungsoptionen, wobei Wissenschaft wie Gestaltungsunterricht durch Experiment und Spiel als potentiell ergebnisoffene Prozesse zu weder bekannten noch antizipierten Ergebnissen führen (können). Lehrende vermitteln neben dem Können und Wissen auch die Vielfalt möglicher Ausdrucksformen, sensibilisieren für das je Spezifische und schulen die Aufmerksamkeit für das je Eigene von Werken (Medien, Aufführungen, Darstellungen). Denn es gilt: „Sehr viele und vielleicht die meisten Menschen müssen, um etwas zu finden, erst wissen, das es da ist.“ (Georg Christoph Lichtenberg) Lernen ist dabei i.d.R. ein sowohl individueller wie ein sozialer (interpersonaler) Prozess. Der Mensch ist, lässt sich positiv formulieren, des Menschen Lehrer, auch wenn nicht alle Lehrenden Lehrer(innen) sein müssen. Daher sind Werkstätten und Studios als Begegnungsräume von zunehmender Bedeutung, zumal Digitaltechniken immer mehr zwischenmenschliche Kontakte und Kommunikationsakte technisch simulieren.
Digitale Techniken und Netzwerke sind (auch) Kontroll- und Steuerungsmittel, mit denen Menschen „fürsorglich“ bevormundet und systematisch entmündigt werden. Die Auseinandersetzung mit – den alle Lebensbereichen durchdringenden – digitalen Medien muss darum in der Lehrerausbildung gestärkt (!) werden, um mit technischen Werkzeugen und (digitalen) Medien qualifiziert und reflektiert umgehen und diese nach didaktischer Prämisse im Unterricht einsetzen – oder bewusst darauf verzichten zu können.
Die vorliegende Dissertation hatte das Ziel molekulare Mechanismen der Präeklampsieerkrankung aufzuklären. Bei PE handelt es sich um eine schwangerschaftsassoziierte Krankheit, die in 3 bis 5 % aller Schwangerschaften auftritt und eine der Hauptursachen für maternale und fetale Mortalität und Morbidität ist. Zudem haben PE-Patientinnen und ihre Kinder im späteren Leben ein erhöhtes Risiko für die Ausbildung kardiovaskulärer und hypertensiver Erkrankungen. Trotz langer und intensiver Forschung konnte die komplexe Pathogenese von PE noch nicht aufgeklärt werden. Im Rahmen der Promotion sollten neue Gene in der präeklamptischen Plazenta identifiziert und ihre Funktionen im Pathogeneseprozess der Krankheit untersucht werden. Dabei war es wichtig die Zusammenhänge der gestörten Prozesse zu verstehen um Mutter und Kind vor schwerwiegenden und langfristigen Folgeerscheinungen von PE zu schützen.
Mit dem durchgeführten Gen-Array konnte gezeigt werden, dass bei PE die Expression einiger Gene der Angiogenese-, der Invasions- sowie der Migrationsregulation verändert waren. Zudem konnten anhand von Deregulationen bei der SURVIVIN und BCL6 Expression zwei weitere Gene identifiziert werden, deren Funktionen in der präeklamptischen Plazenta bislang unbekannt waren.
Bei PE kam es im Vergleich zur gesunden Kontrolle zu einer verringerten Genexpression von SURVIVIN. Eine Veränderung des Proteinlevels konnte jedoch nicht festgestellt werden. Die Analyse der Survivin Funktionen zeigte, dass die Zellen der präeklamptischen Plazenta, die konstantem zellulärem Stress ausgesetzt sind, versuchen durch Aktivierung aller Überlebensmechanismen, wie einer Stabilisierung des anti-apoptotischen Proteins Survivin, ihr Überleben zu sichern und somit die Funktionalität des ganzen Organs zu gewährleisten. Als multifunktionelles Protein ist Survivin bislang vor allem als Apoptose-Inhibitor sowie als Partner des CPC mit Funktionen bei der Zellteilung bekannt. Die Untersuchungen ergaben, dass Survivin auch in Trophoblastenzellen für den einwandfreien Ablauf der Mitose verantwortlich ist, da es bei einer Depletion zu einem G2/M Arrest der Zellen sowie einer erhöhten Rate an Centrosomen Abberationen und congression Fehlern kam. Die vorliegende Arbeit zeigt zum ersten Mal, dass die Stabilisierung von Survivin bei Präeklampsie der Kompensation der gestörten Trophoblastenfunktionen dient indem die vermehrte Apoptose der Zellen verhindert und die Proliferation der Trophoblasten präzise gesteuert wird.
Im Rahmen der Dissertation wurden zudem die Funktionen von BCL6 bei Präeklampsie untersucht. BCL6 ist vorrangig durch seine Rolle bei der B-Zell Reifung und der T-Zell Regulation sowie als Onkogen bei B-Zell Lymphomen und auch bei Mammakarzinomen bekannt. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Gen-, wie auch Proteinexpression von BCL6 in der präeklamptischen Plazenta erhöht sind. Bei einer Depletion von BCL6 kam es zu verminderter Proliferation der Trophoblasten mit G2/M Arrest und vermehrter Apoptose sowie reduzierter Invasions- und Migrationsfähigkeit. Eine erhöhte BCL6 Expression führte zu einer verminderten Expression der Fusionsregulatoren Syncytin 2, β-hCG und GCM1, woraus eine gestörte, reduzierte Fusionsfähigkeit der Trophoblasten resultierte. Dies bedeutet, dass die Expression von BCL6 präzise reguliert werden muss um die Trophoblasten zu Beginn der Schwangerschaft vor Apoptose und Zellzyklusarrest zu schützen und somit die Invasion und Plazentation zu ermöglichen. Kommt es im weiteren Verlauf zu einer Deregulation mit erhöhter BCL6 Expression, so resultiert daraus eine verminderte Trophoblastenfusion und Präeklampsie.
Zusammenfassend belegt die Arbeit, dass mit Survivin und BCL6 zwei weitere Regulatoren der PE-Pathogenese identifiziert und charakterisiert wurden. Im Rahmen der Promotion konnten die Funktionen bei der Regulation von Zellzyklus, Apoptose sowie Trophoblastenfusion und –invasion dargestellt werden. Weitere Untersuchungen sind jedoch notwendig um die Rolle von Survivin und BCL6 im ersten Schwangerschaftstrimester aufzuklären. Aufgrund ihrer wichtigen Rolle bei PE stellen Survivin und BCL6 neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Therapieansätzen sowie zur Identifizierung prognostischer Marker für die Präeklampsieerkrankung dar.
Local protein synthesis has re-defined our ideas on the basic cellular mechanisms that underlie synaptic plasticity and memory formation. The population of messenger RNAs that are localised to dendrites, however, remains sparsely identified. Furthermore, neuronal morphological complexity and spatial compartmentalisation require efficient mechanisms for messenger RNA localisation and control over translational efficiency or transcript stability. 3’ untranslated regions, downstream from stop codons, are recognised for providing binding platforms for many regulatory units, thus encoding the processing of the above processes. The hippocampus, a part of the brain involved in the formation, organisation and storage of memories, provides a natural platform to investigate patterns of RNA localisation. The hippocampus comprises tissue layers, which naturally separate the principle neuronal cell bodies from their processes (axons and dendrites). Identifying the full-complement of localised transcripts and associated 3’UTR isoforms is of great importance to understand both basic neuronal functions and principles of synaptic plasticity. These findings can be used to study the properties of neuronal networks as well as to understand how these networks malfunction in neuronal diseases.
Here, deep sequencing is used to identify the mRNAs resident in the synaptic neuropil in the hippocampus. Analysis of a neuropil data set yields a list of 8,379 transcripts of which 2,550 are localised in dendrites and/or axons. Using a fluorescent barcode strategy to label individual mRNAs shows that the relative abundance of different mRNAs in the neuropil varies over 5 orders of magnitude. High-resolution in situ hybridisation validated the presence of mRNAs in both cultured neurons and hippocampal slices. Among the many mRNAs identified, a large fraction of known synaptic proteins including signaling molecules, scaffolds and receptors is discovered. These results reveal a previously unappreciated enormous potential for the local protein synthesis machinery to supply, maintain and modify the dendritic and synaptic proteome.
Using advances in library preparation for next generation sequencing experiments, the diversity of 3’UTR isoforms present in localised transcripts from the rat hippocampus is examined. The obtained results indicate that there is an increase in 3’UTR heterogeneity and 3’UTR length in neuronal tissue. The evolutionary importance of the 3’UTR diversity and correlation with changes in species,tissue and cell complexity is investigated. The conducted analysis reveals the population of 3’UTR isoforms required for transcript localisation in overall neuronal transcriptome as well as the regulatory elements and binding sites specific for neuronal compartments. The configuration of poly(A) signals is correlated with gene function and can be further exploit to determine similar mechanisms for alternative polyadenylation.
Usage of custom specified methods for next-generation sequencing as well as novel approaches for RNA quantification and visualisation necessitate the development and implementation of new downstream analytic methods. Library methods for data-mining transcripts annotation, expression and ontology relations is provided. Usage of a specialised search engine targeting key features of previous experiments is proposed. A processing pipeline for NanoString technology, defining experimental quality and exploiting methods for data normalisation is developed. High-resolution in situ images are analysed by custom application, showing a correlation between RNA quantity and spatial distribution. The vast variety of bioinformatic methods included in this work indicates the importance of downstream analysis to reach biological conclusions. Maintaining the integrability and modularity of our implementations is of great priority, as the dynamic nature of many experimental techniques requires constant improvement in computational analysis.