TY - JOUR A1 - Monteagudo, María A1 - Martínez, Paula A1 - Leandro-García, Luis J. A1 - Martínez-Montes, Ángel M. A1 - Calsina, Bruna A1 - Pulgarín-Alfaro, Marta A1 - Díaz-Talavera, Alberto A1 - Mellid, Sara A1 - Letón, Rocío A1 - Gil, Eduardo A1 - Pérez-Martínez, Manuel A1 - Megías, Diego A1 - Torres-Ruiz, Raúl A1 - Rodriguez-Perales, Sandra A1 - González, Patricia A1 - Caleiras, Eduardo A1 - Jiménez-Villa, Scherezade A1 - Roncador, Giovanna A1 - Álvarez-Escolá, Cristina A1 - Regojo, Rita M. A1 - Calatayud, María A1 - Guadalix, Sonsoles A1 - Currás-Freixes, Maria A1 - Rapizzi, Elena A1 - Canu, Letizia A1 - Nölting, Svenja A1 - Remde, Hanna A1 - Fassnacht, Martin A1 - Bechmann, Nicole A1 - Eisenhofer, Graeme A1 - Mannelli, Massimo A1 - Beuschlein, Felix A1 - Quinkler, Marcus A1 - Rodríguez-Antona, Cristina A1 - Cascón, Alberto A1 - Blasco, María A. A1 - Montero-Conde, Cristina A1 - Robledo, Mercedes T1 - Analysis of telomere maintenance related genes reveals NOP10 as a new metastatic-risk marker in pheochromocytoma/paraganglioma JF - Cancers N2 - One of the main problems we face with PPGL is the lack of molecular markers capable of predicting the development of metastases in patients. Telomere-related genes, such as TERT and ATRX, have been recently described in PPGL, supporting the association between the activation of immortalization mechanisms and disease progression. However, the contribution of other genes involving telomere preservation machinery has not been previously investigated. In this work, we aimed to analyze the prognostic value of a comprehensive set of genes involved in telomere maintenance. For this study, we collected 165 PPGL samples (97 non-metastatic/63 metastatic), genetically characterized, in which the expression of 29 genes of interest was studied by NGS. Three of the 29 genes studied, TERT, ATRX and NOP10, showed differential expression between metastatic and non-metastatic cases, and alterations in these genes were associated with a shorter time to progression, independent of SDHB-status. We studied telomere length by Q-FISH in patient samples and in an in vitro model. NOP10 overexpressing tumors displayed an intermediate-length telomere phenotype without ALT, and in vitro results suggest that NOP10 has a role in telomerase-dependent telomere maintenance. We also propose the implementation of NOP10 IHC to better stratify PPGL patients. KW - pheochromocytoma KW - paraganglioma KW - PPGL KW - telomeres KW - prognostic biomarker KW - ALT KW - TERT KW - ATRX KW - NOP10 Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246321 SN - 2072-6694 VL - 13 IS - 19 ER - TY - THES A1 - Carl, Salome T1 - Anatomische Besonderheiten der Mundhöhle und der Kopf-Halsregion bei Morbus Fabry Patienten T1 - Anatomical anomalies of the oral cavity and head-neck region in patients with Fabry disease N2 - Morbus Fabry betrifft als lysosomale Speicherkrankheit viele Organsysteme durch die Ablagerung von Gb3 in verschiedenen Geweben. Besonders durch die Beteiligung von Nieren und Herz, wird die Lebenszeit von den Patienten häufig verkürzt. Eine Beschreibung konkreter klinischer Symptome, welche auch durch Allgemeinmediziner oder Zahnärzte erkannt werden könnten, könnte eine frühzeitigere Diagnose und damit frühzeitige Therapie ermöglichen. Besonders extraorale gesichtsspezifische Merkmale können von verschiedensten Gruppen von Ärzten erkannt werden. Die extraorale Auswertung zeigte, wie in der Literatur beschrieben, das Vorkommen von periorbitaler Fülle, prominente Arcus superciliaris, eine kürzere und bullösere Nase. Die Auffälligkeiten waren besonders bei den Männern zu beobachten. Die intraorale Auswertung wurde in dentale Auffälligkeiten und Ereignisse des Hart- und Weichgewebes eingeteilt. Bei den dentalen Ereignissen zeigte sich eine Diskrepanz zwischen der Kiefergröße und dem Zahnmaterial. So neigte das Patientenkollektiv eher zu einem Breitkiefer, was eine Erklärung für die multiplen Lücken im Frontzahnbereich der Patienten darstellt. An der Mundschleimhaut und perioral konnten vermehrt Angiokeratome und Teleangiektasien festgestellt werden, sowie das vermehrte Vorkommen von Exostosen. Speziell die Zunge der Patienten zeigte auch Auffälligkeiten in Form von einer subjektiven Makroglossie, einer Furchenzunge und Veränderungen der Papillen. Die Auffälligkeiten in der Mundhöhle und im Kopf-Hals Bereich der Morbus Fabry Patienten sind, wie der Literatur beschrieben, vorhanden, jedoch stellen sie keine Schlüsselrolle in der Diagnose dar, da sie in allen Bereichen nur leichte Abweichungen oder Auffälligkeiten zeigen, welche nicht immer Auftreten und daher schwer zu diagnostizieren sind. N2 - Fabry disease is a lysosomal storage disease which affects various organ systems through the deposition of Gb3 in different tissues. Especially due to the involvement of heart and kidneys, the patients’ life expectation is often reduced. A description of clinical symptoms which could be identified by general practitioners or dentists, could lead to an earlier diagnosis and therapy for patients. Particularly extraoral facial abnormalities could be recognized by different groups of physicians. The extraoral evaluation, as outlined in literature, showed the appearance of periorbital fullness, prominent supra-orbital ridges, a shorter and more bulbous nose. These abnormalities were most prominent among men. The intraoral analysis was divided into dental abnormalities as well as features of the oral cavity’s hard and soft tissue. It displayed a discrepancy between the jaw- and teeth size which explains the occurrence of multiple diastematas in the anterior tooth region. A higher frequency of angiokeratomas and teleangiectasies was found on the oral mucosa and perioral, as well as an increased incidence of exostoses. In particular, the patients’ tongues also showed abnormalities in the form of a subjective makroglossia, fissuring of tongue and changes in the papillae. The anomalies of the oral cavity and the head-neck region of Fabry patients are, as described in literature, present. However, they do not take a key role in the diagnosis of Fabry disease itself as they only show slight divergences or abnormalities, which do not necessarily always occur and therefore pose difficult to be diagnosed. KW - Fabry-Krankheit KW - Lysosomale Speicherkrankheit KW - Morbus Fabry Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-220184 ER - TY - THES A1 - Tutschku, Christian Klaus T1 - Anomaly Induced Transport And Hall Viscous Effects In 2+1 Space-Time Dimensions T1 - Anomaliebasierter Transport und Hall-Viskose Effekte in 2+1 Raum-Zeit Dimensionen N2 - The main goal of this thesis is to elucidate the sense in which recent experimental progress in condensed matter physics, namely the verification of two-dimensional Dirac-like materials and their control in ballistic- as well as hydrodynamic transport experiments enables the observation of a well-known 'high-energy' phenomenon: The parity anomaly of planar quantum electrodynamics (QED\(_{2+1}\)). In a nutshell, the low-energy physics of two-dimensional Quantum Anomalous Hall (QAH) insulators like (Hg,Mn)Te quantum wells or magnetically doped (Bi,Sb)Te thin films can be described by the combined response of two 2+1 space-time dimensional Chern insulators with a linear dispersion in momentum. Due to their Dirac-like spectra, each of those Chern insulators is directly related to the parity anomaly of planar quantum electrodynamics. However, in contrast to a pure QED\(_{2+1}\) system, the Lagrangian of each Chern insulator is described by two different mass terms: A conventional momentum-independent Dirac mass \(m\), as well as a momentum-dependent so-called Newtonian mass term \(B \vert \mathbf{k} \vert^2\). According to the parity anomaly it is not possible to well-define a parity- and U(1) gauge invariant quantum system in 2+1 space-time dimensions. More precisely, starting with a parity symmetric theory at the classical level, insisting on gauge-invariance at the quantum level necessarily induces parity-odd terms in the calculation of the quantum effective action. The role of the Dirac mass term in the calculation of the effective QED\(_{2+1}\) action has been initially studied in Phys. Rev. Lett. 51, 2077 (1983). Even in the presence of a Dirac mass, the associated fermion determinant diverges and lacks gauge invariance. This requires a proper regularization/renormalizaiton scheme and, as such, transfers the peculiarities of the parity anomaly to the massive case. In the scope of this thesis, we connect the momentum-dependent Newtonian mass term of a Chern insulator to the parity anomaly. In particular, we reveal, that in the calculation of the effective action, before renormalization, the Newtonian mass term acts similarly to a parity-breaking element of a high-energy regularization scheme. This calculation allows us to derive the finite frequency correction to the DC Hall conductivity of a QAH insulator. We derive that the leading order AC correction contains a term proportional to the Chern number. This term originates from the Newtonian mass and can be measured via electrical or via magneto-optical experiments. The Newtonian mass, in particular, significantly changes the resonance structure of the AC Hall conductivity in comparison to pure Dirac systems like graphene. In addition, we study the effective action of the aforementioned Chern insulators in external out-of-plane magnetic fields. We show that as a consequence of the parity anomaly the QAH phase in (Hg,Mn)Te quantum wells or in magnetically doped (Bi,Sb)Te thin films survives in out-of-plane magnetic fields, violates the Onsager relation, and can therefore be distinguished from a conventional quantum Hall (QH) response. As a smoking-gun of the QAH phase in increasing magnetic fields, we predict a transition from a quantized Hall plateau with \(\sigma_\mathrm{xy}= -\mathrm{e}^2/\mathrm{h}\) to a not perfectly quantized plateau which is caused by scattering processes between counter-propagating QH and QAH edge states. This transition is expected to be of significant relevance in paramagnetic QAH insulators like (Hg,Mn)Te/CdTe quantum wells, in which the exchange interaction competes against the out-of-plane magnetic field. All of the aforementioned results do not incorporate finite temperature effects. In order to shed light on such phenomena, we further analyze the finite temperature Hall response of 2+1 dimensional Chern insulators under the combined influence of a chemical potential and an out-of-plane magnetic field. As we have mentioned above, this non-dissipative transport coefficient is directly related to the parity anomaly of planar quantum electrodynamics. Within the scope of our analysis we show that the parity anomaly itself is not renormalized by finite temperature effects. However, the parity anomaly induces two terms of different physical origin in the effective Chern-Simons action of a QAH insulator, which are directly proportional to its Hall conductivity. The first term is temperature and chemical potential independent and solely encodes the intrinsic topological response. The second term specifies the non-topological thermal response of conduction- and valence band modes, respectively. We show that the relativistic mass \(m\) of a Chern insulator counteracts finite temperature effects, whereas its non-relativistic Newtonian mass \(B \vert \mathbf{k} \vert^2 \) enhances these corrections. In addition, we are extending our associated analysis to finite out-of-plane magnetic fields, and relate the thermal response of a Chern insulator therein to the spectral asymmetry, which is a measure of the parity anomaly in out-of-plane magnetic fields. In the second part of this thesis, we study the hydrodynamic properties of two-dimensional electron systems with a broken time-reversal and parity symmetry. Within this analysis we are mainly focusing on the non-dissipative transport features originating from a peculiar hydrodynamic transport coefficient: The Hall viscosity \(\eta_\mathrm{H}\). In out-of-plane magnetic fields, the Hall viscous force directly competes with the Lorentz force, as both mechanisms contribute to the overall Hall voltage. In our theoretical considerations, we present a way of uniquely distinguishing these two contributions in a two-dimensional channel geometry by calculating their functional dependencies on all external parameters. We are in particular deriving that the ratio of the Hall viscous contribution to the Lorentz force contribution is negative and that its absolute value decreases with an increasing width, slip-length and carrier density. Instead, it increases with the electron-electron mean free path in the channel geometry considered. We show that in typical materials such as GaAs the Hall viscous contribution can dominate the Lorentz signal up to a few tens of millitesla until the total Hall voltage vanishes and eventually is exceeded by the Lorentz contribution. Last but not least, we derive that the total Hall electric field has a parabolic form originating from Lorentz effects. Most remarkably, the offset of this parabola is directly characterized by the Hall viscosity. Therefore, in summary, our results pave the way to measure and to identify the Hall viscosity via both global and local measurements of the entire Hall voltage. N2 - Das zentrale Leitmotiv dieser Dissertation besteht darin, zwei unterschiedliche theoretische Konzepte aus verschiedenen Teilbereichen der Physik zu verbinden, um dadurch neue Perspektiven zu erschließen. Im Wesentlichen zielt die Arbeit darauf ab, die quantenfeldtheoretischen Konstrukte der Paritäts- als auch der chiralen Anomalie aus der Hochenergiephysik auf die Festkörperphysik von sogenannten zwei-dimensionalen Quanten Anomalen Hall (QAH) Isolatoren zu übertragen. Die Dirac-artige Bandstruktur dieser neuartigen Materialien ermöglicht es, Effekte freier quantenelektrodynamischer Teilchen in 2+1 Raumzeit Dimensionen im Festkörperlabor direkt messbar zu machen. Um die zentralen Erkenntnisse dieser Arbeit nachvollziehen zu können ist das Verständnis zweier Konstrukte unumgänglich: (1) Unter einer Quantenanomalie versteht man den Symmetriebruch einer klassischen Theorie während des Quantisierungsprozesses. Um eine konsistente Quantentheorie formulieren zu können, ist es in einem quanten-anomalen System nicht möglich, alle klassischen Symmetrien auf der Quantenebene aufrechtzuerhalten. (2) Unter zwei-dimensionalen QAH Isolatoren versteht man planare Halbleiter mit einer endlichen, transversalen (Hall-) Leitfähigkeit in der Abwesenheit eines externen Magnetfeldes. Derartige Halbleiter werden zum Beispiel in (Hg,Mn)Te/CdTe Schichtsystemen oder in dünnen magnetisierten (Bi,Sb)Te Filmen vorhergesagt und zum Teil bereits experimentell nachgewiesen. Die nieder-energie Theorie um die Bandlücke der oben genannten QAH Systeme wird gemeinsam durch die Physik zweier sogenannter Chern Isolatoren beschrieben. Jeder Chern Isolator besitzt eine lineare Dispersion im Impulsraum und gleicht somit der Theorie quantenelektrodynamischer Teilchen in 2+1 Raumzeit Dimensionen QED\(_{2+1}\). Darauf basierend ist jeder Chern Isolator für sich direkt mit der Paritätsanomalie verbunden. Um die effektive Bandkrümmung im Festkörper zu charakterisieren unterscheidet sich das Modell eines Chern Isolators von der entsprechenden QED\(_{2+1}\) Theorie um einen quadratischen Masse-Term im Impuls, die sogenannte Newtonsche Masse \( B \vert \mathbf{k}\vert^2 \). Zusammen mit dem impulsunabhängigen Dirac Masseterm \(m\) definiert jene paritätsbrechende Masse die Energielücke eines Chern Isolators. Wie bereits in (1) erwähnt tritt die Paritätsanomalie während der Quantisierung klassisch paritätssymmetrischer Systeme auf. Quantisiert man beispielsweise eine masselose QED\(_{2+1}\) Theorie, so induziert man während der Berechnung der Fermion Determinante paritätsbrechende Terme in der zugehörigen effektiven Wirkung. Obgleich eine nichtverschwindende Dirac-Masse die Paritätssymmetrie auf klassischer Ebene bricht, ist die zugehörige Fermion Determinante UV divergent als auch Eichsymmetrie brechend und Bedarf daher eines geeigneten Regularisierung/Renormierungsschemas. Diese Eigenschaft erlaubt es Konsequenzen der Paritätsanomalie ebenfalls in massiven Systemen zu identifizieren. Die Auswirkungen einer Dirac-Masse für die Berechnung der effektiven Wirkung eines QED\(_{2+1}\) Systems wurden inertial in der wegweißenden Publikation Phys. Rev. Lett. 51, 2077 (1983) analysiert. Im Rahmen dieser Dissertation eruieren wir die Implikationen der Newtonschen Masse eines Chern Isolators auf die entsprechende Berechnung der Fermion Determinante und beleuchten damit die effektive Bandkrümmung eines Festkörpers im Kontext einer diskreten Raumzeit Anomalie. Wir zeigen insbesondere, dass die Newtonsche Masse vor dem unumgänglichen Renormierungprozess den paritätsbrechenden Elementen verschiedener hochenergetischer Regularisierungsschemata ähnelt, wie zum Beispiel Wilson Fermionen. Mittels dieser Berechnung leiten wir ebenfalls die Wechselstromleitfähigkeit der genannten QAH Isolatoren her. Wir zeigen, dass die führende Frequenzkorrektur in diesen Systemen einen Term proportional zur Chern Zahl enthält. Jener Beitrag basiert auf der zugrundeliegenden Galilei Invarianz und ist insbesondere durch magneto-optische Experimente nachzuweisen. Weiter eruieren wir, dass der genannte Term fundamental die Resonanzstruktur der Hall Leitfähigkeit beeinflusst, sodass diese maßgeblich von der entsprechenden Größe eines puren Dirac Systems wie Graphen abweicht. Zudem analysieren wir in dieser Arbeit die Physik von 2+1 dimensionalen Chern Isolatoren in externen Magnetfeldern die orthogonal auf der zugrundeliegenden Raum-Mannigfaltigkeit stehen -sogenannte orbitale Magnetfelder. Wir zeigen dass als direkte Konsequenz der Paritätsanomalie die QAH Phase in orbitalen Magnetfelder überlebt, darin die Onsager Relationen bricht und somit von konventionellen QH Systemen unterschieden werden kann, obgleich beide topologischen Phasen durch die selbe Chern Klasse beschrieben sind. Als experimentelle Signatur der QAH Phase in adiabatisch zunehmenden orbitalen Magnetfeldern sagen wir den Übergang eines quantisierten Hall Plateaus mit \(\sigma_\mathrm{xy}= -\mathrm{e}^2/\mathrm{h}\) zu einem nicht-quantisierten, rauschenden Hall Plateau vorher. Der Mittelwert des letzteren Plateaus hängt stark von Streuprozessen zwischen entgegengesetzt propagierenden QH und QAH Randzuständen ab. Insbesondere in (Hg,Mn)Te/CdTe Schichtsystemen ist der vorhergesagte Übergang von großem Interesse da in jenen Systemen die Austauschwechelwirkung mit dem polarisierenden Magnetfeld konkurriert. All die oben genannten Ergebnisse vernachlässigen thermische Effekte. Um den Einfluss einer endlichen Umgebungstemperatur auf die Physik von QAH Isolatoren zu untersuchen, analysieren wir im Rahmen dieser Dissertation ebenfalls die Hall Leitfähigkeit 2+1 dimensionaler Chern Isolatoren bei endlicher Temperatur und unter dem Einfluss beliebiger chemischer Potentiale sowie orbitaler Magnetfelder. Wie oben bereits erwähnt hängt dieser nicht dissipative Transportkoeffizient direkt mit der Paritätsanomalie eines masselosen QED\(_{2+1}\) Systems zusammen. Wir zeigen mittels unserer Analyse, dass die Paritätsanomalie an sich nicht durch endliche Temperatureffekte beeinflusst wird. Allerdings induziert jene Anomalie in der effektiven Wirkung eines Chern Isolators zwei Beitrage unterschiedlichen physikalischen Ursprungs. Einer der Terme ist unabhängig vom chemischen Potential und der Temperatur da er ausschließlich die intrinsische topologische Phase des Systems codiert. Der andere Term definiert die thermisch angeregten Zustände im Leitungs- bzw. im Valenzband und ist somit nicht-topologischen Ursprungs. Insbesondere zeigen wir, dass in der topologisch nicht trivialen Phase eines Chern Isolators die Dirac Masse den endlichen Temperatureffekten entgegenwirkt, während die nicht-relativistische Newtonsche Masse jene Korrekturen verstärkt. Neben diesen Effekten bei verschwindendem orbitalem Magnetfeld verallgemeinern wir unsere thermischen Betrachtungen hinsichtlich der Effekte quantisierender orbitaler Magnetfelder. Insbesondere verknüpfen wir die Leitfähigkeit von QAH Isolatoren bei endlicher Temperatur zur sogenannten Spektralen Asymmetrie. Diese Größe kann als Signatur der Paritätsanomalie in orbitalen Magnetfeldern interpretiert werden. Im zweiten großen Kapitel dieser Dissertation analysieren wir den hydrodynamischen Ladungs-transport in zwei-dimensionalen Elektronensystemen, in denen sowohl die Zeitumkehr- als auch die Paritätssymmetrie gebrochen sind. Unseren Forschungsschwerpunkt legen wir hierbei vor Allem auf nicht-dissipative Transporteigenschaften, die sich mittels der Hall Viskosität aus den Navier-Stokes Gleichungen ergeben. In orbitalen Magnetfeldern konkurrieren aufgrund dieses paritätsbrechenden Transportkoeffizient zwei transversale Kräfte miteinander: Die sogenannte Hall viskose Kraft und die wohlbekannte Lorentzkraft. Zusammen definieren beide Kräfte die gesamte Hall Spannung des Systems. In den Ausführungen dieser Arbeit zeigen wir wie die genannten unterschiedlichen Beiträge in zweidimensionalen Transportkanälen anhand ihrer verschiedenen funktionellen Abhängigkeiten von den Systemparametern unterschieden werden können. Wir eruieren, dass das Verhältnis zwischen dem Hall viskosen Beitrag und dem Lorentz basierten Beitrag negativ ist und dessen Absolutbetrag mit zunehmender Kanalbreite, Rutsch-Länge [engl. slip length] und Ladungsträgerdichte abnimmt. Im Gegensatz dazu wächst jener Betrag mit der mittleren Elektron-Elektron Streulänge. Im Rahmen dieser Dissertation zeigen wir, dass in typischen GaAs Fermi Flüssigkeiten der Hall viskose Beitrag das Lorentz Signal bis hin zu einer orbitalen Magnetfeldstärke im zehnstelligen Milli-Tesla Bereich dominieren kann. Im Anschluss nimmt das Verhältnis dieser Größen ab, verschwindet bei einem kritischen Magnetfeld und wird schlussendlich durch das Lorentz Signal dominiert. Zuletzt zeigen wir, dass das transversale elektrische Feld in den genannten Experimenten eine parabolische Form besitzt, welche auf dem Lorentz Beitrag basiert. Im Gegensatz dazu ist der konstante Offset dieser Parabel hauptsächlich durch die Hall Viskosität definiert. Zusammen weisen die hier genannten Eigenschaften einen möglichen Weg zur experimentellen Bestimmung der Hall Viskosität mittels lokaler- oder globaler Spannungsmessungen auf. KW - Anomalie KW - Regularisierung KW - Topologie KW - Quanten-Hall-Effekt KW - Viskosität KW - Parity Anomaly KW - Chiral Anomaly KW - Quantum Anomalous Hall Effect KW - Chern Insulator KW - Hall Viscosity KW - Dirac System KW - Quantum Field Theory KW - Spectral Asymmetry KW - Effective Action Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239131 ER - TY - JOUR A1 - Wencker, Freya D. R A1 - Marincola, Gabriella A1 - Schoenfelder, Sonja M. K. A1 - Maaß, Sandra A1 - Becher, Dörte A1 - Ziebuhr, Wilma T1 - Another layer of complexity in Staphylococcus aureus methionine biosynthesis control: unusual RNase III-driven T-box riboswitch cleavage determines met operon mRNA stability and decay JF - Nucleic Acids Research N2 - In Staphylococcus aureus, de novo methionine biosynthesis is regulated by a unique hierarchical pathway involving stringent-response controlled CodY repression in combination with a T-box riboswitch and RNA decay. The T-box riboswitch residing in the 5′ untranslated region (met leader RNA) of the S. aureus metICFE-mdh operon controls downstream gene transcription upon interaction with uncharged methionyl-tRNA. met leader and metICFE-mdh (m)RNAs undergo RNase-mediated degradation in a process whose molecular details are poorly understood. Here we determined the secondary structure of the met leader RNA and found the element to harbor, beyond other conserved T-box riboswitch structural features, a terminator helix which is target for RNase III endoribonucleolytic cleavage. As the terminator is a thermodynamically highly stable structure, it also forms posttranscriptionally in met leader/ metICFE-mdh read-through transcripts. Cleavage by RNase III releases the met leader from metICFE-mdh mRNA and initiates RNase J-mediated degradation of the mRNA from the 5′-end. Of note, metICFE-mdh mRNA stability varies over the length of the transcript with a longer lifespan towards the 3′-end. The obtained data suggest that coordinated RNA decay represents another checkpoint in a complex regulatory network that adjusts costly methionine biosynthesis to current metabolic requirements. KW - allelic replacement KW - expression KW - translation KW - mechanism KW - acid KW - endoribonuclease KW - antitermination KW - transcription KW - proteins KW - geometry Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259029 VL - 49 IS - 4 ER - TY - THES A1 - Müller, Heike Milada T1 - Anpassung an Trocken- und Salzstress: Untersuchungen an Modellpflanzen und Extremophilen T1 - Adaptation to drought and salt stress: studies on model plants and extremophiles N2 - Die wahrscheinlich größten Probleme des 21. Jahrhunderts sind der Klimawandel und die Sicherstellung der Nahrungsmittelversorgung für eine steigende Zahl an Menschen. Durch die Zunahme von extremen Wetterbedingungen wie Trockenheit und Hitze wird der Anbau konventioneller, wenig toleranter Nutzpflanzen erschwert und die dadurch notwendige, steigende Bewässerung der Flächen führt darüber hinaus zu einer zusätzlichen Versalzung der Böden mit für Pflanzen toxischen Natrium- und Chlorid-Ionen. Kenntnisse über Anpassungsstrategien salztoleranter Pflanzen an Salzstress, aber auch detailliertes Wissen über die Steuerung der Transpiration und damit des Wasserverlusts von Pflanzen sind daher wichtig, um auch künftig ertragreiche Landwirtschaft betreiben zu können. In dieser Arbeit habe ich verschiedene Aspekte der pflanzlichen Stressphysiologie bearbeitet, die im Folgenden getrennt voneinander zusammengefasst werden. I. Funktionelle Unterschiede der PYR/PYL-Rezeptoren von Schließzellen Entscheidend für den Wasserstatus von Pflanzen ist die Kontrolle des Wasserverlusts durch Spaltöffnungen (Stomata), die von einem Paar Schließzellen gebildet werden. Externe Faktoren wie Licht, Luftfeuchtigkeit und CO2, sowie interne Faktoren wie das Phytohormon Abszisinsäure (ABA) regulieren über Signalkaskaden die Stomaweite und dadurch den Wasserverlust. Die zugrunde liegenden Signalkaskaden überlappen teilweise. Vor allem der Stomaschluss durch erhöhtes CO2 und ABA weisen viele Gemeinsamkeiten auf und die Identifizierung des Konvergenzpunktes beider Signale ist immer noch aktueller Gegenstand der Forschung. Von besonderem Interesse sind dabei die in Schließzellen exprimierten ABA-Rezeptoren der PYR/PYL-Familie. Denn obwohl bislang nicht nachgewiesen werden konnte, dass CO2 zu einem Anstieg des ABA-Gehalts von Schließzellen führt deuten einige Studien darauf hin, dass die ABA-Rezeptoren selbst am CO2-Signalweg beteiligt sind. Durch Untersuchungen der Stomareaktion von Arabidopsis ABA-Rezeptormutanten konnte ich in dieser Arbeit zeigen, dass die in Schließzellen exprimierten ABA-Rezeptoren der PYR/PYL-Familie funktionale Unterschiede aufweisen. Fünffach-Verlustmutanten der ABA-Rezeptoren PYR1, PYL2, 4, 5 und 8 (12458) waren in ihrem ABA-induzierten Stomaschluss beeinträchtigt und nur die Komplementation mit PYL2 und in geringerem Maße PYR1 konnte die ABA-Sensitivität wiederherstellen. Die Stomata von 12458-Verlustmutanten waren außerdem insensitiv gegenüber erhöhtem CO2, was auf eine Beteiligung der ABA-Rezeptoren am CO2-induzierten Stomaschluss hindeutet und diese Sensitivität konnte nur durch die Komplementation mit PYL4 oder PYL5, nicht aber mit PYL2 wiederhergestellt werden. Somit konnten in dieser Arbeit erstmals funktionelle Unterschiede der PYR/PYLs beim Stoma-Schluss nachgewiesen werden. Alle externen und internen Stomaschluss-Signale haben außerdem Einfluss auf die Genexpression der Schließzellen und führen zu individuellen expressionellen Adaptionen. In vorangegangenen Microarray Studien konnte gezeigt werden, dass jeder Stimulus auch die Expression eines distinkten Sets an ABA-Rezeptoren beeinflusst. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ich außerdem zeigen, dass die Expression der ABA-Rezeptoren bereits auf kleine Änderungen der ABA-Konzentration der Schließzellen reagiert und dass diese sich außerdem in ihrer Sensitivität gegenüber ABA unterschieden. Geringe Änderungen der ABA-Konzentration von Schließzellen haben demnach Auswirkungen auf deren Rezeptor-zusammensetzung. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass die Rezeptoren die Expression unterschiedlicher nachgeschalteter Gene beeinflussen, was darauf hindeutet, dass Anpassungen des Rezeptorpools durch geringe Änderungen des ABA-Gehalts von Schließzellen schlussendlich auf genexpressioneller Ebene zur längerfristigen Adaption an externe Bedingungen führen und die Rezeptoren auch hier funktional verschieden sind. II. Stomatäre Besonderheiten der toleranten Dattelpalme (Phoenix dactylifera) Dattelpalmen kommen natürlicherweise an besonders trockenen und heißen Standorten vor, an denen es aufgrund der harschen Bedingungen nur sehr wenigen Pflanzen möglich ist überhaupt zu wachsen. Ein naheliegender Grund für die herausragende Toleranz dieser Art gegenüber wasserlimitierenden Bedingungen ist eine Anpassung der stomatären Regulation zu Gunsten des Wasserhaushalts. In dieser Arbeit konnte ich durch vergleichende Untersuchungen der lichtabhängigen Transpiration sowie dem ABA-induzierten Stomaschluss grundlegende Unterschiede in der Stomaphysiologie der Dattelpalmen und der eher sensitiven Modellpflanze Arabidopsis thaliana nachweisen. Blattgaswechselmessungen zeigten, dass Dattelpalmen in der Lage sind die Spaltöffnungen bei niedrigen Lichtintensitäten, bei denen Arabidopsis bereits deutlich geöffnete Stomata aufwies, geschlossen zu halten. Der bedeutendste Unterschied in der Stomaphysiologie von Dattelpalmen und Arabidopsis lag aber im ABA-induzierten Stomaschluss. Während über die Petiole verabreichtes ABA bei Arabidopsis innerhalb von 15 Minuten zu einem vollständigen Stomaschluss führte, konnte ich in dieser Arbeit zeigen, dass der ABA-induzierte Stomaschluss der Datteln nitratabhängig ist. ABA allein führte nur zu einem sehr langsamen Stomaschluss der innerhalb einer Stunde nicht vollständig abgeschlossen war. Nur in Gegenwart von Nitrat führte die ABA-Gabe in den Transpirationsstrom der Fiederblätter der Datteln zu einem schnellen und vollständigen Stomaschluss. In Arabidopsis wird der in Schließzellen vorkommende Anionenkanal AtSLAC1 durch eine über den ABA-Signalweg vermittelte Phosphorylierung aktiviert, was schlussendlich zur Aktivierung spannungsabhängiger Kationenkanäle und zum Ausstrom von Kalium aus den Schließzellen führt. Es konnte gezeigt werden, dass die Nitratabhängigkeit der ABA-Antwort der Schließzellen von Dattelpalmen auf Eigenschaften von PdSLAC1 zurückzuführen ist und dieser Kanal nur in Anwesenheit von extrazellulärem Nitrat aktivierbar ist. Mittlerweile konnte, unter anderem basierend auf diesen Ergebnissen, eine Tandem-Aminosäuresequenz identifiziert werden, die die SLAC-Homologe monokotyler Pflanzen wie der Dattelpalme von der dikotyler Pflanzen unterscheidet und zumindest teilweise für die nitratabhängige Aktivierung des Stomaschlusses vieler monokotyler verantwortlich ist. III. Die Salztoleranz von Phoenix dactylifera und Chenopodium quinoa Sowohl Dattelpalmen als auch C. quinoa weisen, verglichen mit den meisten anderen Pflanzen, eine hohe Toleranz gegenüber NaCl-haltigen Böden auf. In dieser Arbeit habe ich die Salztoleranz beider Arten untersucht, um so Strategien zu identifizieren, die diesen Pflanzen diese gesteigerte Toleranz ermöglichen. Dattelpalmen können natürlicherweise auf salzigen Böden wachsen. Makroskopisch weisen diese Pflanzen aber keine Anpassungen wie bspw. Salzdrüsen auf und bislang ist unklar wie Dattelpalmen mit dem NaCl aus dem Boden umgehen. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass der Natriumgehalt der Fiederblätter der Datteln durch eine sechswöchige Bewässerung mit 600mM NaCl, was ungefähr der Konzentration von Meerwasser entspricht, nicht zunimmt. Demnach sind Datteln so genannte „Exkluder“, also Pflanzen, die eine übermäßige Natriumaufnahme in photosynthetisch aktives Gewebe vermeiden. Der Natriumgehalt der Wurzeln dagegen nahm unter Salzstress aber zu. Diese Zunahme war allerdings in unterschiedlichen Bereichen der Wurzeln verschieden stark. Flammenphotometrische Messungen ergaben einen vom Wurzelansatz ausgehenden graduellen Anstieg des Natriumgehalts, der an der Wurzelspitze am höchsten war. Darüber hinaus konnte eine Induktion von PdSOS1, einem putativen Na+/H+-Antiporter in diesen unteren, natriumhaltigen Bereichen nachgewiesen werden. Eine hohe SOS1-Aktivität gilt bereits in anderen toleranten Arten als Schlüsselmerkmal für deren Toleranz und die gesteigerte Expression von PdSOS1 deutet auf eine erhöhte Natrium-Exportrate aus der Wurzel zurück in den Boden in diesen unteren Bereichen hin, was schlussendlich den Ausschluss von Natrium vermitteln könnte. In sensitiven Arten führt Salzstress häufig zu einer Abnahme der Kaliumkonzentration des Gewebes. Interessanterweise war dies weder für das Blatt- noch das Wurzelgewebe der Dattelpalmen der Fall. Der Kaliumgehalt beider Gewebe blieb trotz der Bewässerung der Pflanzen mit Salzwasser konstant. Auf expressioneller Ebene konnte ich darüber hinaus zeigen, dass PdHAK5, ein putativer hochaffiner Kaliumtransporter, der unter Kontrollbedingungen überwiegend in den oberen Wurzelabschnitten exprimiert wurde, durch den Salzstress dort reprimiert wurde. PdKT, ebenfalls ein putatives Kalium-Transportprotein dagegen, wurde nicht durch die Salzbehandlung beeinflusst, was zusammengenommen darauf hindeutet, dass das Aufrechterhalten des Kaliumgehalts bei Salzstress durch die differentielle Regulation verschiedener Kaliumaufnahmesysteme gewährleistet wird. Der effiziente Ausschluss von Natrium zusammen mit dem hohen K+/Na+-Verhältnis könnten demnach Schlüsselmerkmale für die hohe Salztoleranz von Phoenix dactylifera darstellen. Quinoa ist, ähnlich wie die Dattelpalme, eine salztolerante Nutzpflanze. Im Gegensatz zu Dattelpalmen weist Quinoa allerdings besondere Strukturen auf der Epidermis auf, die so genannten epidermalen Blasenhaare (englisch: epidermal bladder cells, EBCs). Die Funktion dieser ballonartig vergrößerten Zellen als externe Salzspeicher wird seit längerem diskutiert. Flammenphotometrische Messungen des Natriumgehalts von Quinoa unter Salzstressbedingungen ergaben, dass Quinoa anders als Dattelpalmen, Natrium in die oberirdischen, photosynthetisch aktiven Organe aufnimmt. Auch die Zunahme des Natriumgehalts der EBCs konnte ich nachweisen. Junge Blätter haben eine hohe Dichte an intakten EBCs, was deren Funktion als externe Salzspeicher besonders zum Schutz dieser jungen Blätter nahelegt. mRNA-Sequenzierungen ergaben darüber hinaus, dass die EBCs bereits unter Kontrollbedingungen viele in grundlegende Stoffwechselprozesse involvierte Gene sowie membranständige Transportproteine differentiell exprimieren. Diese Unterschiede im Transkriptom der EBCs zum Blattgewebe zeigen, dass katabole Stoffwechselwege nur eine untergeordnete Rolle in den hochspezialisierten EBCs spielen und deren Stoffwechsel auf dem Import energiereicher Zucker und Aminosäuren basiert. Mittels qPCR-Messungen und RNA-Sequenzierungen konnte ich die gewebespezifische Expression verschiedener Transportproteine nachweisen, die eine gerichtete Aufnahme von Natrium in EBCs ermöglichen könnten. Besonders die differentielle Expression eines Natriumkanals der HKT1-Familie deutet auf dessen Beteiligung an der Natriumbeladung der EBCs hin. CqHKT1.2 wurde ausschließlich in EBCs exprimiert und die elektrophysiologische Charakterisierung dieses Transportproteins ergab eine spannungsabhängige Natriumleitfähigkeit. Dieser Natriumkanal kann demnach die Natriumaufnahme bei Membranspannungen nahe dem Ruhepotential in die EBCs vermitteln und die Deaktivierung des CqHKT1.2 bei depolarisierenden Membranspannungen kann darüber hinaus einen Efflux von Na+ aus den EBCs verhindern. Auch das Expressionsmuster eines putativen Na+/H+-Antiporters (CqSOS1) der nur sehr gering in EBCs aber deutlich höher in Blattgewebe exprimiert wurde, deutet auf eine indirekte Beteiligung dieses SOS1 an der Beladung der EBCs hin. Bereits charakterisierte SOS1-Proteine anderer Pflanzen zeigten unter physiologischen Bedingungen eine Natriumexport-Aktivität. CqSOS1 könnte demnach den Export von Natrium aus Mesophyll- und Epidermiszellen der Blätter in den Apoplasten vermitteln, welches dann über CqHKT1.2 in die EBCs aufgenommen wird. Trotz der Natriumaufnahme in die oberirdischen Teile und die EBCs führte die Salzbehandlung ähnlich wie bei den Datteln nicht zu einer Abnahme des bemerkenswert hohen Kaliumgehalts. Mittels qPCR-Untersuchungen konnte ich die Expression verschiedener HAK-Orthologe nachweisen, deren Aktivität die Aufrechterhaltung des Kaliumgehalts unter Salzstress vermitteln könnten. Frühere Studien konnten zeigen, dass Salzstress bei Quinoa wie bei vielen salztoleranten Arten zu einem Anstieg der Konzentration von kompatiblen gelösten Substanzen und besonders von Prolin führt. In dieser Arbeit konnte ich die hohe Expression eines Prolintransporters in EBCs nachweisen, was eher auf einen importbasierten Anstieg der Prolinkonzentration als auf die Synthese innerhalb der EBCs schließen lässt. Zusammengefasst ergaben der Anstieg des Natriumgehalts der EBCs in Verbindung mit den Ergebnissen der RNA-Sequenzierung und den ergänzenden qPCR Messungen, dass die EBCs von Quinoa bereits unter Kontrollbedingen für die Aufnahme von überschüssigen Ionen unter Salzstress spezialisierte Zellen sind, deren Spezialisierung auf dem Import von energiereichreichen Zucken und anderen Substanzen basiert. N2 - The greatest problem faced by the 21st century are climate change and maintaining the food security for an increasing number of people. The increase in extreme weather events, such as drought and heat, makes it difficult to cultivate conventional crops that are not stress tolerant. As a result, increasing irrigation of arable land leads to additional salinization of soils with plant-toxic sodium and chloride ions. Knowledge about the adaptation strategies of salt-tolerant plants to salt stress as well as detailed knowledge about the control of transpiration and thus of the water loss of these plants are therefore important in order to be able to guarantee productive agriculture in the future. In this work, I have worked on various aspects of plant stress physiology, which will be summarized separately below. I. Functional differences of guard cell PYR / PYL receptors A tight regulation of the transpirational water loss through stomata, which are formed by a pair of guard cells, is crucial for regulating the water status of plants. External factors such as light, humidity and CO2 as well as internal factors such as the phytohormone ABA regulate the stoma width and thus the loss of water via individual signal cascades. However, the underlying signaling cascades partly overlap. In particular, the cascades involved in stomatal closure due to increasing CO2 and ABA overlap and the identification of a convergence point of both signals is still the subject of ongoing research. In this context, the ABA receptors of the PYR/PYL family that are expressed in guard cells are of particular interest. Although it has not yet been demonstrated that CO2 leads to an increase in the ABA content of guard cells, some studies indicate that the ABA receptors themselves are involved in the CO2 signaling pathway By studying the stomatal response of Arabidopsis ABA receptor mutants, I demonstrated that the PYR / PYL family ABA receptors expressed in guard cells show functional differences. Pentuple knock out mutants of the ABA receptors PYR1, PYL2, 4, 5, and 8 (12458) showed impairment in ABA-induced stomatal closure, and only complementation with PYL2 and, to a lesser extent, PYR1 could restore ABA sensitivity. Additionally, the stomata of the 12458 knockout mutants were also insensitive to elevated CO2 and the sensitivity could only be restored be the complementation with the receptors PYL4 and PYL5 suggesting an involvement of the ABA receptors in the CO2-induced stomatal closure. Furthermore, all external and internal stimuli that lead to stomatal closure influence the gene expression of guard cells leading to individual adaptions on the gene expression level. Previous microarray studies have shown that each stimulus also affects the expression of a distinct set of ABA receptors. In this work, I showed that the expression of ABA receptors already responded to small changes in the ABA concentration of guard cells and that the receptor expression also differed in their sensitivity to ABA. Small changes in the ABA concentration of guard cells could therefore influence their receptor composition. In addition, I was able to show that the receptors affect the expression of different downstream genes, suggesting that adjustments of the receptor pool by small changes in the ABA content of guard cells ultimately lead to long-term adaptations to external conditions at the gene expression level. II. Specific features of the stomata of the extremely tolerant date palm (Phoenix dactylifera) Date palms naturally occur in particularly dry and hot locations, where due to the harsh conditions only very few plant species are able to grow at all. One possible reason for the outstanding tolerance of this species to water-limiting conditions is an adaptation of the stomatal regulation in favor of maintaining water balance. In this work, I was able to demonstrate fundamental differences in the stomatal physiology of date palm and the rather sensitive model plant Arabidopsis thaliana by comparative studies of light-dependent transpiration and ABA-induced stoma closure. Leaf gas exchange measurements showed that date palm can keep the stomata closed at low light intensities, where Arabidopsis already had clearly opened stomata. However, the most significant difference in the stomatal physiology between date palm and Arabidopsis was found in the ABA-induced stomatal closure. While ABA fed via the petiole resulted in complete stomatal closure within 15 minutes in Arabidopsis, I showed that ABA-induced stomatal closure is nitrate-dependent in date palm. ABA alone only resulted in a very slow stomatal closure that was not fully completed within one hour. Only in the presence of nitrate did the feeding of ABA into the transpiration stream of date palm pinates lead to a rapid and complete stomatal closure. In Arabidopsis, the guard cell-expressed anion channel AtSLAC1 is activated by ABA signaling-mediated phosphorylation, triggering voltage-dependent cation channels to open and ultimately channeling potassium out of the guard cells. It could be shown that the nitrate dependence of the ABA response of the date palm guard cells is due to properties of PdSLAC1 and that this channel can only be activated in the presence of extracellular nitrate. Based on these results, a tandem amino acid sequence has now been identified, that distinguishes the SLAC homologues of monocotyledonous plants (including date palm) from dicotyledonous plants (including Arabidopsis) and is at least partially responsible for the nitrate-dependent activation of the stoma conductance of many monocots. III. The strategies behind the salt tolerance of P. dactylifera and Chenopodium quinoa Both date palms and C. quinoa have a high tolerance to NaCl-containing soils compared to most other plant species. In this work, I studied the salt tolerance of both species to identify strategies that allow these plants to grow under salt stress conditions. Date palm naturally grows on saline soils along the coast of the Arabian Peninsula. However, they do not possess any macroscopic adaptations such as salt glands. So far it is unclear how date palms handle excessive NaCl from the soil. In this work, I was able to show that the sodium content of date palm pinates does not increase after a six-week irrigation with 600mM NaCl, which is roughly the concentration of seawater. Accordingly, date palm is a so-called "excluder", i.e. a plant that avoids excessive sodium uptake into photosynthetically-active tissue. The sodium content of roots, however, increased under salt stress. But this increase was different in different areas of the roots. Flame photometric measurements revealed a gradual increase in sodium content from upper to lower parts of the roots, which was highest at the root tip. In addition, induction of PdSOS1, a putative Na+/H+ antiporter in these lower sodium-containing regions has been demonstrated. High SOS1 activity is already considered to be a key feature of tolerance in other species, and increased expression of PdSOS1 indicates increased sodium export rates from the root back into the soil in these lower areas, which could ultimately mediate the exclusion of sodium. In sensitive plant species, salt stress often leads to a decrease in the potassium concentration of the tissue. Interestingly, this was not the case for date palm leaf or root tissue. The potassium content of both tissues remained constant despite irrigation of the plants with salt water. On the expression level, I also showed that PdHAK5, a putative high-affinity potassium transporter predominantly expressed in the upper root sections under control conditions, was repressed by the salt stress there. In contrast, PdKT, also a putative potassium transport protein, was not affected by the salt treatment, suggesting that maintenance of potassium content in salt stress is ensured by the differential regulation of various potassium uptake systems. The efficient exclusion of sodium together with the high K+/Na+ ratio could therefore be key features of the high salt tolerance of Phoenix dactylifera. Quinoa, like the date palm, is a salt-tolerant crop but in contrast to date palms quinoa has special structures on the epidermis, the so-called epidermal bladder cells (EBCs). The function of these balloon-like enlarged cells as external salt dumpers has been proposed. Flame photometric measurements of the sodium content of quinoa under salt stress conditions showed that quinoa, unlike date palm, absorbs sodium in the above-ground, photosynthetically active parts. I was also able to prove the increase in the sodium content of the EBCs. Young leaves are equipped with a high density of intact EBCs, suggesting their function as external salt stores, especially for the protection of these young leaves. In addition, mRNA sequencing revealed that the EBCs, already under control conditions, differentially express many genes involved in basic metabolic processes as well as membrane-bound transport proteins. These differences in the transcriptome of EBCs to leaf tissue show that catabolic pathways such as photosynthesis play only a minor role in the highly specialized EBCs and their metabolism is based on the import of high energy compounds such as sugars or amino acids. Using qPCR measurements and RNA sequencing, I was able to demonstrate the tissue-specific expression of various transport proteins, which could allow unidirectional uptake of sodium in EBCs. In particular, the differential expression of a sodium channel of the HKT1 family indicates its involvement in the sodium loading of the EBCs. CqHKT1.2 was expressed exclusively in EBCs and the electrophysiological characterization of this transport protein revealed a voltage-dependent sodium conductivity. Thus, this sodium channel can mediate sodium uptake into EBCs at normal membrane voltages, and deactivation of CqHKT1.2 at depolarized membrane voltages can prevent efflux of Na+ out of the EBCs. The expression pattern of a putative Na+/H+ antiporter (CqSOS1), which is expressed only very low in EBCs but significantly higher in leaf tissue, indicates an indirect involvement of this SOS1 in the loading of the EBCs. SOS1 proteins from other plant species that have already been characterized showed a sodium export activity under physiological conditions. Thus, CqSOS1 could mediate the export of sodium from mesophyll and epidermis cells of the leaves in the apoplasts, which is then absorbed into the EBCs via CqHKT1.2. Similar to the results of date palm, the sodium uptake into the above ground parts and the EBCs of quinoa during the salt treatment did not lead to a decrease in the remarkably high potassium content of quinoa. Using qPCR studies, I was able to demonstrate the expression of various HAK orthologues, the activity of which could mediate the maintenance of potassium levels under salt stress. Previous studies have shown that salt stress in quinoa, as in many tolerant species, leads to an increase in the concentration of compatible solutes and particularly proline. In this work, I was able to demonstrate the high expression of a proline transporter in EBCs, suggesting an import-based increase in proline concentration rather than synthesis within the EBCs. In summary, the increase in sodium in EBCs together with the RNA-Seq analyses and the complementary qPCR measurements revealed that the Quinoa EBCs under control conditions are already equipped for the uptake of excess ions under salt stress, with a metabolism that strongly depends on the import of high-energy compounds such as sugars and amino acids. KW - Botanik KW - Salzresistenz KW - Dürreresistenz KW - abiotische Stresstoleranz von Pflanzen KW - abiotic stress tolerance of plants Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179005 ER - TY - JOUR A1 - Wohlwend, Michael R. A1 - Craven, Dylan A1 - Weigelt, Patrick A1 - Seebens, Hanno A1 - Winter, Marten A1 - Kreft, Holger A1 - Zurell, Damaris A1 - Sarmento Cabral, Juliano A1 - Essl, Franz A1 - van Kleunen, Mark A1 - Pergl, Jan A1 - Pyšek, Petr A1 - Knight, Tiffany M. T1 - Anthropogenic and environmental drivers shape diversity of naturalized plants across the Pacific JF - Diversity and Distributions N2 - Aim The Pacific exhibits an exceptional number of naturalized plant species, but the drivers of this high diversity and the associated compositional patterns remain largely unknown. Here, we aim to (a) improve our understanding of introduction and establishment processes and (b) evaluate whether this information is sufficient to create scientific conservation tools, such as watchlists. Location Islands in the Pacific Ocean, excluding larger islands such as New Zealand, Japan, the Philippines and Indonesia. Methods We combined information from the most up‐to‐date data sources to quantify naturalized plant species richness and turnover across island groups and investigate the effects of anthropogenic, biogeographic and climate drivers on these patterns. In total, we found 2,672 naturalized plant species across 481 islands and 50 island groups, with a total of 11,074 records. Results Most naturalized species were restricted to few island groups, and most island groups have a low number of naturalized species. Island groups with few naturalized species were characterized by a set of widespread naturalized species. Several plant families that contributed many naturalized species globally also did so in the Pacific, particularly Fabaceae and Poaceae. However, many families were significantly over‐ or under‐represented in the Pacific naturalized flora compared to other regions of the world. Naturalized species richness increased primarily with increased human activity and island altitude/area, whereas similarity between island groups in temperature along with richness differences was most important for beta diversity. Main conclusions The distribution and richness of naturalized species can be explained by a small set of drivers. The Pacific region contains many naturalized plant species also naturalized in other regions in the world, but our results highlight key differences such as a stronger role of anthropogenic drivers in shaping diversity patterns. Our results establish a basis for predicting and preventing future naturalizations in a threatened biodiversity hotspot. KW - anthropogenic drivers KW - beta diversity KW - island biogeography KW - naturalized species KW - Pacific Ocean KW - plant invasion Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239925 VL - 27 IS - 6 SP - 1120 EP - 1133 ER - TY - JOUR A1 - Aido, Ahmed A1 - Zaitseva, Olena A1 - Wajant, Harald A1 - Buzgo, Matej A1 - Simaite, Aiva T1 - Anti-Fn14 antibody-conjugated nanoparticles display membrane TWEAK-like agonism JF - Pharmaceutics N2 - Conventional bivalent IgG antibodies targeting a subgroup of receptors of the TNF superfamily (TNFSF) including fibroblast growth factor-inducible 14 (anti-Fn14) typically display no or only very limited agonistic activity on their own and can only trigger receptor signaling by crosslinking or when bound to Fcγ receptors (FcγR). Both result in proximity of multiple antibody-bound TNFRSF receptor (TNFR) molecules, which enables engagement of TNFR-associated signaling pathways. Here, we have linked anti-Fn14 antibodies to gold nanoparticles to mimic the “activating” effect of plasma membrane-presented FcγR-anchored anti-Fn14 antibodies. We functionalized gold nanoparticles with poly-ethylene glycol (PEG) linkers and then coupled antibodies to the PEG surface of the nanoparticles. We found that Fn14 binding of the anti-Fn14 antibodies PDL192 and 5B6 is preserved upon attachment to the nanoparticles. More importantly, the gold nanoparticle-presented anti-Fn14 antibody molecules displayed strong agonistic activity. Our results suggest that conjugation of monoclonal anti-TNFR antibodies to gold nanoparticles can be exploited to uncover their latent agonism, e.g., for immunotherapeutic applications. KW - Fn14 KW - nanoparticles KW - surface modification KW - drug-delivery KW - anti-TNFRSF receptor (TNFR) antibodies Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-242710 SN - 1999-4923 VL - 13 IS - 7 ER - TY - JOUR A1 - Colizzi, Francesca Sara A1 - Beer, Katharina A1 - Cuti, Paolo A1 - Deppisch, Peter A1 - Martínez Torres, David A1 - Yoshii, Taishi A1 - Helfrich-Förster, Charlotte T1 - Antibodies Against the Clock Proteins Period and Cryptochrome Reveal the Neuronal Organization of the Circadian Clock in the Pea Aphid JF - Frontiers in Physiology N2 - Circadian clocks prepare the organism to cyclic environmental changes in light, temperature, or food availability. Here, we characterized the master clock in the brain of a strongly photoperiodic insect, the aphid Acyrthosiphon pisum, immunohistochemically with antibodies against A. pisum Period (PER), Drosophila melanogaster Cryptochrome (CRY1), and crab Pigment-Dispersing Hormone (PDH). The latter antibody detects all so far known PDHs and PDFs (Pigment-Dispersing Factors), which play a dominant role in the circadian system of many arthropods. We found that, under long days, PER and CRY are expressed in a rhythmic manner in three regions of the brain: the dorsal and lateral protocerebrum and the lamina. No staining was detected with anti-PDH, suggesting that aphids lack PDF. All the CRY1-positive cells co-expressed PER and showed daily PER/CRY1 oscillations of high amplitude, while the PER oscillations of the CRY1-negative PER neurons were of considerable lower amplitude. The CRY1 oscillations were highly synchronous in all neurons, suggesting that aphid CRY1, similarly to Drosophila CRY1, is light sensitive and its oscillations are synchronized by light-dark cycles. Nevertheless, in contrast to Drosophila CRY1, aphid CRY1 was not degraded by light, but steadily increased during the day and decreased during the night. PER was always located in the nuclei of the clock neurons, while CRY was predominantly cytoplasmic and revealed the projections of the PER/CRY1-positive neurons. We traced the PER/CRY1-positive neurons through the aphid protocerebrum discovering striking similarities with the circadian clock of D. melanogaster: The CRY1 fibers innervate the dorsal and lateral protocerebrum and putatively connect the different PER-positive neurons with each other. They also run toward the pars intercerebralis, which controls hormone release via the neurohemal organ, the corpora cardiaca. In contrast to Drosophila, the CRY1-positive fibers additionally travel directly toward the corpora cardiaca and the close-by endocrine gland, corpora allata. This suggests a direct link between the circadian clock and the photoperiodic control of hormone release that can be studied in the future. KW - aphids KW - circadian clock KW - cryptochrome KW - period KW - hemiptera KW - insects KW - photoperiodism Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-242909 SN - 1664-042X VL - 12 ER - TY - JOUR A1 - Marincola, Gabriella A1 - Liong, Olivia A1 - Schoen, Christoph A1 - Abouelfetouh, Alaa A1 - Hamdy, Aisha A1 - Wencker, Freya D. R. A1 - Marciniak, Tessa A1 - Becker, Karsten A1 - Köck, Robin A1 - Ziebuhr, Wilma T1 - Antimicrobial Resistance Profiles of Coagulase-Negative Staphylococci in Community-Based Healthy Individuals in Germany JF - Frontiers in Public Health N2 - Coagulase-negative staphylococci (CoNS) are common opportunistic pathogens, but also ubiquitous human and animal commensals. Infection-associated CoNS from healthcare environments are typically characterized by pronounced antimicrobial resistance (AMR) including both methicillin- and multidrug-resistant isolates. Less is known about AMR patterns of CoNS colonizing the general population. Here we report on AMR in commensal CoNS recovered from 117 non-hospitalized volunteers in a region of Germany with a high livestock density. Among the 69 individuals colonized with CoNS, 29 had reported contacts to either companion or farm animals. CoNS were selectively cultivated from nasal swabs, followed by species definition by 16S rDNA sequencing and routine antibiotic susceptibility testing. Isolates displaying phenotypic AMR were further tested by PCR for presence of selected AMR genes. A total of 127 CoNS were isolated and Staphylococcus epidermidis (75%) was the most common CoNS species identified. Nine isolates (7%) were methicillin-resistant (MR) and carried the mecA gene, with seven individuals (10%) being colonized with at least one MR-CoNS isolate. While resistance against gentamicin, phenicols and spectinomycin was rare, high resistance rates were found against tetracycline (39%), erythromycin (33%) and fusidic acid (24%). In the majority of isolates, phenotypic resistance could be associated with corresponding AMR gene detection. Multidrug-resistance (MDR) was observed in 23% (29/127) of the isolates, with 33% (23/69) of the individuals being colonized with MDR-CoNS. The combined data suggest that MR- and MDR-CoNS are present in the community, with previous animal contact not significantly influencing the risk of becoming colonized with such isolates. KW - coagulase-negative staphylococci KW - antimicrobial resistance KW - One Health KW - community settings KW - Germany Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-240881 SN - 2296-2565 VL - 9 ER - TY - JOUR A1 - Surat, Güzin A1 - Bernsen, Dominik A1 - Schimmer, Christoph T1 - Antimicrobial stewardship measures in cardiac surgery and its impact on surgical site infections JF - Journal of Cardiothoracic Surgery N2 - Objective The goal of this study was to monitor the compliance and impact on a protocol change of surgical antimicrobial prophylaxis in cardiac surgery favouring cefazolin instead cefuroxime, initiated by the hospital’s antimicrobial stewardship team. Methods This quality improvement study was performed in a tertiary care hospital in collaboration with the department of cardiothoracic surgery and the hospitals antimicrobial stewardship team following a revision of the standard for surgical antimicrobial prophylaxis including 1029 patients who underwent cardiac surgery. 582 patients receiving cefuroxime and 447 patients receiving cefazolin respectively were compared without altering any other preventative perioperative measures including its postoperative duration of less than 24 h. Adherence and surgical site infections were compiled and analysed. Results A complete adherence was achieved. Overall surgical site infections occurred in 37 (3.6%) of the cases, 20 (3.4%) in cefuroxime patients and 17 (3.8%) in cefazolin patients (p value = 0.754). No statistically significant differences could be found in any of the primary endpoints, but there was a trend towards less deep sternal wound infections in the cefazolin group. Conclusions The study supports the role of antimicrobial stewardship in cardiac surgery and mirrors the success of a multidisciplinary team aiming to minimize adverse events by optimizing antibiotic use. KW - antimicrobial stewardship KW - surgical antimicrobial prophylaxis KW - cardiac surgery KW - surgical site infections Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-265533 VL - 16 ER - TY - THES A1 - Metzler, David T1 - Appendizitis im Kindesalter - eine retrospektive Analyse T1 - Appendicitis in childhood - a retrospective analysis N2 - Die akute Appendizitis stellt die häufigste Ursache des akuten Abdomens jenseits des Säuglings- und Kleinkindalters dar. Gerade aufgrund der erschwerten Diagnostik und des häufig foudroyanten Verlaufes bei jüngeren Kindern sind eine frühzeitige Diagnosestellung und adäquate Therapie dieser Erkrankung von unermesslichem Wert. Diese retrospektive Studie befasst sich mit Kindern und Jugendlichen unter 18 Jahren, die im Zeitraum vom 01.05.2008 bis 31.05.2013 in der Abteilung für Kinderchirurgie des Universitätsklinikums Würzburg appendektomiert und postoperativ betreut wurden. Simultaneingriffe, wie z.B. Appendektomie bei Malrotation, wurden hierbei ausgeschlossen. Ziel der vorliegenden Dissertation war es unter anderem, das präoperative Management bezüglich der Diagnostik einer Appendizitis darzustellen und zu beurteilen. Hierbei wurde auch die Bedeutung der Leukozytenzahl sowie des C-reaktiven Proteins untersucht. Ein weiterer Fokus lag darauf, die intraoperative Einschätzung des makroskopischen Befundes durch den Operateur dem jeweiligen histopathologischen Befund gegenüberzustellen. Darüber hinaus wurde das Patientengut hinsichtlich des Verteilungsmusters von Alter und Geschlecht beleuchtet und der Frage nachgegangen, ob es einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Auftreten einer Appendizitis und der jeweiligen Jahreszeit bzw. Wetterlage gibt. Abschließend lag ein Schwerpunkt der Arbeit darauf, den Stellenwert der laparoskopischen Appendektomie bei Kindern am UKW zu ermitteln und mögliche Vorteile dieses minimalinvasiven Operationsverfahrens gegenüber der konventionellen Appendektomie zu untersuchen. Die Einordnung und Diskussion der Ergebnisse erfolgte anhand der aktuellen Literatur beziehungsweise Studienlage. N2 - Acute appendicitis is the most common cause of acute abdomen beyond infancy and early childhood. Difficulties in diagnosing this disease in combination with an often fulminant course in smaller children emphasize the importance of early diagnosis and adequate therapy. This retrospective study investigates children and adolescents below 18 years of age who have undergone appendectomy and postoperative treatment in the Department for Child Surgery of the University Hospital of Würzburg between 01 May 2008 and 31 May 2013. Patients who received additional surgical interventions (e.g. for malrotation) were excluded. One of the goals of this thesis was to analyze the preoperative management regarding the diagnostics of appendicitis. We focused on the significance of leukocyte count and c-reactive protein. In addition, we compared the intraoperative surgical assessment of the macroscopic findings with the histopathologic results. The distribution of age and sex was analyzed as well as possible correlations between appendicitis and seasons or appendicitis and weather conditions. The final point was to assess the importance of laparoscopic technique for appendectomy in children in the University Hospital of Würzburg and to find possible advantages over a conventional open approach appendectomy. Classification and discussion of the results were performed based on the current state of literature or rather study situation. KW - Blinddarmentzündung KW - Appendizitis KW - Wurmfortsatzentzündung KW - Appendizitis KW - appendicitis KW - Kindesalter KW - childhood KW - retrospektiv KW - retrospective Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-238136 ER - TY - JOUR A1 - Klein, Igor A1 - Oppelt, Natascha A1 - Kuenzer, Claudia T1 - Application of remote sensing data for locust research and management — a review JF - Insects N2 - Recently, locust outbreaks around the world have destroyed agricultural and natural vegetation and caused massive damage endangering food security. Unusual heavy rainfalls in habitats of the desert locust (Schistocerca gregaria) and lack of monitoring due to political conflicts or inaccessibility of those habitats lead to massive desert locust outbreaks and swarms migrating over the Arabian Peninsula, East Africa, India and Pakistan. At the same time, swarms of the Moroccan locust (Dociostaurus maroccanus) in some Central Asian countries and swarms of the Italian locust (Calliptamus italicus) in Russia and China destroyed crops despite developed and ongoing monitoring and control measurements. These recent events underline that the risk and damage caused by locust pests is as present as ever and affects 100 million of human lives despite technical progress in locust monitoring, prediction and control approaches. Remote sensing has become one of the most important data sources in locust management. Since the 1980s, remote sensing data and applications have accompanied many locust management activities and contributed to an improved and more effective control of locust outbreaks and plagues. Recently, open-access remote sensing data archives as well as progress in cloud computing provide unprecedented opportunity for remote sensing-based locust management and research. Additionally, unmanned aerial vehicle (UAV) systems bring up new prospects for a more effective and faster locust control. Nevertheless, the full capacity of available remote sensing applications and possibilities have not been exploited yet. This review paper provides a comprehensive and quantitative overview of international research articles focusing on remote sensing application for locust management and research. We reviewed 110 articles published over the last four decades, and categorized them into different aspects and main research topics to summarize achievements and gaps for further research and application development. The results reveal a strong focus on three species — the desert locust, the migratory locust (Locusta migratoria), and the Australian plague locust (Chortoicetes terminifera) — and corresponding regions of interest. There is still a lack of international studies for other pest species such as the Italian locust, the Moroccan locust, the Central American locust (Schistocerca piceifrons), the South American locust (Schistocerca cancellata), the brown locust (Locustana pardalina) and the red locust (Nomadacris septemfasciata). In terms of applied sensors, most studies utilized Advanced Very-High-Resolution Radiometer (AVHRR), Satellite Pour l’Observation de la Terre VEGETATION (SPOT-VGT), Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) as well as Landsat data focusing mainly on vegetation monitoring or land cover mapping. Application of geomorphological metrics as well as radar-based soil moisture data is comparably rare despite previous acknowledgement of their importance for locust outbreaks. Despite great advance and usage of available remote sensing resources, we identify several gaps and potential for future research to further improve the understanding and capacities of the use of remote sensing in supporting locust outbreak- research and management. KW - locust monitoring KW - locust outbreak KW - remote sensing KW - locust habitat KW - locust pest Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234090 SN - 2075-4450 VL - 12 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Winter, Michael A1 - Pryss, Rüdiger A1 - Probst, Thomas A1 - Reichert, Manfred T1 - Applying Eye Movement Modeling Examples to guide novices' attention in the comprehension of process models JF - Brain Sciences N2 - Process models are crucial artifacts in many domains, and hence, their proper comprehension is of importance. Process models mediate a plethora of aspects that are needed to be comprehended correctly. Novices especially face difficulties in the comprehension of process models, since the correct comprehension of such models requires process modeling expertise and visual observation capabilities to interpret these models correctly. Research from other domains demonstrated that the visual observation capabilities of experts can be conveyed to novices. In order to evaluate the latter in the context of process model comprehension, this paper presents the results from ongoing research, in which gaze data from experts are used as Eye Movement Modeling Examples (EMMEs) to convey visual observation capabilities to novices. Compared to prior results, the application of EMMEs improves process model comprehension significantly for novices. Novices achieved in some cases similar performances in process model comprehension to experts. The study's insights highlight the positive effect of EMMEs on fostering the comprehension of process models. KW - Business Process Models KW - Process Model Comprehension KW - Eye Movement Modeling Examples KW - eye tracking KW - human-centered design KW - cognition Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222966 SN - 2076-3425 VL - 11 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Blum, Carina A1 - Taskin, Mehmet Berat A1 - Shan, Junwen A1 - Schilling, Tatjana A1 - Schlegelmilch, Katrin A1 - Teßmar, Jörg A1 - Groll, Jürgen T1 - Appreciating the First Line of the Human Innate Immune Defense: A Strategy to Model and Alleviate the Neutrophil Elastase-Mediated Attack toward Bioactivated Biomaterials JF - Small N2 - Biointerface engineering is a wide-spread strategy to improve the healing process and subsequent tissue integration of biomaterials. Especially the integration of specific peptides is one promising strategy to promote the regenerative capacity of implants and 3D scaffolds. In vivo, these tailored interfaces are, however, first confronted with the innate immune response. Neutrophils are cells with pronounced proteolytic potential and the first recruited immune cells at the implant site; nonetheless, they have so far been underappreciated in the design of biomaterial interfaces. Herein, an in vitro approach is introduced to model and analyze the neutrophil interaction with bioactivated materials at the example of nano-bioinspired electrospun surfaces that reveals the vulnerability of a given biointerface design to the contact with neutrophils. A sacrificial, transient hydrogel coating that demonstrates optimal protection for peptide-modified surfaces and thus alleviates the immediate cleavage by neutrophil elastase is further introduced. KW - solution electrospinning KW - human neutrophil elastase (HNE) KW - peptide immobilization KW - polymeric matrix Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-257691 VL - 17 IS - 13 ER - TY - JOUR A1 - Bousquet, Jean A1 - Anto, Josep M. A1 - Bachert, Claus A1 - Haahtela, Tari A1 - Zuberbier, Torsten A1 - Czarlewski, Wienczyslawa A1 - Bedbrook, Anna A1 - Bosnic‐Anticevich, Sinthia A1 - Walter Canonica, G. A1 - Cardona, Victoria A1 - Costa, Elisio A1 - Cruz, Alvaro A. A1 - Erhola, Marina A1 - Fokkens, Wytske J. A1 - Fonseca, Joao A. A1 - Illario, Maddalena A1 - Ivancevich, Juan‐Carlos A1 - Jutel, Marek A1 - Klimek, Ludger A1 - Kuna, Piotr A1 - Kvedariene, Violeta A1 - Le, LTT A1 - Larenas‐Linnemann, Désirée E. A1 - Laune, Daniel A1 - Lourenço, Olga M. A1 - Melén, Erik A1 - Mullol, Joaquim A1 - Niedoszytko, Marek A1 - Odemyr, Mikaëla A1 - Okamoto, Yoshitaka A1 - Papadopoulos, Nikos G. A1 - Patella, Vincenzo A1 - Pfaar, Oliver A1 - Pham‐Thi, Nhân A1 - Rolland, Christine A1 - Samolinski, Boleslaw A1 - Sheikh, Aziz A1 - Sofiev, Mikhail A1 - Suppli Ulrik, Charlotte A1 - Todo‐Bom, Ana A1 - Tomazic, Peter‐Valentin A1 - Toppila‐Salmi, Sanna A1 - Tsiligianni, Ioanna A1 - Valiulis, Arunas A1 - Valovirta, Erkka A1 - Ventura, Maria‐Teresa A1 - Walker, Samantha A1 - Williams, Sian A1 - Yorgancioglu, Arzu A1 - Agache, Ioana A1 - Akdis, Cezmi A. A1 - Almeida, Rute A1 - Ansotegui, Ignacio J. A1 - Annesi‐Maesano, Isabella A1 - Arnavielhe, Sylvie A1 - Basagaña, Xavier A1 - D. Bateman, Eric A1 - Bédard, Annabelle A1 - Bedolla‐Barajas, Martin A1 - Becker, Sven A1 - Bennoor, Kazi S. A1 - Benveniste, Samuel A1 - Bergmann, Karl C. A1 - Bewick, Michael A1 - Bialek, Slawomir A1 - E. Billo, Nils A1 - Bindslev‐Jensen, Carsten A1 - Bjermer, Leif A1 - Blain, Hubert A1 - Bonini, Matteo A1 - Bonniaud, Philippe A1 - Bosse, Isabelle A1 - Bouchard, Jacques A1 - Boulet, Louis‐Philippe A1 - Bourret, Rodolphe A1 - Boussery, Koen A1 - Braido, Fluvio A1 - Briedis, Vitalis A1 - Briggs, Andrew A1 - Brightling, Christopher E. A1 - Brozek, Jan A1 - Brusselle, Guy A1 - Brussino, Luisa A1 - Buhl, Roland A1 - Buonaiuto, Roland A1 - Calderon, Moises A. A1 - Camargos, Paulo A1 - Camuzat, Thierry A1 - Caraballo, Luis A1 - Carriazo, Ana‐Maria A1 - Carr, Warner A1 - Cartier, Christine A1 - Casale, Thomas A1 - Cecchi, Lorenzo A1 - Cepeda Sarabia, Alfonso M. A1 - H. Chavannes, Niels A1 - Chkhartishvili, Ekaterine A1 - Chu, Derek K. A1 - Cingi, Cemal A1 - Correia de Sousa, Jaime A1 - Costa, David J. A1 - Courbis, Anne‐Lise A1 - Custovic, Adnan A1 - Cvetkosvki, Biljana A1 - D'Amato, Gennaro A1 - da Silva, Jane A1 - Dantas, Carina A1 - Dokic, Dejan A1 - Dauvilliers, Yves A1 - De Feo, Giulia A1 - De Vries, Govert A1 - Devillier, Philippe A1 - Di Capua, Stefania A1 - Dray, Gerard A1 - Dubakiene, Ruta A1 - Durham, Stephen R. A1 - Dykewicz, Mark A1 - Ebisawa, Motohiro A1 - Gaga, Mina A1 - El‐Gamal, Yehia A1 - Heffler, Enrico A1 - Emuzyte, Regina A1 - Farrell, John A1 - Fauquert, Jean‐Luc A1 - Fiocchi, Alessandro A1 - Fink‐Wagner, Antje A1 - Fontaine, Jean‐François A1 - Fuentes Perez, José M. A1 - Gemicioğlu, Bilun A1 - Gamkrelidze, Amiran A1 - Garcia‐Aymerich, Judith A1 - Gevaert, Philippe A1 - Gomez, René Maximiliano A1 - González Diaz, Sandra A1 - Gotua, Maia A1 - Guldemond, Nick A. A1 - Guzmán, Maria‐Antonieta A1 - Hajjam, Jawad A1 - Huerta Villalobos, Yunuen R. A1 - Humbert, Marc A1 - Iaccarino, Guido A1 - Ierodiakonou, Despo A1 - Iinuma, Tomohisa A1 - Jassem, Ewa A1 - Joos, Guy A1 - Jung, Ki‐Suck A1 - Kaidashev, Igor A1 - Kalayci, Omer A1 - Kardas, Przemyslaw A1 - Keil, Thomas A1 - Khaitov, Musa A1 - Khaltaev, Nikolai A1 - Kleine‐Tebbe, Jorg A1 - Kouznetsov, Rostislav A1 - Kowalski, Marek L. A1 - Kritikos, Vicky A1 - Kull, Inger A1 - La Grutta, Stefania A1 - Leonardini, Lisa A1 - Ljungberg, Henrik A1 - Lieberman, Philip A1 - Lipworth, Brian A1 - Lodrup Carlsen, Karin C. A1 - Lopes‐Pereira, Catarina A1 - Loureiro, Claudia C. A1 - Louis, Renaud A1 - Mair, Alpana A1 - Mahboub, Bassam A1 - Makris, Michaël A1 - Malva, Joao A1 - Manning, Patrick A1 - Marshall, Gailen D. A1 - Masjedi, Mohamed R. A1 - Maspero, Jorge F. A1 - Carreiro‐Martins, Pedro A1 - Makela, Mika A1 - Mathieu‐Dupas, Eve A1 - Maurer, Marcus A1 - De Manuel Keenoy, Esteban A1 - Melo‐Gomes, Elisabete A1 - Meltzer, Eli O. A1 - Menditto, Enrica A1 - Mercier, Jacques A1 - Micheli, Yann A1 - Miculinic, Neven A1 - Mihaltan, Florin A1 - Milenkovic, Branislava A1 - Mitsias, Dimitirios I. A1 - Moda, Giuliana A1 - Mogica‐Martinez, Maria‐Dolores A1 - Mohammad, Yousser A1 - Montefort, Steve A1 - Monti, Ricardo A1 - Morais‐Almeida, Mario A1 - Mösges, Ralph A1 - Münter, Lars A1 - Muraro, Antonella A1 - Murray, Ruth A1 - Naclerio, Robert A1 - Napoli, Luigi A1 - Namazova‐Baranova, Leyla A1 - Neffen, Hugo A1 - Nekam, Kristoff A1 - Neou, Angelo A1 - Nordlund, Björn A1 - Novellino, Ettore A1 - Nyembue, Dieudonné A1 - O'Hehir, Robyn A1 - Ohta, Ken A1 - Okubo, Kimi A1 - Onorato, Gabrielle L. A1 - Orlando, Valentina A1 - Ouedraogo, Solange A1 - Palamarchuk, Julia A1 - Pali‐Schöll, Isabella A1 - Panzner, Peter A1 - Park, Hae‐Sim A1 - Passalacqua, Gianni A1 - Pépin, Jean‐Louis A1 - Paulino, Ema A1 - Pawankar, Ruby A1 - Phillips, Jim A1 - Picard, Robert A1 - Pinnock, Hilary A1 - Plavec, Davor A1 - Popov, Todor A. A1 - Portejoie, Fabienne A1 - Price, David A1 - Prokopakis, Emmanuel P. A1 - Psarros, Fotis A1 - Pugin, Benoit A1 - Puggioni, Francesca A1 - Quinones‐Delgado, Pablo A1 - Raciborski, Filip A1 - Rajabian‐Söderlund, Rojin A1 - Regateiro, Frederico S. A1 - Reitsma, Sietze A1 - Rivero‐Yeverino, Daniela A1 - Roberts, Graham A1 - Roche, Nicolas A1 - Rodriguez‐Zagal, Erendira A1 - Rolland, Christine A1 - Roller‐Wirnsberger, Regina E. A1 - Rosario, Nelson A1 - Romano, Antonino A1 - Rottem, Menachem A1 - Ryan, Dermot A1 - Salimäki, Johanna A1 - Sanchez‐Borges, Mario M. A1 - Sastre, Joaquin A1 - Scadding, Glenis K. A1 - Scheire, Sophie A1 - Schmid‐Grendelmeier, Peter A1 - Schünemann, Holger J. A1 - Sarquis Serpa, Faradiba A1 - Shamji, Mohamed A1 - Sisul, Juan‐Carlos A1 - Sofiev, Mikhail A1 - Solé, Dirceu A1 - Somekh, David A1 - Sooronbaev, Talant A1 - Sova, Milan A1 - Spertini, François A1 - Spranger, Otto A1 - Stellato, Cristiana A1 - Stelmach, Rafael A1 - Thibaudon, Michel A1 - To, Teresa A1 - Toumi, Mondher A1 - Usmani, Omar A1 - Valero, Antonio A. A1 - Valenta, Rudolph A1 - Valentin‐Rostan, Marylin A1 - Pereira, Marilyn Urrutia A1 - van der Kleij, Rianne A1 - Van Eerd, Michiel A1 - Vandenplas, Olivier A1 - Vasankari, Tuula A1 - Vaz Carneiro, Antonio A1 - Vezzani, Giorgio A1 - Viart, Frédéric A1 - Viegi, Giovanni A1 - Wallace, Dana A1 - Wagenmann, Martin A1 - Wang, De Yun A1 - Waserman, Susan A1 - Wickman, Magnus A1 - Williams, Dennis M. A1 - Wong, Gary A1 - Wroczynski, Piotr A1 - Yiallouros, Panayiotis K. A1 - Yusuf, Osman M. A1 - Zar, Heather J. A1 - Zeng, Stéphane A1 - Zernotti, Mario E. A1 - Zhang, Luo A1 - Shan Zhong, Nan A1 - Zidarn, Mihaela T1 - ARIA digital anamorphosis: Digital transformation of health and care in airway diseases from research to practice JF - Allergy N2 - Digital anamorphosis is used to define a distorted image of health and care that may be viewed correctly using digital tools and strategies. MASK digital anamorphosis represents the process used by MASK to develop the digital transformation of health and care in rhinitis. It strengthens the ARIA change management strategy in the prevention and management of airway disease. The MASK strategy is based on validated digital tools. Using the MASK digital tool and the CARAT online enhanced clinical framework, solutions for practical steps of digital enhancement of care are proposed. KW - ARIA KW - asthma KW - CARAT KW - digital transformation of health and care KW - MASK KW - rhinitis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228339 VL - 76 IS - 1 SP - 168 EP - 190 ER - TY - THES A1 - Wu, Dong T1 - Aspects of Gender in The Unofficial History of the Scholars T1 - Aspekte des Geschlechts am Roman《Rulin waishi》 N2 - The present study focuses on Rulin waishi 儒林外史 (The Unofficial History of the Scholars), a well-known Qing novel, from the perspective of gender. It attempts to contribute to the discussion about Chinese masculinity by identifying the representation of the scholars' masculinity in Rulin waishi and offer a better understanding of the novel's position regarding femininity and women. This project shows that the novel nevertheless reflects rather than challenges gender ideologies of its time. The ideal manhood showed in the novel comprises real virtues and authentic learning. It goes against the traditional, orthodox Confucian masculinity which advocates that officialdom is the glorious path to fulfill a learned man's masculinity. It is mainly due to Wu Jingzi's own failure in the civil service examinations and official careers. Regarding the relation of masculinity and sexuality, the novel reveals that a masculine man is not tempted by female charm but can enjoy a harmonious and companionate marriage. Besides, scholars show great anxiety about their masculinity since they are in a marginal position in society. Their manliness is challenged by officials, merchants, and even commoners, as well as their colleagues. Through a careful examination of stories of Pinniang, Miss Lu, and Mrs. Wang, it reveals that the novel holds a conventional opinion on women although it criticizes widow suicide and shows an egalitarian husband-wife relationship. It praises Confucian womanly virtues, such as following and serving the husband, managing the household, and keeping chastity. Female sexuality is blamed as an evil temptation to lead men to go astray. Women’s learning gains legitimacy when serving to fulfill domestic responsibilities. It carries the Confucian message that men should take the lead and maintain order in the household and reinforces the rightful patriarchy. In a word, rather than go ahead of its time, Rulin waishi holds a conservative attitude towards gender issues. N2 - Die vorliegende Studie konzentriert sich auf Rulin waishi (Die inoffizielle Geschichte der Gelehrten), einen bekannten Qing-Roman aus der Perspektive des Geschlechts. Es versucht, zur Diskussion über die chinesische Männlichkeit beizutragen, indem es die Repräsentation der Männlichkeit der Gelehrten in Rulin waishi identifiziert und ein besseres Verständnis der Position des Romans in Bezug auf Weiblichkeit und Frauen bietet. Dieses Projekt zeigt, dass der Roman die Geschlechterideologien seiner Zeit widerspiegelt und nicht in Frage stellt. Die im Roman gezeigte ideale Männlichkeit umfasst echte Tugenden und authentisches Lernen. Es widerspricht der traditionellen, orthodoxen konfuzianischen Männlichkeit, die befürwortet, dass das Amt der herrliche Weg ist, um die Männlichkeit eines gelehrten Mannes zu erfüllen. Dies ist hauptsächlich auf Wu Jingzis eigenes Versagen bei den Prüfungen im öffentlichen Dienst und bei offiziellen Karrieren zurückzuführen. In Bezug auf das Verhältnis von Männlichkeit und Sexualität zeigt der Roman, dass ein männlicher Mann nicht vom weiblichen Charme verführt wird, sondern eine harmonische und kameradschaftliche Ehe führen kann. Außerdem zeigen sich Wissenschaftler sehr besorgt über ihre Männlichkeit, da sie in der Gesellschaft eine marginale Position einnehmen. Ihre Männlichkeit wird von Beamten, Kaufleuten und sogar Bürgern sowie ihren Kollegen in Frage gestellt. Durch eine sorgfältige Untersuchung der Geschichten von Pinniang, Miss Lu und Mrs. Wang wird deutlich, dass der Roman eine konventionelle Meinung zu Frauen vertritt, obwohl er den Selbstmord von Witwen kritisiert und eine egalitäre Beziehung zwischen Mann und Frau zeigt. Es lobt konfuzianische weibliche Tugenden, wie dem Ehemann zu folgen und ihm zu dienen, den Haushalt zu führen und die Keuschheit zu bewahren. Weibliche Sexualität wird als böse Versuchung beschuldigt, Männer in die Irre zu führen. Das Lernen von Frauen gewinnt an Legitimität, wenn es dazu dient, häusliche Pflichten zu erfüllen. Es trägt die konfuzianische Botschaft, dass Männer die Führung übernehmen und die Ordnung im Haushalt aufrechterhalten sollten, und stärkt das rechtmäßige Patriarchat. Mit einem Wort, Rulin waishi ist seiner Zeit gegenüber konservativ eingestellt, anstatt seiner Zeit voraus zu sein. KW - Rulin waishi KW - The Unofficial History of the Scholars KW - gender KW - masculinity KW - femininity Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219202 ER - TY - JOUR A1 - Gupta, Shishir K. A1 - Srivastava, Mugdha A1 - Osmanoglu, Özge A1 - Xu, Zhuofei A1 - Brakhage, Axel A. A1 - Dandekar, Thomas T1 - Aspergillus fumigatus versus genus Aspergillus: conservation, adaptive evolution and specific virulence genes JF - Microorganisms N2 - Aspergillus is an important fungal genus containing economically important species, as well as pathogenic species of animals and plants. Using eighteen fungal species of the genus Aspergillus, we conducted a comprehensive investigation of conserved genes and their evolution. This also allows us to investigate the selection pressure driving the adaptive evolution in the pathogenic species A. fumigatus. Among single-copy orthologs (SCOs) for A. fumigatus and the closely related species A. fischeri, we identified 122 versus 50 positively selected genes (PSGs), respectively. Moreover, twenty conserved genes of unknown function were established to be positively selected and thus important for adaption. A. fumigatus PSGs interacting with human host proteins show over-representation of adaptive, symbiosis-related, immunomodulatory and virulence-related pathways, such as the TGF-β pathway, insulin receptor signaling, IL1 pathway and interfering with phagosomal GTPase signaling. Additionally, among the virulence factor coding genes, secretory and membrane protein-coding genes in multi-copy gene families, 212 genes underwent positive selection and also suggest increased adaptation, such as fungal immune evasion mechanisms (aspf2), siderophore biosynthesis (sidD), fumarylalanine production (sidE), stress tolerance (atfA) and thermotolerance (sodA). These genes presumably contribute to host adaptation strategies. Genes for the biosynthesis of gliotoxin are shared among all the close relatives of A. fumigatus as an ancient defense mechanism. Positive selection plays a crucial role in the adaptive evolution of A. fumigatus. The genome-wide profile of PSGs provides valuable targets for further research on the mechanisms of immune evasion, antimycotic targeting and understanding fundamental virulence processes. KW - molecular evolution KW - phylogenetic analysis KW - adaptation KW - recombination KW - positive selection KW - human pathogenic fungi KW - genus Aspergillus KW - Aspergillus fumigatus Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246318 SN - 2076-2607 VL - 9 IS - 10 ER - TY - JOUR A1 - Zwirner, Johann A1 - Bohnert, Simone A1 - Franke, Heike A1 - Garland, Jack A1 - Hammer, Niels A1 - Möbius, Dustin A1 - Tse, Rexson A1 - Ondruschka, Benjamin T1 - Assessing protein biomarkers to detect lethal acute traumatic brain injuries in cerebrospinal fluid JF - Biomolecules N2 - Diagnosing traumatic brain injury (TBI) from body fluids in cases where there are no obvious external signs of impact would be useful for emergency physicians and forensic pathologists alike. None of the previous attempts has so far succeeded in establishing a single biomarker to reliably detect TBI with regards to the sensitivity: specificity ratio in a post mortem setting. This study investigated a combination of body fluid biomarkers (obtained post mortem), which may be a step towards increasing the accuracy of biochemical TBI detection. In this study, serum and cerebrospinal fluid (CSF) samples from 30 acute lethal TBI cases and 70 controls without a TBI-related cause of death were evaluated for the following eight TBI-related biomarkers: brain-derived neurotrophic factor (BDNF), ferritin, glial fibrillary acidic protein (GFAP), interleukin 6 (IL-6), lactate dehydrogenase, neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL), neuron-specific enolase and S100 calcium-binding protein B. Correlations among the individual TBI biomarkers were assessed, and a specificity-accentuated threshold value analysis was conducted for all biomarkers. Based on these values, a decision tree modelling approach was performed to assess the most accurate biomarker combination to detect acute lethal TBIs. The results showed that 92.45% of acute lethal TBIs were able to be diagnosed using a combination of IL-6 and GFAP in CSF. The probability of detecting an acute lethal TBI was moderately increased by GFAP alone and considerably increased by the remaining biomarkers. BDNF and NGAL were almost perfectly correlated (p = 0.002; R\(^2\) = 0.944). This study provides evidence that acute lethal TBIs can be detected to a high degree of statistical accuracy using forensic biochemistry. The high inter-individual correlations of biomarkers may help to estimate the CSF concentration of an unknown biomarker, using extrapolation techniques. KW - biomarker combination KW - glial fibrillary acidic protein KW - interleukin-6 KW - post mortem biochemistry KW - traumatic brain injury Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-248587 SN - 2218-273X VL - 11 IS - 11 ER - TY - THES A1 - Eißler, Christoph Marcel T1 - Assessment of the left ventricular systolic and diastolic function in rats using electrocardiogram-gated cardiac positron emission tomography T1 - Bestimmung der linksventrikulären systolischen und diastolischen Funktion in Ratten durch Elektrokardiogramm-getriggerte kardiale Positronen-Emissions-Tomographie N2 - DD is a cardiac disturbance, which has gained increasing importance in recent years due to its important role in different cardiac disease and cardiomyopathies including ischemic cardiomyopathy, arterial hypertension and diabetic cardiomyopathy. ECG-gated 18F-FDG PET is an imaging technique, that can distinguish between districts of myocardial viability and myocardial scars and further provides information of great interest on the efficacy of experimental approaches designed to improve the cardiac function and/or myocardial metabolism in experimental small animal models. However, ECG-gated 18F-FDG PET is a technique whose feasibility in the assessment of the LV diastolic function in small animals has not been a subject of study. In this thesis, the ability of the ECG-gated 18F-FDG PET for the assessment of both the systolic and diastolic function in eight control rats and in seven ZDF rats, which are an experimental animal model mimicking T2DM conditions and diabetic related complications in humans including DCM, has been investigated The ECG-gated 18F-FDG PET imaging was performed under hyperinsulinemic-euglycemic clamping and the data were stored in list mode files and retrospectively reconstructed. The systolic and diastolic parameters were achieved from the time/volume and the time/filling curve calculated from the software HFV. Additionally, the influence of the number of gates per cardiac cycle on the LV volumes and function parameters has been studied. Hyperinsulinemic-euglycemic clamp procedure and blood glucose measurement did confirm the development of a manifest diabetes in the ZDF rats at the timepoint of the experiments. Regarding the systolic parameters, no significant difference could be detected between the ZDF and ZL rats. The values for the CO were similar in both groups, which demonstrates a similar LV systolic function in the ZDF and the ZL rats at the age of 13 weeks. Values for the systolic parameters are in good line with previous PET, MRI and cardiac catheterization-based studies in diabetic rats. The main finding of this study was that by using in vivo ECG-gated 18F-FDG PET and the software HFV, reliable diastolic parameters could be calculated. Moreover, it was possible to detect the presence of a mild impaired diastolic filling in the ZDF rats in absence of any systolic alteration. This impaired diastolic function in an early stage of diabetes could also be detected by other investigators, who used echocardiography or cardiac catheterization. Therefore, this is the first study showing, that the assessment of the diastolic function in rats can be carried out by ECG-gated 18F-FDG PET imaging. In conclusion, additionally to calculating LV volumes and LV EF, ECG-gated 18F-FDG PET can evaluate the diastolic function of healthy and diabetic rats and is able to detect a DD in ZDF rats. N2 - Die DD ist eine Störung der Herzdynamik, welche, aufgrund ihrer Beteiligung in verschiedenen Herzerkrankungen und Kardiomyopathien wie der ischämischen Kardiomyopathie, der arteriellen Hypertonie und der diabetischen Kardiomyopathie, in den letzten Jahren zunehmend in das Interessenzentrum der Herzforschung gerückt ist. Die EKG-getriggerte 18F-FDG PET ist eine Bildgebungsmethode, welche die Unterscheidung von vitalem Myokard und Narben ermöglicht und zusätzlich noch in der Lage ist, wichtige Informationen zu erheben, welche von Bedeutung für die Beurteilung von experimentelle Behandlungen zur Verbesserung der Herzfunktion und/oder des kardialen Stoffwechsels in präklinischen Tiermodellen sind. Trotz dieser Möglichkeiten wurde bisher noch nicht die Fähigkeit der EKG-getriggerten 18F-FDG PET zur Bestimmung der LV diastoischen Funktion in Kleintiermodellen untersucht. Deshalb wurde in dieser Arbeit das Potential der EKG-getriggerten 18F-FDG PET in Bezug auf die Bestimmung der LV systolischen und diastolischen Funktion in acht Kontrollratten (ZL) und sieben ZDF-Ratten, welche eine experimentelles Tiermodell für T2DM und die damit verbundenen Komplikationen einschließlich der diabetischen Kardiomyopathie sind, untersucht. Die EKG-getriggerte 18F-FDG PET wurde unter der hyperinsulinämischen euglykämischen Klemm Methode durchgeführt, die Daten in „list-mode“ Dateien gespeichert und retrospektiv rekonstruiert. Die Berechnung der LV systolischen und diastolischen Parameter erfolge aus der Zeit-Volumen-Kurve und der Zeit-Füllungs-Kurve durch das Programm HFV. Zudem wurde der Einfluss der pro Rekonstruktion verwendeten „frames“ pro kardialen Zyklus auf die LV Volumina und die linksventrikulären Funktionsparameter untersucht. Durch die hyperinsulinämische euglykämische Klemm Methode und durch Blutglukose Messungen konnte die Entwicklung eines manifesten Diabetes zum Zeitpunkt der Experimente in den ZDF Ratten nachgewiesen werden. Es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den systolischen Parametern der ZDF und der ZL Ratten gefunden werden. Der kardiale Auswurf war nahezu identisch in den beiden Gruppen zum Zeitpunkt der Experimente, was eine vergleichbare systolische Funktion in beiden Gruppen demonstriert. Die erhobenen Werte für die systolischen Parameter befinden sich in guter Übereinstimmung mit den Werten der Literatur von vorherigen PET, MRT und Katheter-gestützten Experimenten in diabetischen Rattenmodellen. Ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit ist die Erhebung von verlässlichen diastolischen Parametern durch den kombinierten Einsatz von EKG-getriggerter 18F-FDG PET und HFV. Zudem war es möglich, eine gestörte diastolische Füllung des LV in den ZDF Ratten nachzuweisen, in Abwesenheit von systolischen Funktionseinschränkungen. Eine Beeinträchtigung der diastolischen Funktion in der frühen Phase des Diabetes wurde bereits in anderen Rattenstudien mittels Echokardiografie und Katheter basierten Untersuchungen gezeigt. Dennoch ist dies hier die erste Studie, welche demonstriert, dass die Bestimmung der diastolischen Funktion auch mit Hilfe der EKG-getriggerten 18F-FDG PET durchgeführt werden kann. In Zusammenfassung lässt sich festhalten, das zusätzlich zu der Bestimmung der LV-Volumina und der LVEF durch EKG-getriggerten 18F-FDG PET auch die Bestimmung der diastolischen Funktion in gesunden und diabetischen Ratten möglich ist und dass durch EKG-getriggerten 18F-FDG PET die Identifikation einer DD in ZDF Ratten möglich ist. KW - Positronen-Emissions-Tomografie KW - preclinical PET KW - ECG-gated PET KW - diastolic dysfunction KW - diabetic cardiomyopathy KW - HFpEF Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219765 ER - TY - JOUR A1 - Krist, Lilian A1 - Dornquast, Christina A1 - Reinhold, Thomas A1 - Becher, Heiko A1 - Jöckel, Karl-Heinz A1 - Schmidt, Börge A1 - Schramm, Sara A1 - Icke, Katja A1 - Danquah, Ina A1 - Willich, Stefan N. A1 - Keil, Thomas A1 - Brand, Tilman T1 - Association of acculturation status with longitudinal changes in health-related quality of life — results from a cohort study of adults with Turkish origin in Germany JF - International Journal of Environmental Research and Public Health N2 - Health-related quality of life (HRQL) among migrant populations can be associated with acculturation (i.e., the process of adopting, acquiring and adjusting to a new cultural environment). Since there is a lack of longitudinal studies, we aimed to describe HRQL changes among adults of Turkish descent living in Berlin and Essen, Germany, and their association with acculturation. Participants of a population-based study were recruited in 2012–2013 and reinvited six years later to complete a questionnaire. Acculturation was assessed at baseline using the Frankfurt acculturation scale (integration, assimilation, separation and marginalization). HRQL was assessed at baseline (SF-8) and at follow-up (SF-12) resulting in a physical (PCS) and mental (MCS) sum score. Associations with acculturation and HRQL were analyzed with linear regression models using a time-by-acculturation status interaction term. In the study 330 persons were included (65% women, mean age ± standard deviation 43.3 ± 11.8 years). Over the 6 years, MCS decreased, while PCS remained stable. While cross-sectional analyses showed associations of acculturation status with both MCS and PCS, temporal changes including the time interaction term did not reveal associations of baseline acculturation status with HRQL. When investigating HRQL in acculturation, more longitudinal studies are needed to take changes in both HRQL and acculturation status into account. KW - health-related quality of life KW - HRQL KW - acculturation KW - Turkish KW - migrants Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234068 SN - 1660-4601 VL - 18 IS - 6 ER - TY - JOUR A1 - D'Andrea, David A1 - Soria, Francesco A1 - Grotenhuis, Anne J. A1 - Cha, Eugene K. A1 - Malats, Nuria A1 - Di Stasi, Savino A1 - Joniau, Steven A1 - Cai, Tommaso A1 - Rhijn, Bas W. G. van A1 - Irani, Jaques A1 - Karnes, Jeffrey A1 - Varkarakis, John A1 - Baniel, Jack A1 - Palou, Joan A1 - Babjuk, Marek A1 - Spahn, Martin A1 - Ardelt, Peter A1 - Colombo, Renzo A1 - Serretta, Vincenzo A1 - Dalbagni, Guido A1 - Gontero, Paolo A1 - Bartoletti, Riccardo A1 - Larré, Stephane A1 - Malmstrom, Per-Uno A1 - Sylvester, Richard A1 - Shariat, Shahrokh F. T1 - Association of patients’ sex with treatment outcomes after intravesical bacillus Calmette–Guérin immunotherapy for T1G3/HG bladder cancer JF - World Journal of Urology N2 - Purpose To investigate the association of patients’ sex with recurrence and disease progression in patients treated with intravesical bacillus Calmette–Guérin (BCG) for T1G3/HG urinary bladder cancer (UBC). Materials and methods We analyzed the data of 2635 patients treated with adjuvant intravesical BCG for T1 UBC between 1984 and 2019. We accounted for missing data using multiple imputations and adjusted for covariate imbalance between males and females using inverse probability weighting (IPW). Crude and IPW-adjusted Cox regression analyses were used to estimate the hazard ratios (HR) with their 95% confidence intervals (CI) for the association of patients’ sex with HG-recurrence and disease progression. Results A total of 2170 (82%) males and 465 (18%) females were available for analysis. Overall, 1090 (50%) males and 244 (52%) females experienced recurrence, and 391 (18%) males and 104 (22%) females experienced disease progression. On IPW-adjusted Cox regression analyses, female sex was associated with disease progression (HR 1.25, 95%CI 1.01–1.56, p = 0.04) but not with recurrence (HR 1.06, 95%CI 0.92–1.22, p = 0.41). A total of 1056 patients were treated with adequate BCG. In these patients, on IPW-adjusted Cox regression analyses, patients’ sex was not associated with recurrence (HR 0.99, 95%CI 0.80–1.24, p = 0.96), HG-recurrence (HR 1.00, 95%CI 0.78–1.29, p = 0.99) or disease progression (HR 1.12, 95%CI 0.78–1.60, p = 0.55). Conclusion Our analysis generates the hypothesis of a differential response to BCG between males and females if not adequately treated. Further studies should focus on sex-based differences in innate and adaptive immune system and their association with BCG response. KW - bladder cancer KW - BCG KW - response KW - age KW - progression KW - recurrence Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-344486 VL - 39 IS - 9 ER - TY - JOUR A1 - Stegmann, Yannik A1 - Andreatta, Marta A1 - Pauli, Paul A1 - Wieser, Matthias J. T1 - Associative learning shapes visual discrimination in a web-based classical conditioning task JF - Scientific Reports N2 - Threat detection plays a vital role in adapting behavior to changing environments. A fundamental function to improve threat detection is learning to differentiate between stimuli predicting danger and safety. Accordingly, aversive learning should lead to enhanced sensory discrimination of danger and safety cues. However, studies investigating the psychophysics of visual and auditory perception after aversive learning show divergent findings, and both enhanced and impaired discrimination after aversive learning have been reported. Therefore, the aim of this web-based study is to examine the impact of aversive learning on a continuous measure of visual discrimination. To this end, 205 participants underwent a differential fear conditioning paradigm before and after completing a visual discrimination task using differently oriented grating stimuli. Participants saw either unpleasant or neutral pictures as unconditioned stimuli (US). Results demonstrated sharpened visual discrimination for the US-associated stimulus (CS+), but not for the unpaired conditioned stimuli (CS-). Importantly, this finding was irrespective of the US's valence. These findings suggest that associative learning results in increased stimulus salience, which facilitates perceptual discrimination in order to prioritize attentional deployment. KW - classical conditioning KW - fear conditioning KW - psychology KW - sensory processing KW - visual system Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-260480 VL - 11 IS - 1 ER - TY - THES A1 - Berking, Ann-Cathrine T1 - Assoziationsuntersuchung von ausgewählten Polymorphismen der Gene DNMT3A und DNMT3B mit der Panikstörung T1 - Association study of selected polymorphisms of DNMT3A and DNMT3B genes with panic disorder N2 - Currently, the vulnerability-stress model, in the sense of a multifactorial explanatory model, is considered to be the most appropriate to represent the etiopathogenesis of anxiety disorders. Epigenetic mechanisms are understood as a bridge between genetic factors and environmental factors. This includes the methylation of specific DNA regions, which is mediated by DNA methyltransferases. These enzymes have rarely been the focus of psychiatric research in relation to anxiety disorders. Therefore, this work deals with selected single nucleotide polymorphisms of the DNMT3A and DNMT3B gene and investigates whether these SNPs and/or their haplotypes are associated panic disorder and/or with dimensional psychological characteristics, such as anxiety-related cognition or anxiety sensitivity. In summary, a significant or nominally significant association of two SNPs with anxiety-related characteristics such was shown. To better assess these associations, replications with sufficient test strength are required . Given the demonstrated association with PSWQ, investigation of another anxiety phenotype, Generalized Anxiety Disorder, is also sensible. As a further step, the functionality of the significantly associated SNPs should be performed. In addition, another DNMT, Dnmt1, is associated with fear conditioning, and the methylation patterns of the DNMTs themselves also appear to have an impact on the development of anxiety disorders. Therefore, an investigation of the DNMT1 gene and the methylation patterns of the DNMT genes are further reasonable steps to better understand a possible influence of DNMTs on the development of anxiety disorders and on anxiety-related psychological characteristics. N2 - Derzeit gilt das Vulnerabilitäts-Stressmodell im Sinne eines multifaktoriellen Erklärungsmodells als am besten geeignet, um die Ätiopathogenese der Angsterkrankungen abzubilden. Als Brücke zwischen den genetischen Faktoren und den auf ein Individuum einwirkenden Umweltfaktoren werden epigenetische Mechanismen verstanden. Hierzu zählt die Methylierung bestimmter DNA-Bereiche, welche durch die DNA-Methyltransferasen vermittelt wird. Diese Enzyme waren in Verbindung mit Angsterkrankungen bisher kaum im Fokus psychiatrischer Forschung. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit ausgewählten Einzelnukleotidpolymorphismen des DNMT3A- und DNMT3B-Gens und untersucht, ob diese SNPs und/oder deren Haplotypen zum einen mit der Panikstörung und zum andern mit dimensionalen psychologischen Charakteristiken, wie angstbezogener Kognition oder Angstsensitivität, assoziiert sind. Zusammenfassend konnte eine signifikante bzw. nominal signifikante Assoziation der zweier SNPs mit angstbezogenen Charakteristiken wie der angstbezogenen Kognition und der Angstsensitivität gezeigt werden. Um die gefundenen Assoziationen besser beurteilen zu können, ist in Folgeuntersuchungen eine Replikation in einer weiteren Probandengruppe und in einer angemessen großen Patienten- und Fall-Kontroll-Gruppe mit ausreichender Teststärke erforderlich. Aufgrund der nachgewiesenen Assoziation mit dem PSWQ bietet sich auch die Untersuchung eines anderen Angstphänotypen, der Generalisierten Angststörung, an. Als weiterer Schritt sind Untersuchungen zur Klärung der Funktionalität der signifikant assoziierten SNPs anzustreben. In der Literatur wird zudem eine weitere DNMT, die Dnmt1, mit der Furchtkonditionierung assoziiert und auch die Methylierungsmuster der DNMTs selbst scheinen einen Einfluss auf die Entwicklung von Angststörungen zu haben. Eine Untersuchung des DNMT1-Gens und der Methylierungsmuster der DNMT-Gene sind daher weitere sinnvolle Schritte, um einen möglichen Einfluss von DNMTs auf die Entstehung von Angsterkrankungen und auf angstbezogene psychologische Charakteristiken besser zu verstehen. KW - DNMT3A KW - DNMT3B KW - Angsterkrankungen KW - DNA-Methyltransferasen KW - Methylierung KW - anxiety disorders KW - DNA methyltransferases KW - methylation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234687 ER - TY - THES A1 - Feldheim, Jonas Alexander T1 - ATF5-Expression und MGMT-Promotormethylierungsänderungen in glialen Tumoren T1 - ATF5-expression and alterations of the MGMT promoter methylation status in glial tumors N2 - Die WHO-Klassifikation der Hirntumoren von 2016 ebnete den Weg für molekulare Marker und Therapie-Angriffspunkte. Der Transkriptionsfaktor ATF5 könnte ein solcher sein. Er unterdrückt die Differenzierung von neuronalen Vorläuferzellen und wird in Glioblastomen (GBM) überexprimiert. Daten zur ATF5-Expression in WHO Grad II Gliomen (LGG) und GBM-Rezidiven sind nur spärlich vorhanden. Daher untersuchten wir 79 GBM, 40 LGG und 10 Normalhirnproben auf ihre ATF5-mRNA- und Proteinexpression mit quantitativer Echtzeit-PCR bzw. Immunhistochemie und verglichen sie mit multiplen, retrospektiv erhobenen klinischen Charakteristika der Patienten. ATF5 war in LGG und GBM verglichen zum Normalhirn sowohl auf mRNA-, als auch Proteinebene überexprimiert. Obwohl die ATF5-mRNA-Expression im GBM eine erhebliche Fluktuationsrate zeigte, gab es keine signifikanten Expressionsunterschiede zwischen GBM-Gruppen unterschiedlicher biologischer Wachstumsmuster. ATF5-mRNA korrelierte mit dem Alter der Patienten und invers mit der Ki67-Färbung. Kaplan Meier- und Cox-Regressionsanalysen zeigten eine signifikante Korrelation der ATF5-mRNA-Expression mit dem Überleben nach 12 Monaten sowie dem progressionsfreien Überleben. Die Methylierung des Promotors der O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist ein etablierter Marker in der Therapie des GBMs. Sie ist mit dem therapeutischen Ansprechen auf Temozolomid und dem Überleben assoziiert. Uns fielen inzidentell Veränderungen der MGMT-Promotormethylierung auf, woraufhin wir den aktuellen Wissensstand mittels einer ausführlichen Literatur-Metaanalyse zusammenfassten. Dabei fanden wir Veränderungen der MGMT-Promotormethylierung bei 115 der 476 Patienten. Wir schlussfolgern, dass die ATF5-mRNA-Expression als prognostischer Faktor für das Überleben der Patienten dienen könnte. Da seine in vitro-Inhibition zu einem selektiven Zelltod von Gliomzellen führte und wir eine Überexpression in glialen Tumoren nachweisen konnten, zeigt ATF5 Potential als ubiquitäres Therapieziel in Gliomen. Zum aktuellen Zeitpunkt ergibt sich keine klare Indikation, den klinischen Standard der MGMT-Teststrategie zu verändern. Trotzdem könnte eine erneute Testung der MGMT-Promotormethylierung für zukünftige Therapieentscheidungen sinnvoll sein und wir regen an, dass dieses Thema in klinischen Studien weiter untersucht wird. N2 - The 2016 WHO classification for brain tumors signaled a major paradigm shift and paves the way for molecular markers and molecular targets. One such target could be the transcription factor ATF5. It suppresses differentiation of neuroprogenitor cells and is overexpressed in glioblastoma (GBM). Data on ATF5 expression in glioma of WHO grade II (LGG) are scarce and lacking on recurrent GBM. Therefore, we examined 79 GBM, 40 LGG and 10 normal brain (NB) specimens for their ATF5-mRNA and protein expression by quantitative real-time PCR and immunohistochemistry, respectively, and compared it to multiple retrospectively obtained clinical characteristics of the patients. ATF5-mRNA was overexpressed in LGG and GBM compared to NB on mRNA and protein level. Although ATF5-mRNA expression in GBM showed a considerable fluctuation range, GBM groups of varying biological behavior were not significantly different. ATF5-mRNA correlated with the patients' age and inversely with Ki67-staining. Kaplan-Meier analysis and Cox regression indicated that ATF5-mRNA expression was significantly associated with survival after 12 months and progression-free survival. Methylation of the O6-Methylguanin DNA methyltransferase (MGMT) promoter is a well-established strong prognostic factor in the therapy of GBM. It is associated with an improved response to chemotherapy with temozolomide and longer overall survival. We made the incidental finding of patients with changing MGMT promoter methylation during the clinical course, which prompted us to further investigate this topic. Indeed, a meta-analysis of the literature revealed changes in MGMT promoter methylation in 115 of 476 patients. To conclude, ATF5-mRNA expression could be identified as an additional, though not independent factor correlating with patients‘ survival. Since its inhibition might lead to the selective death of glioma cells, it might serve as a potential ubiquitous therapeutic target in astrocytic tumors. Clinical implications of the observed changes in MGMT promoter methylation are still ambiguous and do not yet support a change in clinical practice. However, retesting MGMT methylation might be useful for future treatment decisions and we encourage clinical studies to address this topic.  KW - Glioblastom KW - Gliom KW - Biomarker KW - Methylierung KW - O(6)-Methylguanine-DNA Methyltransferase KW - MGMT KW - ATF5 KW - Therapie Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-243208 ER - TY - THES A1 - Iffländer, Lukas T1 - Attack-aware Security Function Management T1 - Angriffsbewusste Verwaltung von Sicherheitsfunktionen N2 - Over the last decades, cybersecurity has become an increasingly important issue. Between 2019 and 2011 alone, the losses from cyberattacks in the United States grew by 6217%. At the same time, attacks became not only more intensive but also more and more versatile and diverse. Cybersecurity has become everyone’s concern. Today, service providers require sophisticated and extensive security infrastructures comprising many security functions dedicated to various cyberattacks. Still, attacks become more violent to a level where infrastructures can no longer keep up. Simply scaling up is no longer sufficient. To address this challenge, in a whitepaper, the Cloud Security Alliance (CSA) proposed multiple work packages for security infrastructure, leveraging the possibilities of Software-defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV). Security functions require a more sophisticated modeling approach than regular network functions. Notably, the property to drop packets deemed malicious has a significant impact on Security Service Function Chains (SSFCs)—service chains consisting of multiple security functions to protect against multiple at- tack vectors. Under attack, the order of these chains influences the end-to-end system performance depending on the attack type. Unfortunately, it is hard to predict the attack composition at system design time. Thus, we make a case for dynamic attack-aware SSFC reordering. Also, we tackle the issues of the lack of integration between security functions and the surrounding network infrastructure, the insufficient use of short term CPU frequency boosting, and the lack of Intrusion Detection and Prevention Systems (IDPS) against database ransomware attacks. Current works focus on characterizing the performance of security functions and their behavior under overload without considering the surrounding infrastructure. Other works aim at replacing security functions using network infrastructure features but do not consider integrating security functions within the network. Further publications deal with using SDN for security or how to deal with new vulnerabilities introduced through SDN. However, they do not take security function performance into account. NFV is a popular field for research dealing with frameworks, benchmarking methods, the combination with SDN, and implementing security functions as Virtualized Network Functions (VNFs). Research in this area brought forth the concept of Service Function Chains (SFCs) that chain multiple network functions after one another. Nevertheless, they still do not consider the specifics of security functions. The mentioned CSA whitepaper proposes many valuable ideas but leaves their realization open to others. This thesis presents solutions to increase the performance of single security functions using SDN, performance modeling, a framework for attack-aware SSFC reordering, a solution to make better use of CPU frequency boosting, and an IDPS against database ransomware. Specifically, the primary contributions of this work are: • We present approaches to dynamically bypass Intrusion Detection Systems (IDS) in order to increase their performance without reducing the security level. To this end, we develop and implement three SDN-based approaches (two dynamic and one static). We evaluate the proposed approaches regarding security and performance and show that they significantly increase the performance com- pared to an inline IDS without significant security deficits. We show that using software switches can further increase the performance of the dynamic approaches up to a point where they can eliminate any throughput drawbacks when using the IDS. • We design a DDoS Protection System (DPS) against TCP SYN flood at tacks in the form of a VNF that works inside an SDN-enabled network. This solution eliminates known scalability and performance drawbacks of existing solutions for this attack type. Then, we evaluate this solution showing that it correctly handles the connection establishment and present solutions for an observed issue. Next, we evaluate the performance showing that our solution increases performance up to three times. Parallelization and parameter tuning yields another 76% performance boost. Based on these findings, we discuss optimal deployment strategies. • We introduce the idea of attack-aware SSFC reordering and explain its impact in a theoretical scenario. Then, we discuss the required information to perform this process. We validate our claim of the importance of the SSFC order by analyzing the behavior of single security functions and SSFCs. Based on the results, we conclude that there is a massive impact on the performance up to three orders of magnitude, and we find contradicting optimal orders for different workloads. Thus, we demonstrate the need for dynamic reordering. Last, we develop a model for SSFC regarding traffic composition and resource demands. We classify the traffic into multiple classes and model the effect of single security functions on the traffic and their generated resource demands as functions of the incoming network traffic. Based on our model, we propose three approaches to determine optimal orders for reordering. • We implement a framework for attack-aware SSFC reordering based on this knowledge. The framework places all security functions inside an SDN-enabled network and reorders them using SDN flows. Our evaluation shows that the framework can enforce all routes as desired. It correctly adapts to all attacks and returns to the original state after the attacks cease. We find possible security issues at the moment of reordering and present solutions to eliminate them. • Next, we design and implement an approach to load balance servers while taking into account their ability to go into a state of Central Processing Unit (CPU) frequency boost. To this end, the approach collects temperature information from available hosts and places services on the host that can attain the boosted mode the longest. We evaluate this approach and show its effectiveness. For high load scenarios, the approach increases the overall performance and the performance per watt. Even better results show up for low load workloads, where not only all performance metrics improve but also the temperatures and total power consumption decrease. • Last, we design an IDPS protecting against database ransomware attacks that comprise multiple queries to attain their goal. Our solution models these attacks using a Colored Petri Net (CPN). A proof-of-concept implementation shows that our approach is capable of detecting attacks without creating false positives for benign scenarios. Furthermore, our solution creates only a small performance impact. Our contributions can help to improve the performance of security infrastructures. We see multiple application areas from data center operators over software and hardware developers to security and performance researchers. Most of the above-listed contributions found use in several research publications. Regarding future work, we see the need to better integrate SDN-enabled security functions and SSFC reordering in data center networks. Future SSFC should discriminate between different traffic types, and security frameworks should support automatically learning models for security functions. We see the need to consider energy efficiency when regarding SSFCs and take CPU boosting technologies into account when designing performance models as well as placement, scaling, and deployment strategies. Last, for a faster adaptation against recent ransomware attacks, we propose machine-assisted learning for database IDPS signatures. N2 - In den letzten Jahrzehnten wurde Cybersicherheit zu einem immer wichtigeren Thema. Allein zwischen 2019 und 2011 stiegen die Verluste durch Cyberattacken in den Vereinigten Staaten um 6217%. Gleichzeitig wurden die Angriffe nicht nur intensiver, sondern auch immer vielseitiger und facettenreicher. Cybersicherheit ist zu einem allgegenwärtigen Thema geworden. Heute benötigen Dienstleistungsanbieter ausgefeilte und umfassende Sicherheitsinfrastrukturen, die viele Sicherheitsfunktionen für verschiedene Cyberattacken umfassen. Den- noch werden die Angriffe immer heftiger, so dass diese Infrastrukturen nicht mehr mithalten können. Ein einfaches Scale-Up ist nicht mehr ausreichend. Um dieser Herausforderung zu begegnen, schlug die Cloud Security Alliance (CSA) in einem Whitepaper mehrere Arbeitspakete für Sicherheitsinfrastruk turen vor, die die Möglichkeiten des Software-definierten Netzwerks (SDN) und der Netzwerkfunktionsvirtualisierung (NFV) nutzen. Sicherheitsfunktionen erfordern einen anspruchsvolleren Modellierungsansatz als normale Netzwerkfunktionen. Vor allem die Eigenschaft, als bösartig erachtete Pakete fallen zu lassen, hat erhebliche Auswirkungen auf Security Service Function Chains (SSFCs) – Dienstketten, die aus mehreren Sicherheitsfunktionen zum Schutz vor mehreren Angriffsvektoren bestehen. Bei einem Angriff beeinflusst die Reihenfolge dieser Ketten je nach Angriffstyp die Gesamtsystemleistung. Leider ist es schwierig, die Angriffszusammensetzung zur Designzeit vorherzusagen. Daher plädieren wir für eine dynamische, angriffsbewusste Neuordnung der SSFC. Außerdem befassen wir uns mit den Problemen der mangelnden Integration zwischen Sicherheitsfunktionen und der umgebenden Netzwerkinfrastruktur, der unzureichenden Nutzung der kurzfristigen CPU-Frequenzverstärkung und des Mangels an Intrusion Detection and Prevention Systems (IDPS) zur Abwehr von Datenbank-Lösegeldangriffen. Bisherige Arbeiten konzentrieren sich auf die Charakterisierung der Leistungsfähigkeit von Sicherheitsfunktionen und deren Verhalten bei Überlastung ohne Berücksichtigung der umgebenden Infrastruktur. Andere Arbeiten zielen darauf ab, Sicherheitsfunktionen unter Verwendung von Merkmalen der Netzwerkinfrastruktur zu ersetzen, berücksichtigen aber nicht die Integration von Sicherheitsfunktionen innerhalb des Netzwerks. Weitere Publikationen befassen sich mit der Verwendung von SDN für die Sicherheit oder mit dem Umgang mit neuen, durch SDN eingeführten Schwachstellen. Sie berücksichtigen jedoch nicht die Leistung von Sicherheitsfunktionen. Die NFV-Domäne ist ein beliebtes Forschungsgebiet, das sich mit Frameworks, Benchmarking-Methoden, der Kombination mit SDN und der Implementierung von Sicherheitsfunktionen als Virtualized Network Functions (VNFs) befasst. Die Forschung in diesem Bereich brachte das Konzept der Service-Funktionsketten (SFCs) hervor, die mehrere Netzwerkfunktionen nacheinander verketten. Dennoch berücksichtigen sie noch immer nicht die Besonderheiten von Sicherheitsfunktionen. Zu diesem Zweck schlägt das bereits erwähnte CSA-Whitepaper viele wertvolle Ideen vor, lässt aber deren Realisierung anderen offen. In dieser Arbeit werden Lösungen zur Steigerung der Leistung einzelner Sicherheitsfunktionen mittels SDN, Performance Engineering, Modellierung und ein Rahmenwerk für die angriffsbewusste SSFC-Neuordnung, eine Lösung zur besseren Nutzung der CPU-Frequenzsteigerung und ein IDPS gegen Datenbank-Lösegeld. Im Einzelnen sind die sechs Hauptbeiträge dieser Arbeit: • Wir stellen Ansätze zur dynamischen Umgehung von Intrusion-Detection-Systemen (IDS) vor, um deren Leistung zu erhöhen, ohne das Sicherheitsniveau zu senken. Zu diesem Zweck entwickeln und implementieren wir drei SDN-basierte Ansätze (zwei dynamische und einen statischen). Wir evaluieren sie hinsichtlich Sicherheit und Leistung und zeigen, dass alle Ansätze die Leistung im Vergleich zu einem Inline-IDS ohne signifikante Sicherheitsdefizite signifikant steigern. Wir zeigen ferner, dass die Verwendung von Software-Switches die Leistung der dynamischen Ansätze weiter steigern kann, bis zu einem Punkt, an dem sie bei der Verwendung des IDS etwaige Durchsatznachteile beseitigen können. • Wir entwerfen ein DDoS-Schutzsystem (DPS) gegen TCP-SYN-Flutangriffe in Form eines VNF, das innerhalb eines SDN-fähigen Netzwerks funktioniert. Diese Lösung eliminiert bekannte Skalierbarkeits-und Leistungsnachteile bestehender Lösungen für diesen Angriffstyp. Dann bewerten wir diese Lösung und zeigen, dass sie den Verbindungsaufbau korrekt handhabt, und präsentieren Lösungen für ein beobachtetes Problem. Als nächstes evaluieren wir die Leistung und zeigen, dass unsere Lösung die Leistung bis zum Dreifachen erhöht. Durch Parallelisierung und Parameterabstimmung werden weitere 76% der Leistung erzielt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse diskutieren wir optimale Einsatzstrategien. • Wir stellen die Idee der angriffsbewussten Neuordnung des SSFC vor und erläutern deren Auswirkungen anhand eines theoretischen Szenarios. Dann erörtern wir die erforderlichen Informationen zur Durchführung dieses Prozesses. Wir validieren unsere Behauptung von der Bedeutung der SSFC-Ordnung, indem wir das Verhalten einzelner Sicherheitsfunktionen und SSFCs analysieren. Aus den Ergebnissen schließen wir auf eine massive Auswirkung auf die Leistung bis zu drei Größenordnungen, und wir finden widersprüchliche optimale Aufträge für unterschiedliche Arbeitsbelastungen. Damit beweisen wir die Notwendigkeit einer dynamischen Neuordnung. Schließlich entwickeln wir ein Modell für den SSFC hinsichtlich der Verkehrszusammensetzung und des Ressourcenbedarfs. Dazu klassifizieren wir den Datenverkehr in mehrere Klassen und modellieren die Auswirkungen einzelner Sicherheitsfunktionen auf den Datenverkehr und die von ihnen erzeugten Ressourcenanforderungen als Funktionen des eingehenden Netzwerkverkehrs. Auf der Grundlage unseres Modells schlagen wir drei Ansätze zur Berechnung der gewünschten Reihenfolge für die Neuordnung vor. Auf der Grundlage dieses Wissens implementieren wir einen Rahmen für die angriffsbewusste SSFC-Neuordnung. Das Rahmenwerk platziert alle Sicherheitsfunktionen innerhalb eines SDN-fähigen Netzwerks und ordnet sie mit Hilfe von SDN-Flüssen neu an. Unsere Auswertung zeigt, dass das Rahmenwerk alle Routen wie gewünscht durchsetzen kann. Es passt sich allen Angriffen korrekt an und kehrt nach Beendigung der Angriffe in den ursprünglichen Zustand zurück. Wir finden mögliche Sicherheitsprobleme zum Zeitpunkt der Neuordnung und präsentieren Lösungen zu deren Beseitigung. Als Nächstes entwerfen und implementieren wir einen Ansatz zum Lastausgleich von Servern hinsichtlich ihrer Fähigkeit, in einen Zustand der Frequenzerhöhung der Zentraleinheit (CPU) zu gehen. Zu diesem Zweck sammelt der Ansatz Temperaturinformationen von verfügbaren Hosts und platziert den Dienst auf dem Host, der den verstärkten Modus am längsten erreichen kann. Wir evaluieren diesen Ansatz und zeigen seine Funktionalität auf. Für Hochlastszenarien erhöht der Ansatz die Gesamtleistung und steigert die Leistung pro Watt. Noch bessere Ergebnisse zeigen sich bei Niedriglast-Workloads, wo sich nicht nur alle Leistungsmetriken verbessern, sondern auch die Temperaturen und der Gesamtstromverbrauch sinken. • Zuletzt entwerfen wir ein IDPS, das vor Lösegeld-Angriffen auf Datenbanken schützt, die mehrere Abfragen umfassen, um ihr Ziel zu erreichen. Unsere Lösung modelliert diese Angriffe mit einem Colored Petri Net (CPN). Eine Proof-of-Concept-Implementierung zeigt, dass unser Ansatz in der Lage ist, die beobachteten Angriffe zu erkennen, ohne für gutartige Szenarien falsch positive Ergebnisse zu erzeugen. Darüber hinaus erzeugt un sere Lösung nur eine geringe Auswirkung auf die Leistung. Unsere Beiträge können dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit von Sicherheitsinfrastrukturen zu erhöhen. Wir sehen vielfältige Anwendungsbereiche, von Rechenzentrumsbetreibern über Software- und Hardwareentwickler bis hin zu Sicherheits- und Leistungsforschern. Die meisten der oben aufgeführten Beiträge fanden in mehreren Forschungspublikationen Verwendung. Was die zukünftige Arbeit betrifft, so sehen wir die Notwendigkeit, bessere SDN-fähige Sicherheitsfunktionen und SSFC-Neuordnung in Rechenzentrumsnetzwerke zu integrieren. Künftige SSFC sollten zwischen verschiedenen Verkehrsarten unterscheiden, und Sicherheitsrahmen sollten automatisch lernende Modelle für Sicherheitsfunktionen unterstützen. Wir sehen den Bedarf, bei der Betrachtung von SSFCs die Energieeffizienz zu berücksichtigen und bei der Entwicklung von Leistungsmodellen sowie Platzierungs-, Skalierungs- und Bereitstellungsstrategien CPU-verstärkende Technologien in Betracht zu ziehen. Schließlich schlagen wir für eine schnellere Anpassung an die jüngsten Lösegeld-Angriffe maschinengestütztes Lernen für Datenbank-IDPS-Signaturen vor. KW - Software-defined networking KW - Computersicherheit KW - Virtualisierung KW - intrusion detection KW - denial of service KW - attack-aware KW - self-aware KW - software-definded networking KW - network function virtualization Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224211 ER - TY - THES A1 - Seidensticker, Katharina T1 - Aufbau eines humanen 3D-Atemwegsmodells zur Modellierung der Atemwegsinfektion mit Bordetella pertussis T1 - Investigations of pertussis toxins in a 3D in vitro model of the human respiratory mucosa N2 - Mittels Tissue Engineering hergestellte humane 3D in vitro-Testsysteme sind ein neuer Ansatz, um u.a. Erkrankungen der Atemwege zu simulieren und zu untersuchen. Obwohl gegen B. pertussis, den Erreger des Keuchhustens, Impfstoffe zur Verfügung stehen, nimmt die Erkrankungs-Inzidenz in den letzten Jahren deutlich zu. Da B. pertussis zu den obligat humanpathogenen Erregern zählt, sind die aus Tierversuchen stammenden Daten nur unzureichend auf den Menschen übertragbar. Die genauen Pathomechanismen der Infektion sind bisher nicht geklärt. Auf einer biologischen Kollagenmatrix wurde eine Ko-Kultur aus humanen tracheobronchialen Fibroblasten und humanen tracheobronchialen Epithelzellen (hTEC) angesiedelt und 3 Wochen unter apikaler Belüftung kultiviert. Die ausdifferenzierten 3D Testsysteme wurden mit Überständen von Bordetella pertussis-Kulturen inkubiert und auf licht- und elektronenmikroskopischer Ebene analysiert. Weiterhin wurden 2D Kulturen der hTEC mit Hilfe der Ramanspektroskopie nicht-invasiv auf intrazelluläre Veränderungen nach der Inkubation mit den bakteriellen Überständen untersucht. Das 3D Testsystem der humanen Atemwegschleimhaut zeigte auf lichtmikroskopischer und ultrastruktureller Ebene eine hohe in vitro – in vivo-Korrelation. Die elektronenmikroskopische Analyse zeigte morphologische Veränderungen nach der Inkubation mit den B. pertussis Überständen, die mit vorbeschrieben Effekten einer B. pertussis Infektion korrelieren. Mittels der Ramanspektroskopie ließen sich Gruppen von unbehandelten Zellen von Gruppen, die zuvor mit Bakterienüberständen inkubiert wurden, trennen. Somit zeigte sich die Ramanspektroskopie sensitiv für intrazelluläre Infektionsfolgen. Zusammenfassend wurde belegt, dass das 3D-Modell der humanen Atemwegschleimhaut zur Untersuchung obligat humanpathogener Infektionserreger geeignet ist und dass die Ramanspektroskopie eine nicht-invasive Methode ist, um durch Infektionen hervorgerufene intrazellulären Pathologien zu analysieren. N2 - Three dimensional (3D) tissue-engineered human tissue models are of high relevance, e.g. to investigate virulence mechanisms of human obligate pathogens in vitro. One major obligate agent causing acute respiratory diseases is Bordetella pertussis (Bp), the agent of whooping cough. The progress towards elimination Bp has stalled which is mainly caused due to an absence of suitable models to gain more knowledge about its pathomechanism. On a biological collagen matrix (SISser) a co-culture of human fibroblasts and human airway epithelial cells (hTEC) was seeded and cultured under airlift conditions. The completely differentiated test systems were treated with sterile-filtrated supernatants of Bp and afterwards analyzed with light and transmission electron microscopy. 2D cultures of hTEC were also infected and analyzed with Raman spectroscopy. The 3D test system of the human airway mucosa shows high in vitro - in vivo - correlation on both structural and ultrastructural level. Preliminary morphological analysis after infection with Bp supernatant reveals considerable ultrastructural changes which were not observed in control samples and correlate to effects knows from Bp infections in vivo. In 2D cultivation conditions the Raman spectra of infected hTEC clearly differ from spectra of the control. It is shown that the 3D airway mucosa model represents pathological effects of Bp toxins and offers an opportunity to further examine their pathomechanisms. Raman spectroscopy appears to be a practical method to show intracellular changes on living cells non-invasively. KW - Bordetella pertussis KW - Tissue Engineering KW - Raman-Spektroskopie KW - 3D-Gewebemodell KW - Keuchhusten KW - Konfokale Ramanspektroskopie KW - Airlift-Kultur Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-242092 ER - TY - THES A1 - Strulik, Jonas T1 - Aufbau, Charakterisierung und Validierung eines in vitro Zellkulturmodells des pankreatischen Adenokarzinoms T1 - Structure, characterisation and validation of an in vitro cell culture model of pancreatic adenocarcinoma N2 - Da in den letzten Jahrzehnten nur geringfügige Verbesserungen der Überlebensraten bei an einem Pankreaskarzinom erkrankten Patienten erzielt wurden, besteht ein dringender klinischer Bedarf für die Entwicklung wirksamer therapeutischer Strategien. Dreidimensionale in vitro Modelle sind für das Screening und die Validierung von Therapeutika essenziell. In der vorliegenden Arbeit konnte mittels der Methoden des Tissue Engineerings ein biolumineszenzbasiertes dreidimensionales in vitro Testsystem des pankreatischen Karzinoms aufgebaut und charakterisiert werden. Für die Detektion von LumineszenzIntensitäten wurde die pankreatische Krebszelllinie PANC-1 zuvor mit firefly luciferase (FLUC) transduziert. PANC-1 FLUC Zellen wurden auf porziner Pankreasmatrix (PanMa) und Dünndarmmatrix (SISser) kultiviert, um den Einfluss unterschiedlicher Matrizen auf das Verhalten der Zellen im Tumormodell zu untersuchen. Darüber hinaus wurden in dieser Arbeit die PANC-1 FLUC mit einem Standardtherapeutikum der Pankreaskarzinomtherapie, Gemcitabin, behandelt und die Wirkung mittels biolumineszenbasierter Bildgebung detektiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Lumineszenz-Intensität von PANC-1 FLUC Zellen einer bestimmten Zellzahl durch biolumineszenzbasierte Messverfahren zugeordnet werden kann. Weiter wurde nachgewiesen, dass die Extrazellulärmatrix einen Einfluss auf die Expression tumorspezifischer Marker hat und PANC-1 FLUC Zellen ein unterschiedlich invasives Wachstum auf organspezifischen Matrizen aufweisen. Die Wirkung von Gemcitabin auf die Tumorzellen kann durch das hier vorgestellte biolumineszenzbasierte Messverfahren detektiert werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse sind die Grundlage für die weitere Validierung eines biolumineszenzbasierten dreidimemsionalen in vitro Testystems des pankreatischen Karzinoms für die präklinische Erforschung neuartiger Therapiestrategien. N2 - With only modest improvements in survival rates in pancreatic cancer patients over the past decades, there is an urgent clinical need for the development of effective therapeutic strategies. Three-dimensional in vitro models are essential for screening and validation of therapeutics. In the present work, a bioluminescence-based three-dimensional in vitro test system of pancreatic carcinoma was constructed and characterised using tissue engineering methods. For the detection of luminescence intensities, the pancreatic cancer cell line PANC-1 was previously transduced with firefly luciferase (FLUC). PANC-1 FLUC cells were cultured on porcine pancreatic matrix (PanMa) and small intestine matrix (SISser) to investigate the influence of different matrices on the behaviour of the cells in the tumour model. Furthermore, in this work, the PANC-1 FLUC were treated with a standard therapeutic agent of pancreatic cancer therapy, gemcitabine, and the effect was detected using bioluminescence-based imaging. It was shown that the luminescence intensity of PANC-1 FLUC cells can be assigned to a specific cell number by bioluminescence-based measurement techniques. Furthermore, it was demonstrated that the extracellular matrix has an influence on the expression of tumour-specific markers and that PANC-1 FLUC cells show different invasive growth on organ-specific matrices. The effect of gemcitabine on tumour cells can be detected by the bioluminescence-based measurement method presented here. The results presented in this work are the basis for further validation of a bioluminescence-based three-dimensional in vitro test system of pancreatic carcinoma for preclinical research into novel therapeutic strategies. KW - Zellkulturmodell KW - Adenokarzinom KW - Pankreaskarzinom Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-244963 ER - TY - JOUR A1 - Schlee, Winfried A1 - Simoes, Jorge A1 - Pryss, Rüdiger T1 - Auricular acupressure combined with self-help intervention for treating chronic tinnitus: a longitudinal observational study JF - Journal of Clinical Medicine N2 - Tinnitus is a phantom sound perception in the ears or head and can arise from many different medical disorders. Currently, there is no standard treatment for tinnitus that reliably reduces tinnitus. Individual patients reported that acupressure at various points around the ear can help to reduce tinnitus, which was investigated here. With this longitudinal observational study, we report a systematic evaluation of auricular acupressure on 39 tinnitus sufferers, combined with a self-help smartphone app. The participants were asked to report on tinnitus, stress, mood, neck, and jaw muscle tensions twice a day using an ecological momentary assessment study design for six weeks. On average, 123.6 questionnaires per person were provided and used for statistical analysis. The treatment responses of the participants were heterogeneous. On average, we observed significant negative trends for tinnitus loudness (Cohen's d effect size: −0.861), tinnitus distress (d = −0.478), stress (d = −0.675), and tensions in the neck muscles (d = −0.356). Comparison with a matched control group revealed significant improvements for tinnitus loudness (p = 0.027) and self-reported stress level (p = 0.003). The positive results of the observational study motivate further research including a randomized clinical trial and long-term assessment of the clinical improvement. KW - tinnitus KW - acupressure KW - self-help KW - ecological momentary assessment KW - stress Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246209 SN - 2077-0383 VL - 10 IS - 18 ER - TY - THES A1 - Röschert, Isabelle T1 - Aurora-A prevents transcription-replication conflicts in MYCN-amplified neuroblastoma T1 - Aurora-A verhindert Transkriptions-Replikationskonflikte in MYCN-amplifizierten Neuroblastomen N2 - Neuroblastoma is the most abundant, solid, extracranial tumor in early childhood and the leading cause of cancer-related childhood deaths worldwide. Patients with high-risk neuroblastoma often show MYCN-amplification and elevated levels of Aurora-A. They have a low overall survival and despite multimodal therapy options a poor therapeutic prognosis. MYCN-amplified neuroblastoma cells depend on Aurora-A functionality. Aurora-A stabilizes MYCN and prevents it from proteasomal degradation by competing with the E3 ligase SCFFBXW7. Interaction between Aurora-A and MYCN can be observed only in S phase of the cell cycle and activation of Aurora-A can be induced by MYCN in vitro. These findings suggest the existence of a profound interconnection between Aurora-A and MYCN in S phase. Nevertheless, the details remain elusive and were investigated in this study. Fractionation experiments show that Aurora-A is recruited to chromatin in S phase in a MYCN-dependent manner. Albeit being unphosphorylated on the activating T288 residue, Aurora-A kinase activity was still present in S phase and several putative, novel targets were identified by phosphoproteomic analysis. Particularly, eight phosphosites dependent on MYCN-activated Aurora-A were identified. Additionally, phosphorylation of serine 10 on histone 3 was verified as a target of this complex in S phase. ChIP-sequencing experiments reveal that Aurora-A regulates transcription elongation as well as histone H3.3 variant incorporation in S phase. 4sU-sequencing as well as immunoblotting demonstrated that Aurora-A activity impacts splicing. PLA measurements between the transcription and replication machinery revealed that Aurora-A prevents the formation of transcription-replication conflicts, which activate of kinase ATR. Aurora-A inhibitors are already used to treat neuroblastoma but display dose-limiting toxicity. To further improve Aurora-A based therapies, we investigated whether low doses of Aurora-A inhibitor combined with ATR inhibitor could increase the efficacy of the treatment albeit reducing toxicity. The study shows that the combination of both drugs leads to a reduction in cell growth as well as an increase in apoptosis in MYCN-amplified neuroblastoma cells, which is not observable in MYCN non-amplified neuroblastoma cells. This new approach was also tested by a collaboration partner in vivo resulting in a decrease in tumor burden, an increase in overall survival and a cure of 25% of TH-MYCN mice. These findings indicate indeed a therapeutic window for targeting MYCN-amplified neuroblastoma. N2 - Das Neuroblastom ist der häufigste, solide, extrakranielle Tumor der frühesten Kindheit und die häufigste mit Krebs verbundene Todesursache von Kleinkindern weltweit. Patienten mit geringerer Überlebenswahrscheinlichkeit und schlechterer Therapieprognose zeigen oft eine MYCN-Amplifikation und erhöhte Mengen von Aurora-A. Aurora-A ist eine Serin/Threonin-Protein Kinase, die wichtige mitotische Prozesse reguliert. Aurora-A stabilisiert MYCN und verhindert dadurch den proteasomalen Abbau von MYCN. Die Interaktion zwischen Aurora-A und MYCN ist S Phasen-spezifisch und MYCN ist in vitro in der Lage, durch seine Bindung Aurora-A zu aktivieren. Die Funktionen und Prozesse, die von Aurora-A in der S Phase reguliert werden, sind noch nicht hinreichend untersucht und daher Gegenstand dieser Dissertation. Zell-Fraktionierungen zeigen, dass Aurora-A in der S Phase in einer MYCN-abhängigen Weise an das Chromatin gebunden ist. Phosphoproteom-Analysen mittels Massenspektrometrie identifizierten zahlreiche neue Substrate von Aurora-A, sowie acht Substrate von MYCN-aktiviertem Aurora-A. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Histon 3 Serin 10 von Aurora-A in Abhängigkeit von MYCN in S Phase phosphoryliert wird. ChIP-Sequenzierungen zeigen, dass Aurora-A die Elongation der Transkription und den Einbau der Histone Variante H3.3 in S Phase beeinflusst. 4sU-Sequenzierung sowie Immunoblots zeigen einen Zusammenhang zwischen der Aktivität von Aurora-A und dem Spleißosom in der S Phase. Zusätzlich konnte mittels PLA nachgewiesen werden, dass Aurora-A die Entstehung von Transkriptions-Replikationskonflikten verhindert, die andernfalls die Kinase ATR aktivieren würden. Aurora-A Inhibitoren wurden unter anderem zur Therapie von Neuroblastomen eingesetzt, allerdings ist die Dosis des Aurora-A Inhibitors durch die hohe Toxizität limitiert, was die Effizienz der Therapie stark beeinträchtigt. Daher wurde untersucht, ob die gleichzeitige Gabe von geringeren Mengen Aurora-A Inhibitor in Kombination mit einem ATR Inhibitor zur Therapie geeignet ist. In vitro konnte gezeigt werden, dass die Kombination beider Inhibitoren das Zellwachstum reduziert und das MYCN-amplifizierte Zellen im Vergleich zu MYCN nicht-amplifizierten Zellen verstärkt durch Apoptose sterben. Durch einen Kollaborationspartner konnte die Kombination der beiden Inhibitoren an Mäusen getestet werden. Die mit der Kombination behandelten Mäuse, zeigen ein deutlich reduziertes Tumorwachstum, sowie längeres Überleben. Somit stellt diese Kombination ein therapeutisches Fenster dar und könnte zur Behandlung von Neuroblastompatienten genutzt werden. KW - Neuroblastom KW - Aurora-A KW - MYCN KW - neuroblastoma Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-243037 ER - TY - THES A1 - Bauer, André T1 - Automated Hybrid Time Series Forecasting: Design, Benchmarking, and Use Cases T1 - Automatisierte hybride Zeitreihenprognose: Design, Benchmarking und Anwendungsfälle N2 - These days, we are living in a digitalized world. Both our professional and private lives are pervaded by various IT services, which are typically operated using distributed computing systems (e.g., cloud environments). Due to the high level of digitalization, the operators of such systems are confronted with fast-paced and changing requirements. In particular, cloud environments have to cope with load fluctuations and respective rapid and unexpected changes in the computing resource demands. To face this challenge, so-called auto-scalers, such as the threshold-based mechanism in Amazon Web Services EC2, can be employed to enable elastic scaling of the computing resources. However, despite this opportunity, business-critical applications are still run with highly overprovisioned resources to guarantee a stable and reliable service operation. This strategy is pursued due to the lack of trust in auto-scalers and the concern that inaccurate or delayed adaptations may result in financial losses. To adapt the resource capacity in time, the future resource demands must be "foreseen", as reacting to changes once they are observed introduces an inherent delay. In other words, accurate forecasting methods are required to adapt systems proactively. A powerful approach in this context is time series forecasting, which is also applied in many other domains. The core idea is to examine past values and predict how these values will evolve as time progresses. According to the "No-Free-Lunch Theorem", there is no algorithm that performs best for all scenarios. Therefore, selecting a suitable forecasting method for a given use case is a crucial task. Simply put, each method has its benefits and drawbacks, depending on the specific use case. The choice of the forecasting method is usually based on expert knowledge, which cannot be fully automated, or on trial-and-error. In both cases, this is expensive and prone to error. Although auto-scaling and time series forecasting are established research fields, existing approaches cannot fully address the mentioned challenges: (i) In our survey on time series forecasting, we found that publications on time series forecasting typically consider only a small set of (mostly related) methods and evaluate their performance on a small number of time series with only a few error measures while providing no information on the execution time of the studied methods. Therefore, such articles cannot be used to guide the choice of an appropriate method for a particular use case; (ii) Existing open-source hybrid forecasting methods that take advantage of at least two methods to tackle the "No-Free-Lunch Theorem" are computationally intensive, poorly automated, designed for a particular data set, or they lack a predictable time-to-result. Methods exhibiting a high variance in the time-to-result cannot be applied for time-critical scenarios (e.g., auto-scaling), while methods tailored to a specific data set introduce restrictions on the possible use cases (e.g., forecasting only annual time series); (iii) Auto-scalers typically scale an application either proactively or reactively. Even though some hybrid auto-scalers exist, they lack sophisticated solutions to combine reactive and proactive scaling. For instance, resources are only released proactively while resource allocation is entirely done in a reactive manner (inherently delayed); (iv) The majority of existing mechanisms do not take the provider's pricing scheme into account while scaling an application in a public cloud environment, which often results in excessive charged costs. Even though some cost-aware auto-scalers have been proposed, they only consider the current resource demands, neglecting their development over time. For example, resources are often shut down prematurely, even though they might be required again soon. To address the mentioned challenges and the shortcomings of existing work, this thesis presents three contributions: (i) The first contribution-a forecasting benchmark-addresses the problem of limited comparability between existing forecasting methods; (ii) The second contribution-Telescope-provides an automated hybrid time series forecasting method addressing the challenge posed by the "No-Free-Lunch Theorem"; (iii) The third contribution-Chamulteon-provides a novel hybrid auto-scaler for coordinated scaling of applications comprising multiple services, leveraging Telescope to forecast the workload intensity as a basis for proactive resource provisioning. In the following, the three contributions of the thesis are summarized: Contribution I - Forecasting Benchmark To establish a level playing field for evaluating the performance of forecasting methods in a broad setting, we propose a novel benchmark that automatically evaluates and ranks forecasting methods based on their performance in a diverse set of evaluation scenarios. The benchmark comprises four different use cases, each covering 100 heterogeneous time series taken from different domains. The data set was assembled from publicly available time series and was designed to exhibit much higher diversity than existing forecasting competitions. Besides proposing a new data set, we introduce two new measures that describe different aspects of a forecast. We applied the developed benchmark to evaluate Telescope. Contribution II - Telescope To provide a generic forecasting method, we introduce a novel machine learning-based forecasting approach that automatically retrieves relevant information from a given time series. More precisely, Telescope automatically extracts intrinsic time series features and then decomposes the time series into components, building a forecasting model for each of them. Each component is forecast by applying a different method and then the final forecast is assembled from the forecast components by employing a regression-based machine learning algorithm. In more than 1300 hours of experiments benchmarking 15 competing methods (including approaches from Uber and Facebook) on 400 time series, Telescope outperformed all methods, exhibiting the best forecast accuracy coupled with a low and reliable time-to-result. Compared to the competing methods that exhibited, on average, a forecast error (more precisely, the symmetric mean absolute forecast error) of 29%, Telescope exhibited an error of 20% while being 2556 times faster. In particular, the methods from Uber and Facebook exhibited an error of 48% and 36%, and were 7334 and 19 times slower than Telescope, respectively. Contribution III - Chamulteon To enable reliable auto-scaling, we present a hybrid auto-scaler that combines proactive and reactive techniques to scale distributed cloud applications comprising multiple services in a coordinated and cost-effective manner. More precisely, proactive adaptations are planned based on forecasts of Telescope, while reactive adaptations are triggered based on actual observations of the monitored load intensity. To solve occurring conflicts between reactive and proactive adaptations, a complex conflict resolution algorithm is implemented. Moreover, when deployed in public cloud environments, Chamulteon reviews adaptations with respect to the cloud provider's pricing scheme in order to minimize the charged costs. In more than 400 hours of experiments evaluating five competing auto-scaling mechanisms in scenarios covering five different workloads, four different applications, and three different cloud environments, Chamulteon exhibited the best auto-scaling performance and reliability while at the same time reducing the charged costs. The competing methods provided insufficient resources for (on average) 31% of the experimental time; in contrast, Chamulteon cut this time to 8% and the SLO (service level objective) violations from 18% to 6% while using up to 15% less resources and reducing the charged costs by up to 45%. The contributions of this thesis can be seen as major milestones in the domain of time series forecasting and cloud resource management. (i) This thesis is the first to present a forecasting benchmark that covers a variety of different domains with a high diversity between the analyzed time series. Based on the provided data set and the automatic evaluation procedure, the proposed benchmark contributes to enhance the comparability of forecasting methods. The benchmarking results for different forecasting methods enable the selection of the most appropriate forecasting method for a given use case. (ii) Telescope provides the first generic and fully automated time series forecasting approach that delivers both accurate and reliable forecasts while making no assumptions about the analyzed time series. Hence, it eliminates the need for expensive, time-consuming, and error-prone procedures, such as trial-and-error searches or consulting an expert. This opens up new possibilities especially in time-critical scenarios, where Telescope can provide accurate forecasts with a short and reliable time-to-result. Although Telescope was applied for this thesis in the field of cloud computing, there is absolutely no limitation regarding the applicability of Telescope in other domains, as demonstrated in the evaluation. Moreover, Telescope, which was made available on GitHub, is already used in a number of interdisciplinary data science projects, for instance, predictive maintenance in an Industry 4.0 context, heart failure prediction in medicine, or as a component of predictive models of beehive development. (iii) In the context of cloud resource management, Chamulteon is a major milestone for increasing the trust in cloud auto-scalers. The complex resolution algorithm enables reliable and accurate scaling behavior that reduces losses caused by excessive resource allocation or SLO violations. In other words, Chamulteon provides reliable online adaptations minimizing charged costs while at the same time maximizing user experience. N2 - Heutzutage leben wir in einer digitalisierten Welt. Sowohl unser berufliches als auch unser privates Leben ist von verschiedenen IT-Diensten durchzogen, welche typischerweise in verteilten Computersystemen (z.B. Cloud-Umgebungen) betrieben werden. Die Betreiber solcher Systeme sind aufgrund des hohen Digitalisierungsgrades mit schnellen und wechselnden Anforderungen konfrontiert. Insbesondere Cloud-Umgebungen unterliegen starken Lastschwankungen und entsprechenden schnellen und unerwarteten Änderungen des Bedarfs an Rechenressourcen. Um dieser Herausforderung zu begegnen, können so genannte Auto-Scaler, wie z.B. der schwellenwertbasierte Mechanismus von Amazon Web Services EC2, eingesetzt werden, um eine elastische Skalierung der Rechenressourcen zu ermöglichen. Doch trotz dieser Gelegenheit werden geschäftskritische Anwendungen nach wie vor mit deutlich überdimensionierten Rechenkapazitäten betrieben, um einen stabilen und zuverlässigen Dienstbetrieb zu gewährleisten. Diese Strategie wird aufgrund des mangelnden Vertrauens in Auto-Scaler und der Sorge verfolgt, dass ungenaue oder verzögerte Anpassungen zu finanziellen Verlusten führen könnten. Um die Ressourcenkapazität rechtzeitig anpassen zu können, müssen die zukünftigen Ressourcenanforderungen "vorhergesehen" werden. Denn die Reaktion auf Veränderungen, sobald diese beobachtet werden, führt zu einer inhärenten Verzögerung. Mit anderen Worten, es sind genaue Prognosemethoden erforderlich, um Systeme proaktiv anzupassen. Ein wirksamer Ansatz in diesem Zusammenhang ist die Zeitreihenprognose, welche auch in vielen anderen Bereichen angewandt wird. Die Kernidee besteht darin, vergangene Werte zu untersuchen und vorherzusagen, wie sich diese Werte im Laufe der Zeit entwickeln werden. Nach dem "No-Free-Lunch Theorem" gibt es keinen Algorithmus, der für alle Szenarien am besten funktioniert. Daher ist die Auswahl einer geeigneten Prognosemethode für einen gegebenen Anwendungsfall eine wesentliche Herausforderung. Denn jede Methode hat - abhängig vom spezifischen Anwendungsfall - ihre Vor- und Nachteile. Deshalb basiert üblicherweise die Wahl der Prognosemethode auf Trial-and-Error oder auf Expertenwissen, welches nicht vollständig automatisiert werden kann. Beide Ansätze sind teuer und fehleranfällig. Obwohl Auto-Skalierung und Zeitreihenprognose etablierte Forschungsgebiete sind, können die bestehenden Ansätze die genannten Herausforderungen nicht vollständig bewältigen: (i) Bei unserer Untersuchung zur Zeitreihenvorhersage stellten wir fest, dass die meisten der überprüften Artikel nur eine geringe Anzahl von (meist verwandten) Methoden berücksichtigen und ihre Performanz auf einem kleinen Datensatz von Zeitreihen mit nur wenigen Fehlermaßen bewerten, während sie keine Informationen über die Ausführungszeit der untersuchten Methoden liefern. Daher können solche Artikel nicht als Hilfe für die Wahl einer geeigneten Methode für einen bestimmten Anwendungsfall herangezogen werden; (ii) Bestehende hybride open-source Prognosemethoden, die sich mindestens zwei Methoden zunutze machen, um das "No-Free-Lunch Theorem" anzugehen, sind rechenintensiv, schlecht automatisiert, für einen bestimmten Datensatz ausgelegt oder haben eine unvorhersehbare Laufzeit. Methoden, die eine hohe Varianz in der Ausführungszeit aufweisen, können nicht für zeitkritische Szenarien angewendet werden (z.B. Autoskalierung), während Methoden, die auf einen bestimmten Datensatz zugeschnitten sind, Einschränkungen für mögliche Anwendungsfälle mit sich bringen (z.B. nur jährliche Zeitreihen vorhersagen); (iii) Auto-Scaler skalieren typischerweise eine Anwendung entweder proaktiv oder reaktiv. Obwohl es einige hybride Auto-Scaler gibt, fehlt es ihnen an ausgeklügelten Lösungen zur Kombination von reaktiver und proaktiver Skalierung. Beispielsweise werden Ressourcen nur proaktiv freigesetzt, während die Ressourcenzuweisung vollständig reaktiv (inhärent verzögert) erfolgt; (iv) Die Mehrheit der vorhandenen Mechanismen berücksichtigt bei der Skalierung einer Anwendung in einer öffentlichen Cloud-Umgebung nicht das Preismodell des Anbieters, was häufig zu überhöhten Kosten führt. Auch wenn einige kosteneffiziente Auto-Scaler vorgeschlagen wurden, berücksichtigen sie nur den aktuellen Ressourcenbedarf und vernachlässigen ihre Entwicklung im Laufe der Zeit. Beispielsweise werden Ressourcen oft vorzeitig abgeschaltet, obwohl sie vielleicht bald wieder benötigt werden. Um den genannten Herausforderungen und den Defiziten der bisherigen Arbeiten zu begegnen, werden in dieser Arbeit drei Beiträge vorgestellt: (i) Der erste Beitrag - ein Prognosebenchmark - behandelt das Problem der begrenzten Vergleichbarkeit zwischen bestehenden Prognosemethoden; (ii) Der zweite Beitrag stellt eine automatisierte hybride Zeitreihen-Prognosemethode namens Telescope vor, die sich der Herausforderung des "No-Free-Lunch Theorem" stellt; (iii) Der dritte Beitrag stellt Chamulteon, einen neuartigen hybriden Auto-Scaler für die koordinierte Skalierung von Anwendungen mit mehreren Diensten, bereit, der Telescope zur Vorhersage der Lastintensität als Grundlage für eine proaktive Ressourcenbereitstellung nutzt. Im Folgenden werden die drei Beiträge der Arbeit zusammengefasst: Beitrag I - Prognosebenchmark Um gleiche Ausgangsbedingungen für die Bewertung von Prognosemethoden anhand eines breiten Spektrums zu schaffen, schlagen wir einen neuartigen Benchmark vor, der Prognosemethoden auf der Grundlage ihrer Performanz in einer Vielzahl von Szenarien automatisch bewertet und ein Ranking erstellt. Der Benchmark umfasst vier verschiedene Anwendungsfälle, die jeweils 100 heterogene Zeitreihen aus verschiedenen Bereichen abdecken. Der Datensatz wurde aus öffentlich zugänglichen Zeitreihen zusammengestellt und so konzipiert, dass er eine viel höhere Diversität aufweist als bestehende Prognosewettbewerbe. Neben dem neuen Datensatz führen wir zwei neue Maße ein, die verschiedene Aspekte einer Prognose beschreiben. Wir haben den entwickelten Benchmark zur Bewertung von Telescope angewandt. Beitrag II - Telescope Um eine generische Prognosemethode bereitzustellen, stellen wir einen neuartigen, auf maschinellem Lernen basierenden Prognoseansatz vor, der automatisch relevante Informationen aus einer gegebenen Zeitreihe extrahiert. Genauer gesagt, Telescope extrahiert automatisch intrinsische Zeitreihenmerkmale und zerlegt die Zeitreihe dann in Komponenten, wobei für jede dieser Komponenten ein Prognosemodell erstellt wird. Jede Komponente wird mit einer anderen Methode prognostiziert und dann wird die endgültige Prognose aus den vorhergesagten Komponenten unter Verwendung eines regressionsbasierten Algorithmus des maschinellen Lernens zusammengestellt. In mehr als 1300 Experiment-Stunden, in denen 15 konkurrierende Methoden (einschließlich Ansätze von Uber und Facebook) auf 400 Zeitreihen verglichen wurden, übertraf Telescope alle Methoden und zeigte die beste Prognosegenauigkeit in Verbindung mit einer niedrigen und zuverlässigen Ausführungszeit. Im Vergleich zu den konkurrierenden Methoden, die im Durchschnitt einen Prognosefehler (genauer gesagt, den symmetric mean absolute forecast error) von 29% aufwiesen, wies Telescope einen Fehler von 20% auf und war dabei 2556 mal schneller. Insbesondere die Methoden von Uber und Facebook wiesen einen Fehler von 48% bzw. 36% auf und waren 7334 bzw. 19 mal langsamer als Telescope. Beitrag III - Chamulteon Um eine zuverlässige Auto-Skalierung zu ermöglichen, stellen wir einen hybriden Auto-Scaler vor, der proaktive und reaktive Techniken kombiniert, um verteilte Cloud-Anwendungen, die mehrere Dienste umfassen, koordiniert und kostengünstig zu skalieren. Genauer gesagt, werden proaktive Anpassungen auf der Grundlage von Prognosen von Telescope geplant, während reaktive Anpassungen auf der Grundlage tatsächlicher Beobachtungen der überwachten Lastintensität ausgelöst werden. Um auftretende Konflikte zwischen reaktiven und proaktiven Anpassungen zu lösen, wird ein komplexer Konfliktlösungsalgorithmus implementiert. Außerdem überprüft Chamulteon Anpassungen im Hinblick auf das Preismodell des Cloud-Anbieters, um die anfallenden Kosten in öffentlichen Cloud-Umgebungen zu minimieren. In mehr als 400 Experiment-Stunden, in denen fünf konkurrierende Auto-Skalierungsmechanismen unter fünf verschiedene Arbeitslasten, vier verschiedene Anwendungen und drei verschiedene Cloud-Umgebungen evaluiert wurden, zeigte Chamulteon die beste Auto-Skalierungsleistung und Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der berechneten Kosten. Die konkurrierenden Methoden lieferten während (durchschnittlich) 31% der Versuchszeit zu wenige Ressourcen. Im Gegensatz dazu reduzierte Chamulteon diese Zeit auf 8% und die SLO-Verletzungen (Service Level Objectives) von 18% auf 6%, während es bis zu 15% weniger Ressourcen verwendete und die berechneten Kosten um bis zu 45% senkte. Die Beiträge dieser Arbeit können als wichtige Meilensteine auf dem Gebiet der Zeitreihenprognose und der automatischen Skalierung in Cloud Computing angesehen werden. (i) In dieser Arbeit wird zum ersten Mal ein Prognosebenchmark präsentiert, der eine Vielzahl verschiedener Bereiche mit einer hohen Diversität zwischen den analysierten Zeitreihen abdeckt. Auf der Grundlage des zur Verfügung gestellten Datensatzes und des automatischen Auswertungsverfahrens trägt der vorgeschlagene Benchmark dazu bei, die Vergleichbarkeit von Prognosemethoden zu verbessern. Die Benchmarking-Ergebnisse von verschiedenen Prognosemethoden ermöglichen die Auswahl der am besten geeigneten Prognosemethode für einen gegebenen Anwendungsfall. (ii) Telescope bietet den ersten generischen und vollautomatischen Zeitreihen-Prognoseansatz, der sowohl genaue als auch zuverlässige Prognosen liefert, ohne Annahmen über die analysierte Zeitreihe zu treffen. Dementsprechend macht es teure, zeitaufwändige und fehleranfällige Verfahren überflüssig, wie z.B. Trial-and-Error oder das Hinzuziehen eines Experten. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, insbesondere in zeitkritischen Szenarien, in denen Telescope genaue Vorhersagen mit einer kurzen und zuverlässigen Antwortzeit liefern kann. Obwohl Telescope für diese Arbeit im Bereich des Cloud Computing eingesetzt wurde, gibt es, wie die Auswertung zeigt, keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Anwendbarkeit von Telescope in anderen Bereichen. Darüber hinaus wird Telescope, das auf GitHub zur Verfügung gestellt wurde, bereits in einer Reihe von interdisziplinären datenwissenschaftlichen Projekten eingesetzt, z.B. bei der vorausschauenden Wartung im Rahmen von Industry 4.0, bei der Vorhersage von Herzinsuffizienz in der Medizin oder als Bestandteil von Vorhersagemodellen für die Entwicklung von Bienenstöcken. (iii) Im Kontext der elastischen Ressourcenverwaltung ist Chamulteon ein wichtiger Meilenstein für die Stärkung des Vertrauens in Auto-Scaler. Der komplexe Konfliktlösungsalgorithmus ermöglicht ein zuverlässiges und genaues Skalierungsverhalten, das Verluste durch übermäßige Ressourcenzuweisung oder SLO-Verletzungen reduziert. Mit anderen Worten, Chamulteon bietet zuverlässige Ressourcenanpassungen, die die berechneten Kosten minimieren und gleichzeitig die Benutzerzufriedenheit maximieren. KW - Zeitreihenanalyse KW - Prognose KW - Cloud Computing KW - Auto-Scaling KW - Feature Engineering & Extraction KW - Skalierbarkeit KW - Benchmarking KW - Forecasting Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-220255 ER - TY - JOUR A1 - Kaspar, Mathias A1 - Fette, Georg A1 - Hanke, Monika A1 - Ertl, Maximilian A1 - Puppe, Frank A1 - Störk, Stefan T1 - Automated provision of clinical routine data for a complex clinical follow-up study: A data warehouse solution JF - Health Informatics Journal N2 - A deep integration of routine care and research remains challenging in many respects. We aimed to show the feasibility of an automated transformation and transfer process feeding deeply structured data with a high level of granularity collected for a clinical prospective cohort study from our hospital information system to the study's electronic data capture system, while accounting for study-specific data and visits. We developed a system integrating all necessary software and organizational processes then used in the study. The process and key system components are described together with descriptive statistics to show its feasibility in general and to identify individual challenges in particular. Data of 2051 patients enrolled between 2014 and 2020 was transferred. We were able to automate the transfer of approximately 11 million individual data values, representing 95% of all entered study data. These were recorded in n = 314 variables (28% of all variables), with some variables being used multiple times for follow-up visits. Our validation approach allowed for constant good data quality over the course of the study. In conclusion, the automated transfer of multi-dimensional routine medical data from HIS to study databases using specific study data and visit structures is complex, yet viable. KW - clinical data warehouse KW - clinical study KW - electronic data capture KW - electronic health records KW - secondary data usage Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-260828 VL - 28 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Schulz, Ninja T1 - Auxiliary DO in Asian Englishes JF - World Englishes N2 - To indicate emphasis, auxiliary do is used in affirmative contexts (do+) when no other auxiliary is present. It is thus rooted in the grammatical system of do‐support; however, do+ does not always bear stress and can fulfil various discourse‐marking functions (Nevalainen & Rissanen, 1986). Positioned at the intersection of grammar and discourse, do+ constitutes an interesting study for its use in ‘non‐native’ varieties of English since it can be assumed that the more salient grammatical functions are easier to master for learners. Focusing on Asian Englishes in contrast to Inner Circle varieties, this exploratory paper assesses the frequency and distribution of do+ in the spoken and written parts of eight ICE components. KW - auxiliary DO KW - Asian Englishes KW - grammar Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262630 VL - 40 IS - 4 SP - 502 EP - 518 ER - TY - THES A1 - Klett, Michael T1 - Auxiliary particle approach for strongly correlated electrons : How interaction shapes order T1 - Hilfsteilchen-Projektion stark korrelierter Elektronensysteme N2 - Since the genesis of condensed matter physics, strongly correlated fermionic systems have shown a variety of fascinating properties and remain a vital topic in the field. Such systems arise through electronic interaction, and despite decades of intensive research, no holistic approach to solving this problem has been found. During that time, physicists have compiled a wealth of individual experimental and theoretical results, which together give an invaluable insight into these materials, and, in some instances, can explain correlated phenomena. However, there are several systems that stubbornly refuse to fall completely in line with current theoretical descriptions, among them the high-\( T_c{}\) cuprates and heavy fermion compounds. Although the two material classes have been around for the better part of the last 50 years, large portions of their respective phase diagram are still under intensive debate. Recent experiments in several electron-doped cuprates compounds, e.g. neodymium cerium copper oxide (Nd\(_{2x}\)Ce\(_x\)CuO\(_4\)), reveal a charge ordering about an antiferromagnetic ground state. So far, it has not been conclusively clarified how this intertwining of charge and spin polarization comes about and how it can be reconciled with a rigorous theoretical description. The heavy-fermion semimetals, on the other hand, have enjoyed renewed scientific interest with the discovery of topological Kondo insulators, a new material class offering a unique interface of topology, symmetry breaking, and correlated phenomena. In this context, samarium hexaboride (SmB\(_6\)) has emerged as a prototypical system, which may feature a topological ground state. In this thesis, we present a spin rotational invariant auxiliary particle approach to investigate the propensities of interacting electrons towards forming new states of order. In particular, we study the onset of spin and charge order in high-\( T_c{}\) cuprate systems and Kondo lattices, as well as the interplay of magnetism and topology. To that end, we use a sophisticated mean-field approximation of bosonic auxiliary particles augmented by a stability analysis of the saddle point via Gaussian fluctuations. The latter enables the derivation of dynamic susceptibilities, which describe the response of the system under external fields and offer a direct comparison to experiments. Both the mean-field and fluctuation formalisms require a numerical tool that is capable of extremizing the saddle point equations, on the one hand, and reliably solving a loop integral of the susceptibility-type, on the other. A full, from scratch derivation of the formalism tailored towards a software implementation, is provided and pedagogically reviewed. The auxiliary particle method allows for a rigorous description of incommensurate magnetic order and compares well to other established numerical and analytical techniques. Within our analysis, we employ the two-dimensional one-band Hubbard as well as the periodic Anderson model as minimal Hamiltonians for the high-\( T_c{}\) cuprates and Kondo systems, respectively. For the former, we observe a regime of intertwined charge- and spin-order in the electron-doped regime, which matches recent experimental observations in the cuprate material Nd\(_{2x}\)Ce\(_x\)CuO\(_4\). Furthermore, we localize the emergence of a Kondo regime in the periodic Anderson model and establish the magnetic phase diagram of the two-band model for topological Kondo insulators. The emerging antiferromagnetic ground state can be characterized by its topological properties and shows, for a non-trivial phase, topologically protected hinge modes. N2 - Stark korrelierte Fermionen in einem Festkörper-Kristallgitter weisen eine Vielzahl faszinierender kollektiver Eigenschaften auf und stellen damit eines der konzeptionell reichhaltigsten Themenkomplexe auf dem Gebiet der Physik der kondensierten Materie da. Die dazu nötigen Mechanismen lassen sich auf die elektronische Coulomb-Wechsel-wirkung zurückführen und sind trotz jahrzehntelanger intensiver Forschung bis heute nicht geschlossen gelöst worden. Vielmehr wurden - Stück für Stück - experimentelle und theoretische Einzelergebnisse zusammen getragen, die nicht nur einen tiefen Einblick in diese Materialien geben, sondern in einigen Fällen sogar korrelierte Phänomene erklären können. Allerdings gibt es durchaus Strukturen, die sich hartnäckig weigern, mit den bisherigen theoretischen Beschreibungen vollständig übereinzustimmen, darunter die Kuprat-Hochtemperatursupraleiter und die Schwer-Fermionenverbindungen. Obwohl diese beiden Materialklassen seit etwa 50 Jahren erforscht werden, sind große Teile ihrer jeweiligen Phasendiagramme noch nicht abschließend entschlüsselt. Experimente an mehreren elektronendotierten Kuprat-verbindungen, z. B. Neodym-Cerium-Kupferoxid (Nd\(_{2x}\)Ce\(_x\)CuO\(_4\)), zeigen unter anderem eine Ladungsdichtewelle, die auf einem antiferromagnetischen Grundzustand beruht. Bislang ist nicht abschließend geklärt, wie diese Verschränkung von Ladungs- und Spinpolarisation zustande kommt und wie sie mit einer strengen theoretischen Beschreibung in Einklang zu bringen ist. Schwer-Fermionen Halbmetalle erleben mit der Entdeckung der topologischen Kondo-Isolatoren eine Renaissance und bieten eine einzigartige Schnittstelle zwischen Topologie, Symmetriebrechung und korrelierten Phänomenen. Der wahrscheinlich vielversprechendste Kandidat dieser neuen Materialklasse ist Samariumhexaborid (SmB\(_6\)). In dieser Arbeit nutzen wir einen spinrotationsinvarianten Hilfsteilchenansatz um die Emergenz neuer Ordnungszustände wechselwirkender Elektronen zu untersuchen. Im Besonderen interessiert uns das Zusammenspiel von Spin- und Ladungsdichtewellen in den Hochtemperatur Kupraten und Kondo-systemen, sowie die Interaktion von Magnetismus und Topologie. Dazu verwenden wir eine hoch parametrische Molekular-Feld-Analyse der bosonischen Hilfsteilchen, die anschließend durch eine Stabilitätsanalyse des Sattelpunkts ergänzt wird. Sowohl die Molekular-Feld-Approximation, als auch der Fluktuations-Formalismus erfordern ein numerisches Softwaretool, das in der Lage ist sowohl Sattelpunkt-Gleichungen als auch Loopintegral präzise zu lösen. Wir präsentieren eine pädagogisch aufgearbeitete, von Grund auf entwickelte Herleitung des Formalismus, die auf eine Software-Implementierung zugeschnitten ist. Der Hilfsteilchenansatz erlaubt überdies eine rigorose Beschreibung inkommensurabel magnetischer Ordnungen und reproduziert etablierten numerischen und analytische Ergebnisse in guter Übereinstimmung. Für unsere Analyse verwenden wir sowohl das zweidimensionale Einband-Hubbard- als auch das periodische Anderson-Modell als minimalen Hamitonian für die Hochtemperatur-Kuprate bzw. Kondo-Systeme. Im Falle der Kuprate finden wir eine Phase, die durch eine kombinierte Ladungs- und Spinordnung im elektronendotierten Parameterbereich gekennzeichnet ist und überdies gut mit experimentellen Beobachtungen im Kupratmaterial Nd\(_{2x}\)Ce\(_x\)CuO\(_4\) übereinstimmt. Des Weitern wird das Auftreten des Kondo-Regimes im periodischen Anderson-Modell untersucht und das magnetische Phasendiagramm des Zwei-Band-Hamiltonians eines topologischen Kondo-Isolators kartiert. Der antiferromagnetische Grundzustand kann durch eine topologische Invariante charakterisiert werden und zeigt für eine nicht-triviale Phase eindimensionale topologisch geschützte Kantenmoden. KW - Festkörpertheorie KW - Slave-Boson-Verfahren KW - Hochtemperatursupraleiter KW - Kondo-System KW - Topologische Phase KW - Mean-Field-Methode Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-248121 ER - TY - JOUR A1 - Hofmann, Julian A1 - Ginex, Tiziana A1 - Espargaró, Alba A1 - Scheiner, Matthias A1 - Gunesch, Sandra A1 - Aragó, Marc A1 - Stigloher, Christian A1 - Sabaté, Raimon A1 - Luque, F. Javier A1 - Decker, Michael T1 - Azobioisosteres of Curcumin with Pronounced Activity against Amyloid Aggregation, Intracellular Oxidative Stress, and Neuroinflammation JF - Chemistry – A European Journal N2 - Many (poly‐)phenolic natural products, for example, curcumin and taxifolin, have been studied for their activity against specific hallmarks of neurodegeneration, such as amyloid‐β 42 (Aβ42) aggregation and neuroinflammation. Due to their drawbacks, arising from poor pharmacokinetics, rapid metabolism, and even instability in aqueous medium, the biological activity of azobenzene compounds carrying a pharmacophoric catechol group, which have been designed as bioisoteres of curcumin has been examined. Molecular simulations reveal the ability of these compounds to form a hydrophobic cluster with Aβ42, which adopts different folds, affecting the propensity to populate fibril‐like conformations. Furthermore, the curcumin bioisosteres exceeded the parent compound in activity against Aβ42 aggregation inhibition, glutamate‐induced intracellular oxidative stress in HT22 cells, and neuroinflammation in microglial BV‐2 cells. The most active compound prevented apoptosis of HT22 cells at a concentration of 2.5 μm (83 % cell survival), whereas curcumin only showed very low protection at 10 μm (21 % cell survival). KW - amyloid beta KW - bioisosterism KW - natural products KW - neuroprotectivity KW - replica-exchange molecular dynamics Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-238988 VL - 27 IS - 19 SP - 6015 EP - 6027 ER - TY - JOUR A1 - Traub, Jan A1 - Husseini, Leila A1 - Weber, Martin S. T1 - B cells and antibodies as targets of therapeutic intervention in neuromyelitis optica spectrum disorders JF - Pharmaceuticals N2 - The first description of neuromyelitis optica by Eugène Devic and Fernand Gault dates back to the 19th century, but only the discovery of aquaporin-4 autoantibodies in a major subset of affected patients in 2004 led to a fundamentally revised disease concept: Neuromyelits optica spectrum disorders (NMOSD) are now considered autoantibody-mediated autoimmune diseases, bringing the pivotal pathogenetic role of B cells and plasma cells into focus. Not long ago, there was no approved medication for this deleterious disease and off-label therapies were the only treatment options for affected patients. Within the last years, there has been a tremendous development of novel therapies with diverse treatment strategies: immunosuppression, B cell depletion, complement factor antagonism and interleukin-6 receptor blockage were shown to be effective and promising therapeutic interventions. This has led to the long-expected official approval of eculizumab in 2019 and inebilizumab in 2020. In this article, we review current pathogenetic concepts in NMOSD with a focus on the role of B cells and autoantibodies as major contributors to the propagation of these diseases. Lastly, by highlighting promising experimental and future treatment options, we aim to round up the current state of knowledge on the therapeutic arsenal in NMOSD. KW - neuromyelitis optica spectrum disorders KW - B cells KW - antibodies KW - eculizumab KW - ravulizumab KW - inebilizumab KW - tocilizumab KW - satralizumab KW - ublituximab Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222957 SN - 1424-8247 VL - 14 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Hock, Michael A1 - Terekhov, Maxim A1 - Stefanescu, Maria Roxana A1 - Lohr, David A1 - Herz, Stefan A1 - Reiter, Theresa A1 - Ankenbrand, Markus A1 - Kosmala, Aleksander A1 - Gassenmaier, Tobias A1 - Juchem, Christoph A1 - Schreiber, Laura Maria T1 - B\(_{0}\) shimming of the human heart at 7T JF - Magnetic Resonance in Medicine N2 - Purpose Inhomogeneities of the static magnetic B\(_{0}\) field are a major limiting factor in cardiac MRI at ultrahigh field (≥ 7T), as they result in signal loss and image distortions. Different magnetic susceptibilities of the myocardium and surrounding tissue in combination with cardiac motion lead to strong spatio‐temporal B\(_{0}\)‐field inhomogeneities, and their homogenization (B0 shimming) is a prerequisite. Limitations of state‐of‐the‐art shimming are described, regional B\(_{0}\) variations are measured, and a methodology for spherical harmonics shimming of the B\(_{0}\) field within the human myocardium is proposed. Methods The spatial B\(_{0}\)‐field distribution in the heart was analyzed as well as temporal B\(_{0}\)‐field variations in the myocardium over the cardiac cycle. Different shim region‐of‐interest selections were compared, and hardware limitations of spherical harmonics B\(_{0}\) shimming were evaluated by calibration‐based B0‐field modeling. The role of third‐order spherical harmonics terms was analyzed as well as potential benefits from cardiac phase–specific shimming. Results The strongest B\(_{0}\)‐field inhomogeneities were observed in localized spots within the left‐ventricular and right‐ventricular myocardium and varied between systolic and diastolic cardiac phases. An anatomy‐driven shim region‐of‐interest selection allowed for improved B\(_{0}\)‐field homogeneity compared with a standard shim region‐of‐interest cuboid. Third‐order spherical harmonics terms were demonstrated to be beneficial for shimming of these myocardial B\(_{0}\)‐field inhomogeneities. Initial results from the in vivo implementation of a potential shim strategy were obtained. Simulated cardiac phase–specific shimming was performed, and a shim term‐by‐term analysis revealed periodic variations of required currents. Conclusion Challenges in state‐of‐the‐art B\(_{0}\) shimming of the human heart at 7 T were described. Cardiac phase–specific shimming strategies were found to be superior to vendor‐supplied shimming. KW - 7 T KW - B KW - cardiac MRI KW - shimming KW - ultrahigh field Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218096 VL - 85 IS - 1 SP - 182 EP - 196 ER - TY - THES A1 - Dose, Titus T1 - Balance Problems for Integer Circuits and Separations of Relativized Conjectures on Incompleteness in Promise Classes T1 - Balance-Probleme für Integer Circuits und Separierungen Relativierter Vermutungen über Unvollständigkeit in Promise-Klassen N2 - This thesis is divided into two parts. In the first part we contribute to a working program initiated by Pudlák (2017) who lists several major complexity theoretic conjectures relevant to proof complexity and asks for oracles that separate pairs of corresponding relativized conjectures. Among these conjectures are: - \(\mathsf{CON}\) and \(\mathsf{SAT}\): coNP (resp., NP) does not contain complete sets that have P-optimal proof systems. - \(\mathsf{CON}^{\mathsf{N}}\): coNP does not contain complete sets that have optimal proof systems. - \(\mathsf{TFNP}\): there do not exist complete total polynomial search problems (also known as total NP search problems). - \(\mathsf{DisjNP}\) and \(\mathsf{DisjCoNP}\): There do not exist complete disjoint NP pairs (coNP pairs). - \(\mathsf{UP}\): UP does not contain complete problems. - \(\mathsf{NP}\cap\mathsf{coNP}\): \(\mathrm{NP}\cap\mathrm{coNP}\) does not contain complete problems. - \(\mathrm{P}\ne\mathrm{NP}\). We construct several of the oracles that Pudlák asks for. In the second part we investigate the computational complexity of balance problems for \(\{-,\cdot\}\)-circuits computing finite sets of natural numbers (note that \(-\) denotes the set difference). These problems naturally build on problems for integer expressions and integer circuits studied by Stockmeyer and Meyer (1973), McKenzie and Wagner (2007), and Glaßer et al. (2010). Our work shows that the balance problem for \(\{-,\cdot\}\)-circuits is undecidable which is the first natural problem for integer circuits or related constraint satisfaction problems that admits only one arithmetic operation and is proven to be undecidable. Starting from this result we precisely characterize the complexity of balance problems for proper subsets of \(\{-,\cdot\}\). These problems turn out to be complete for one of the classes L, NL, and NP. N2 - Diese Arbeit gliedert sich in zwei Teile. Im ersten Teil liefern wir Beiträge zu einem Arbeitsprogramm, das von Pudlák (2017) initiiert wurde, welcher einige bedeutsame komplexitätstheoretische, für das Gebiet der Proof Complexity relevante Vermutungen untersucht und nach Orakeln fragt, die Paare von entsprechenden relativierten Vermutungen separieren. Unter diesen Vermutungen sind: - \(\mathsf{CON}\) und \(\mathsf{SAT}\): coNP (resp., NP) enthält keine vollständigen Probleme, die P-optimale Beweissysteme haben. - \(\mathsf{CON}^{\mathsf{N}}\): coNP enthält keine vollständigen Probleme, die optimale Beweissysteme haben. - \(\mathsf{TFNP}\): Es existieren keine vollständigen Total Polynomial Search Problems (auch bekannt unter dem Namen Total NP Search Problems). - \(\mathsf{DisjNP}\) und \(\mathsf{DisjCoNP}\): Es gibt keine vollständigen disjunkten NP-Paare (coNP-Paare). - \(\mathsf{UP}\): UP enthält keine vollständigen Probleme. - \(\mathsf{NP}\cap\mathsf{coNP}\): \(\mathrm{NP}\cap\mathrm{coNP}\) enthält keine vollständigen Probleme. - \(\mathrm{P}\ne\mathrm{NP}\) Wir konstruieren einige der Orakel, nach denen Pudlák fragt. Im zweiten Teil untersuchen wir die Berechnungskomplexität von Balance Problemen für \(\{-,\cdot\}\)-Schaltkreise, welche endliche Teilmengen natürlicher Zahlen berechnen (es bezeichnet \(-\) die Differenz von Mengen). Diese Probleme bauen in natürlicher Weise auf Probleme für Integer Expressions und Integer Circuits auf, welche von Stockmeyer und Meyer (1973), McKenzie und Wagner (2007) sowie Glaßer et al. (2010) untersucht wurden. Wir beweisen, dass das Balance Problem für \(\{-,\cdot\}\)-Schaltkreise unentscheidbar ist. Dies ist das erste natürliche Problem für Integer Circuits oder verwandte Constraint Satisfaction Probleme, das nur eine arithmetische Operation erlaubt und als unentscheidbar bewiesen worden ist. Von diesem Resultat ausgehend wird die Komplexität von Balance Problemen für echte Teilmengen von \(\{-,\cdot\}\) präzise charakterisiert. Es stellt sich heraus, dass jedes dieser Probleme vollständig für eine der Klassen L, NL und NP ist. KW - NP-vollständiges Problem KW - Orakel KW - Beweissystem KW - Berechnungskomplexität KW - Integer circuit KW - Integer Expression KW - Propositional proof system KW - P-optimal KW - Disjoint pair Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222209 ER - TY - JOUR A1 - Brandt, Silvia A1 - Lauer, Hans-Christoph A1 - Fehrenz, Michael A1 - Güth, Jan-Frederik A1 - Romanos, Georgios A1 - Winter, Anna T1 - Ball versus Locator\(^®\) attachments: a retrospective study on prosthetic maintenance and effect on oral-health-related quality of life JF - Materials N2 - Locator\(^®\) and ball attachments are well-established systems to attach overdentures to two inter-foraminal implants. This study aimed to evaluate differences between the two systems regarding prosthetic maintenance and patients’ oral-health-related quality of life (OHRQoL). Dental records of patients with a mandibular implant-retained overdenture were retrospectively analyzed. Prosthetic maintenance measures involving the denture suprastructure and attachment matrix and patrix were analyzed. Furthermore, the Oral Health Impact Profile-G14 (OHIP-G14) was used to evaluate OHRQoL. Results were analyzed by means of Kaplan–Meier analysis and Student’s t- and log-rank tests. The records of 122 patients were evaluated. Kaplan–Meier survival analysis revealed a significant difference between ball attachments (Group B; n patients = 47) and Locator\(^®\) attachments (Group L; n patients = 75) regarding the occurrence of denture fractures (p < 0.001) and events affecting the matrix (p = 0.028) and patrix (p = 0.030). Group L had a significantly lower total OHIP-G14 score than Group B (p = 0.002). The most common maintenance events were matrix-related and denture relining for both attachment systems. Group B required more maintenance measures than Group L. Moreover, patients in Group L had better OHRQoL than patients in Group B. KW - attachment KW - ball KW - locator KW - overdenture KW - OHRQoL KW - OHIP-G14 Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228909 SN - 1996-1944 VL - 14 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Budiman, Yudha P. A1 - Lorenzen, Sabine A1 - Liu, Zhiqiang A1 - Radius, Udo A1 - Marder, Todd B. T1 - Base‐Free Pd‐Catalyzed C−Cl Borylation of Fluorinated Aryl Chlorides JF - Chemistry – A European Journal N2 - Catalytic C−X borylation of aryl halides containing two ortho‐fluorines has been found to be challenging, as most previous methods require stoichiometric amounts of base and the polyfluorinated aryl boronates suffer from protodeboronation, which is accelerated by ortho‐fluorine substituents. Herein, we report that a combination of Pd(dba)2 (dba=dibenzylideneacetone) with SPhos (2‐dicyclohexylphosphino‐2’,6’‐dimethoxybiphenyl) as a ligand is efficient to catalyze the C‐Cl borylation of aryl chlorides containing two ortho‐fluorine substituents. This method, conducted under base‐free conditions, is compatible with the resulting di‐ortho‐fluorinated aryl boronate products which are sensitive to base. KW - boronate ester KW - borylation KW - cross-coupling KW - fluoroarene KW - palladium-catalyzed Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225687 VL - 27 IS - 11 SP - 3869 EP - 3874 ER - TY - JOUR A1 - Greefrath, Gilbert A1 - Oldenburg, Reinhard A1 - Siller, Hans-Stefan A1 - Ulm, Volker A1 - Weigand, Hans-Georg T1 - Basic Mental Models of Integrals - Theoretical Conception, Development of a Test Instrument, and first Results JF - ZDM – Mathematics Education N2 - A basic mental model (BMM—in German ‘Grundvorstellung’) of a mathematical concept is a content-related interpretation that gives meaning to this concept. This paper defines normative and individual BMMs and concretizes them using the integral as an example. Four BMMs are developed about the concept of definite integral, sometimes used in specific teaching approaches: the BMMs of area, reconstruction, average, and accumulation. Based on theoretical work, in this paper we ask how these BMMs could be identified empirically. A test instrument was developed, piloted, validated and applied with 428 students in first-year mathematics courses. The test results show that the four normative BMMs of the integral can be detected and separated empirically. Moreover, the results allow a comparison of the existing individual BMMs and the requested normative BMMs. Consequences for future developments are discussed. KW - basic mental model KW - Grundvorstellung KW - integral KW - empirical evidence KW - approaches in textbooks Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-232830 SN - 1863-9690 VL - 53 ER - TY - THES A1 - Weiß, Neele T1 - Bedeutung des MEK5/ERK5-Signalwegs in der zielgerichteten Melanomtherapie T1 - Function of the MEK5/ERK5-Pathway in the targeted Therapy of Melanoma N2 - In dieser Dissertation wird der MEK5/ERK5- Signalweg als möglicher Angriffspunkt in der zielgerichteten Melanomtherapie identifiziert. Die Adressierung von ERK5 bietet eine Alternative, um einer Resistenzentwicklung gegenüber Inhibitoren des MAPK- Signalwegs entgegenzuwirken. Das maligne Melanom ist ein hochaggressiver Tumor mit steigender Inzidenz. Zunehmende Sonnenstunden im Rahmen des Klimawandels mit erhöhter Belastung der Haut durch UV-Strahlung werden die Problematik des malignen Melanoms für den Menschen in den nächsten Jahren weiter zunehmen lassen. Die Aktivierung des MEK5/ERK5- Signalwegs scheint eine Reaktion von Tumorzellen auf Therapiestress zu sein. Diese Aktivierung liefert den Melanomzellen einen Überlebensvorteil und verhindert ein langfristiges Therapieansprechen. ERK5 beeinflusst den Zellzyklus von Melanomzellen und ist somit möglicherweise von wichtiger Bedeutung in der Tumorgenese des malignen Melanoms. Patienten mit NRAS- Mutation profitieren auffallend weniger von einer gezielten MEKi-Therapie als solche mit BRAF Mutation. Für ersteres Patientenkollektiv steht aktuell lediglich die Immuntherapie zur Verfügung, wodurch oft nur ein kurzes, progressionsfreies Intervall erreicht werden kann und die Patienten häufig unter schweren Nebenwirkungen leiden. Grund für die problematische Behandlung könnte das häufige Auftreten einer basalen ERK5- Aktivierung in NRAS- mutierten Melanomen sein. Diese Arbeit liefert eine positive Prognose über den Nutzen einer ERK5- Inhibition als Erweiterung des Therapieschemas. Diese These gilt auch für Melanompatienten mit einer BRAF- Mutation. Patienten, die an einem malignen Melanom erkrankt sind, weisen zu 80% eine Mutation in einem dieser beschriebenen Onkogene auf. Die Arbeit lässt darauf schließen, dass eine ERK5- Inhibition in der Therapie von beiden Gruppen erfolgreich sein könnte und somit das Leben nahezu aller Melanompatienten betrifft. N2 - In this thesis, targeting the MEK5/ERK5- pathway is identified as a possible treatment option for maligant melanoma in order to prevent the development of resistances against inhibitors of the MAPK- pathway. The malignant melanoma is a highly aggressive tumor with an increasing incidence. A rising amount of sun exposure due to climate change will lead to increasing skin damage among the population and thus the malignant melanoma may emerge as an important medical problem throughout the following decade. The activation of the MEK5/ERK5 pathway seems to be a cellular response to therapeutic stress. It therefore results in sustained proliferation and survival in melanoma cells and prevents an efficiant therapy in the longterm. ERK5 has influence on the cell cycle progression of melanoma cells and could be of utmost importance for the tumorigenesis in malignant melanoma. Patients suffering from NRAS- mutant melanoma benefit remarkably less from MAPK-pathway targeting regimens than those with BRAF- mutation. In these cases immunotharpy remains as the only valuable treatment option yet barely achieving a short progression free survival with severe side effects. The obstacle of effective therapy could be the frequently found occurrence of a basal ERK5- activity especially observed in NRAS- mutant melanoma cells. Our data imply that MEKi/ERK5i co-treatment could provide a new therapeutic approach as an adjunct to targeted therapy of malignant melanoma improving its overall effectiveness. This discovery does not only apply for NRAS- mutant melanoma but also for patients with BRAF- mutation. In 80% of malignant melanoma the driver mutation can be found in one of these two oncogenes suggesting the majoryty of melanoma patients might benefit from MEK5/ERK5- Inhibition. KW - Melanom KW - MAP-Kinase KW - MEK5/ERK5 KW - Therapieresistenz Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219073 ER - TY - JOUR A1 - Sponsler, Douglas B. A1 - Bratman, Eve Z. T1 - Beekeeping in, of or for the city? A socioecological perspective on urban apiculture JF - People and Nature N2 - The term ‘urban beekeeping’ connotes a host of meanings—sociopolitical, commercial, ecological and personal—beyond the mere description of where bees and beekeepers happen to coincide. Yet, these meanings are seldom articulated explicitly or brought into critical engagement with the relevant fields of urban ecology and political ecology. Beginning with a brief account of the history of urban beekeeping in the United States, we draw upon urban ecological theory to construct a conceptual model of urban beekeeping that distinguishes beekeeping in, of and for the city. In our model, beekeeping in the city describes the mere importation of the traditionally rural practice of beekeeping into urban spaces for the private reasons of the individual beekeeper, whereas beekeeping of the city describes beekeeping that is consciously tailored to the urban context, often accompanied by (semi)professionalization of beekeepers and the formation of local expert communities (i.e. beekeeping associations). Beekeeping for the city describes a shift in mindset in which beekeeping is directed to civic ends beyond the boundaries of the beekeeping community per se. Using this framework, we identify and discuss specific socioecological assets and liabilities of urban beekeeping, and how these relate to beekeeping in, of and for the city. We then formulate actionable guidelines for maturing the practice of urban beekeeping into a beneficent and self‐critical form of urban ecological citizenship; these include fostering self‐regulation within the beekeeping community, harnessing beekeeping as a ‘gateway’ experience for a broader rapprochement between urban residents and nature, and recognizing the political‐ecological context of beekeeping with respect to matters of socioecological justice. KW - environmental justice KW - honey bee KW - multispecies studies KW - policy KW - pollinator KW - urban greening Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239949 VL - 3 IS - 3 SP - 550 EP - 559 ER - TY - JOUR A1 - Wienrich, Carolin A1 - Döllinger, Nina A1 - Hein, Rebecca T1 - Behavioral Framework of Immersive Technologies (BehaveFIT): How and why virtual reality can support behavioral change processes JF - Frontiers in Virtual Reality N2 - The design and evaluation of assisting technologies to support behavior change processes have become an essential topic within the field of human-computer interaction research in general and the field of immersive intervention technologies in particular. The mechanisms and success of behavior change techniques and interventions are broadly investigated in the field of psychology. However, it is not always easy to adapt these psychological findings to the context of immersive technologies. The lack of theoretical foundation also leads to a lack of explanation as to why and how immersive interventions support behavior change processes. The Behavioral Framework for immersive Technologies (BehaveFIT) addresses this lack by 1) presenting an intelligible categorization and condensation of psychological barriers and immersive features, by 2) suggesting a mapping that shows why and how immersive technologies can help to overcome barriers and finally by 3) proposing a generic prediction path that enables a structured, theory-based approach to the development and evaluation of immersive interventions. These three steps explain how BehaveFIT can be used, and include guiding questions for each step. Further, two use cases illustrate the usage of BehaveFIT. Thus, the present paper contributes to guidance for immersive intervention design and evaluation, showing that immersive interventions support behavior change processes and explain and predict 'why' and 'how' immersive interventions can bridge the intention-behavior-gap. KW - immersive technologies KW - behavior change KW - intervention design KW - intervention evaluation KW - framework KW - virtual reality KW - intention-behavior-gap KW - human-computer interaction Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-258796 VL - 2 ER - TY - THES A1 - Zipf, Matthias T1 - Berührungslose Temperaturmessung an Gasen und keramisch beschichteten Oberflächen bei hohen Temperaturen T1 - Non-contact temperature measurement of gases and ceramic coated surfaces N2 - Stationäre Gasturbinen können von großer Bedeutung für die Verlangsamung des Klima-wandels und bei der Bewältigung der Energiewende sein. Für die Weiterentwicklung von Gasturbinen zu höheren Betriebstemperaturen und damit einhergehend zu höheren Wirkungs-graden werden berührungslose Messverfahren zur Ermittlung der Oberflächentemperatur von Turbinenschaufeln und der Gastemperatur der heißen Verbrennungsgase während des Be-triebs benötigt. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher Methoden der berührungslosen Tem-peraturmessung unter Verwendung von Infrarotstrahlung untersucht. Die berührungslose Messung der Oberflächentemperatur moderner Turbinenschaufeln muss aufgrund derer infrarot-optischer Oberflächeneigenschaften im Wellenlängenbereich des mitt-leren Infrarots durchgeführt werden, in welchem die Turbinenbrenngase starke Absorptions-banden aufweisen. Zur Entwicklung eines adäquaten Strahlungsthermometers für diesen Zweck wurden im Rahmen dieser Arbeit daher durch Ermittlung von Transmissionsspektren von Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf bei hohen Temperaturen und Drücken in einer ei-gens hierfür konstruierten Heißgas-Messzelle zunächst Wellenlängenbereiche identifiziert, in welchen die geplanten Messungen möglich sind. Anschließend wurde der Prototyp eines ent-sprechend konfigurierten Strahlungsthermometers im Zuge des Testlaufes einer vollskaligen Gasturbine erfolgreich erprobt. Weiterhin wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei mögliche Verfahren zur berührungslosen Gastemperaturmessung untersucht. Das erste untersuchte Verfahren setzt ebenfalls auf Strah-lungsthermometrie. Dieses Verfahren sieht vor, aufgrund der Temperaturabhängigkeit des spektralen Transmissionsgrades in den Randbereichen von gesättigten Absorptionsbanden von Gasen aus der in diesen Bereichen transmittierten spektralen Strahldichte auf die Gastempera-tur zu schließen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Voruntersuchungen für dieses Tempera-turmessverfahren durchgeführt. So konnten auf der Grundlage von experimentell ermittelten Transmissionsspektren von Kohlenstoffdioxid bei Drücken zwischen 5 kPa und 600 kPa und Gastemperaturen zwischen Raumtemperatur und 1073 K für das geplante Verfahren nutzbare Wellenlängenintervalle insbesondere im Bereich der Kohlenstoffdioxid-Bande bei 4,26 µm identifiziert werden. Das zweite im Rahmen dieser Arbeit untersuchte Verfahren zur berührungslosen Gastem-peraturmessung basiert auf der Temperaturabhängigkeit der Wellenlängenposition der Trans-missionsminima der Absorptionsbanden von infrarot-aktiven Gasen. Im Hinblick darauf wur-de dieses Phänomen anhand von experimentell bestimmten hochaufgelösten Transmissions-spektren von Kohlenstoffdioxid überprüft. Weiterhin wurden mögliche Wellenlängenbereiche identifiziert und hinsichtlich ihrer Eignung für das geplante Verfahren charakterisiert. Als am vielversprechendsten erwiesen sich hierbei Teilbanden in den Bereichen um 2,7 µm und um 9,2 µm. Unter Beimischung von Stickstoff mit Partialdrücken von bis zu 390 kPa erwies sich zudem auch die Bande bei 4,26 µm als geeignet. Die im Rahmen dieser Arbeit experimentell ermittelten Transmissionsspektren konnten dar-über hinaus schließlich durch Vergleich mit entsprechenden HITRAN-Simulationen verifiziert werden. N2 - Stationary gas turbines can be of significant importance for slowing down climate change and for the handling of the energy transition. The goal of the further development of gas tur-bines is to increase the operating temperatures and in consequence the efficiency factor. For this purpose, non-contact measurement methods are required to determine the surface temper-ature of turbine blades and the gas temperature of the hot combustion gases during operation. Therefore, methods of non-contact temperature measurement using infrared radiation are in-vestigated in this work. Due to the infrared-optical surface properties of modern turbine blades, non-contact tem-perature measurement has to be carried out in the mid-infrared wavelength range, where com-bustion gases of gas turbines have strong absorption bands. In order to develop an adequate radiation thermometer for this purpose, as a first step in this work, wavelength ranges were identified by determining the transmission spectra of carbon dioxide and water vapor at high temperatures and pressures in which the planned measurements are possible. Therefore, a spe-cial high-temperature high-pressure gas cell was developed. Then the prototype of a radiation thermometer, which was configured for measurements in the wavelength region identified before, was successfully tested in a full-scale gas turbine. Furthermore, two possible methods for non-contact gas temperature measurement were in-vestigated in the scope of this work. The first method examined also relies on radiation ther-mometry. Within this method, it is planned to obtain the gas temperature from the measure-ment of the spectral radiance that is transmitted in the wavelength region of the edge of a sat-urated absorption band of the gas, due to the temperature dependence of the spectral transmit-tance in this wavelength region. In this work, preliminary investigations for this temperature measurement method were carried out. Based on experimentally determined transmission spectra of carbon dioxide at pressures between 5 kPa and 600 kPa and at temperatures be-tween room temperature and 1073 K, wavelength intervals were identified that are suitable for the planned measurement method. Especially in the region of the carbon dioxide band at 4.26 µm, appropriate intervals could be found. The second method for non-contact gas temperature measurement investigated in this the-sis is based on the temperature dependence of the wavelength position of the transmission minima of the absorption bands of infrared-active gases. Therefore, this phenomenon was in-vestigated using experimentally determined high-resolution transmission spectra of carbon dioxide. Furthermore, suitable wavelength ranges with appropriate absorption bands were identified and characterized. The most promising sub-bands were found in the wavelength regions around 2.7 µm and 9.2 µm. Under addition of nitrogen with partial pressures up to 390 kPa, the carbon dioxide band at 4.26 µm also turned out to be suitable for the planned temperature measurement method. Finally, the experimentally gathered transmission spectra, which were obtained in the scope of this work, could be verified by a comparison with corresponding HITRAN-simulations. KW - Pyrometrie KW - Gas KW - thermal barrier coating Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-240248 ER - TY - THES A1 - Helf, Daniel T1 - Beschreibung des Bowditch-Effektes in Abhängigkeit der Ausprägung einer Herzinsuffizienz am Tiermodell T1 - Characterization of the Bowditch effect according to the developement of congestive heart failure in an animal model N2 - Bei den primär herzgesunden Tieren wurde durch Frequenz-Überstimulation mit Hilfe eines implantierten biventrikulären Herzschrittmachers eine chronische Herzinsuffizienz induziert. Im Rahmen der Verlaufsbeobachtungen wurde in-vivo die Druckanstiegsgeschwindigkeit dP/dtmax, der enddiastolische sowie endsystolische Druck durch einen implantierten Drucksensor gemessen. Anhand der gemessen dP/dtmax-, EDP- und ESP-Werte konnte der Bowditcheffekt dargestellt werden. Mit Ausprägung einer chronischen Herzinsuffizienz fiel dieser im Verlauf deutlich geringer aus, blieb aber stets nachweisbar. N2 - Congestive heart failure was induced in initially healthy adult sheep by frequency overstimulation. On the basis of velocity of pressure rise (dP/dtmax), endsystolic pressure (ESP) and enddiastolic pressure (EDP) Bowditch effect was demonstrated. Along with the developement of a congestive heart failure Bowditch effect decreased but was throughout detectable. KW - Treppenphänomen KW - Herzinsuffizienz KW - Bowditcheffekt KW - Tiermodell KW - Frequenzüberstimulation KW - Congestiv Heart Failure KW - Force-frequency relation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219181 ER - TY - THES A1 - Volpp, Miriam T1 - Bestimmung der Plasmaproteinbindung von niedrig affinen Liganden am Beispiel der Ephedra-Alkaloide T1 - Determination of plasma protein binding of low-affinity ligands using Ephedra alkaloids as an example N2 - Zur Bestimmung der Bindungsaffinität von Liganden zu den Plasmaproteinen, insbesondere Albumin, wurden über die Jahre zahlreiche Methoden entwickelt. Die Grundlage dieser Arbeit war die Bestimmung der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide unter Verwendung einzelner dieser etablierten Methoden. Aufgrund ihres Anwendungsgebiets als Notfallmedikation bei Anästhesie-bedingter Hypotonie und den damit verbundenen Anforderungen an die Pharmakokinetik, sollten die Ephedra-Alkaloide niedrig-affine Liganden der Plasmaproteine darstellen. In der Literatur und in vorhergehenden Arbeiten wurden für die Ephedra-Alkaloide jedoch sehr unterschiedliche, teilweise der Indikation widersprechende Affinitäten bestimmt. Daher sollte im Rahmen dieser Arbeit das Ausmaß der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide weiter untersucht und die Affinität zu Albumin bzw. anderen Plasmaproteinen im humanen Serum bestimmt werden. Neben der Affinität sollte auch die Stereoselektivität der Bindung genauer betrachtet werden, die bei der Bindung vieler Wirkstoffe eine Rolle spielt. Als Referenzmethode diente die kontinuierliche Ultrafiltration, die auch schon bei Hörst verwendet wurde. Folgende Schlussfolgerungen konnten aus den Ergebnissen dieser Arbeit gezogen werden: 1) Die Ergebnisse der kontinuierlichen Ultrafiltration zeigten, dass die Ephedra-Alkaloide, Ephedrin und Pseudoephedrin, ein nur geringes Ausmaß an Plasmaprotein-bindung von 4 – 9 % gegenüber bovinem und humanem Serumalbumin zeigen. Eine deutlich höhere Plasmaproteinbindung von 19 – 37 % konnte hingegen bei der Verwendung von humanem Serum bestimmt werden. Die Affinität von Pseudoephedrin war dabei jeweils geringer als die von Ephedrin. 2) Diese Ergebnisse mit humanem Serum und die Tatsache, dass Albumin vorwiegend saure Stoffe bindet, legen nahe, dass die Ephedra-Alkaloide vermehrt an andere Plasmaproteine in Serum binden. Erste Messergebnisse mit saurem α1 Glykoprotein bestätigen diese Vermutung. 3) Eine Stereoselektivität konnte nur in geringem Maß bei (+) Ephedrin beobachtet werden, wobei der Unterschied nur im Serum signifikant ist. Pseudoephedrin dagegen zeigte keinerlei Stereoselektivität. Diese Beobachtung passt zu den Schlussfolgerungen der Pfeiffer‘schen Regel zur Stereoselektivität einer Bindung. 4) Andere Sympathomimetika mit einer zusätzlichen Phenolgruppe im Molekül zeigen eine ähnlich niedrige Affinität zu Albumin von ca. 10 %. Eine zusätzliche Phenolgruppe scheint die sauren Eigenschaften des Liganden nicht ausreichend zu erhöhen, um die Affinität zu Albumin signifikant zu steigern. 5) Das tertiäre Kohlenstoffatom am Stickstoff des Ephedrins scheint in gewisser Weise an der Bindung zu Albumin beteiligt zu sein. Sympathomimetika mit einer zusätzlichen Methylgruppe an diesem Kohlenstoffatom, wie Ephedrin, Pseudoephedrin und Oxilofrin, zeigen eine größere Streuung der Messergebnisse. Eine zusätzliche Methylgruppe in dieser Position scheint die Bindung daher sterisch zu hindern. 6) Die Ergebnisse der diskontinuierlichen Ultrafiltration bestätigen weitestgehend die Ergebnisse der kontinuierlichen Ultrafiltration 7) Eine Bestimmung des Ausmaßes der Plasmaproteinbindung von niedrig-affinen Stoffen ist mit den anderen orthogonalen Methoden ACE, NMR und iTC nicht möglich. Diese drei verwendeten Methoden trennen nicht wie die klassischen Methoden den gebundenen vom ungebundenen Wirkstoff, sondern beruhen auf einer Veränderung bestimmter Messparameter: bei der ACE die Migrationszeit, bei der NMR-Spektroskopie die chemische Verschiebung der Signale bzw. der Diffusionskoeffizient und bei der iTC die frei werdende Bindungswärme. Bei allen drei Methoden war die Änderung der Messgröße aufgrund der niedrigen Plasmaproteinbindung zu gering, um auswertbar zu sein. 8) Eine Störgröße bei die orthogonalen Methoden war vielfach auch das Albumin selbst bzw. dessen Eigenschaften. Bei der Affinitäts-Kapillarelektrophorese sind physiologische HSA-Konzentrationen wegen des starken Basislinienrauschens nicht messbar. Zudem bewirkt der Albuminzusatz im Trennpuffer eine Viskositätsänderung, die den EOF verlangsamt und so die Messung stört. Bei der NMR-Spektroskopie können wegen der Überlagerung der Signale durch die breiten Albuminbanden weder Veränderungen in der chemischen Verschiebung noch des Diffusionskoeffizienten zuverlässig bestimmt werden. In der iTC erschwerte die Schaumbildung der Lösung, die durch die Oberflächenaktivität des Albumins verursacht wird, die Messung. In dieser Arbeit konnte somit das Ausmaß der Plasmaproteinbindung der Ephedra-Alkaloide mit verschiedenen Methoden erfolgreich bestimmt werden. Damit bestätigte diese Arbeit, dass die Ephedra-Alkaloide, wie deren Indikation vermuten lässt, zu den niedrig affinen Liganden des Albumins zählen. Um genauer eingrenzen zu können durch welche Plasmaproteine im Blutserum die Ephedra-Alkaloide transportiert werden, sollten die Untersuchungen zum sauren α1-Glykoprotein fortgesetzt und gegebenenfalls durch weitere Bestimmungen mit anderen Plasmaproteinen ergänzt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben auch gezeigt, dass viele der unzähligen Methoden zur Untersuchung der Plasmaproteinbindung bei der Bestimmung von niedrig affinen Liganden ihre Grenzen haben. Nach wie vor sind zur Bestimmung einer niedrigen Bindungsaffinität weiterhin die klassischen Methoden, wie die kontinuierliche Ultrafiltration, Mittel der Wahl. Nicht zuletzt deshalb erfreuen sich diese Methoden auch heute noch großer Beliebtheit. N2 - Over the years many methods have been developed to determine the binding affinity of ligands towards the plasma proteins, especially to albumin. The focus of this thesis was the determination of the plasma protein binding of the Ephedra alkaloids using several of those long established methods. Due to their application as emergency drugs for anaesthetic induced hypotension and the associated demands on pharmacokinetics, Ephedra alkaloids should display a low binding affinity towards plasma proteins. Yet in literature and in previous studies the Ephedra alkaloids showed a great variety of binding affinities, in parts even contradictory to their indication. Therefore the Ephedra alkaloids’ extent of plasma protein binding was further examined and the affinity towards albumin and other plasma proteins in human serum determined in the course of this study. Next to its affinity the bindings’ stereoselectivity was analysed as well, playing an important role in the binding of many drugs. The continuous ultrafiltration served as a reference method formerly also used by Hörst. The following conclusions can be drawn from the results of this study: 1. The results of the continuous ultrafiltration experiments show that the Ephedra alkaloids, ephedrine and pseudoephedrine, only have a low extent of 4 – 9 % of plasma protein binding towards bovine and human serum albumin. However using human serum a significantly higher plasma protein binding of 19 – 37 % can be measured. The affinity of pseudoephedrine was lower than ephedrine each time. 2. These results with human serum and the fact that albumin mainly binds acidic substances leads to the conclusion that Ephedra alkaloids principally bind to other plasma proteins in serum. First findings with α1 acid glycoprotein corroborate this hypothesis. 3. A minor stereoselectivity was observed only for (+) ephedrine, although the difference was merely significant in human serum. Pseudoephedrine on the other hand didn’t display any kind of stereoselectivity. These observations coincide with the reasoning of Pfeiffer’s rule regarding the stereoselectivity of binding. 4. Other sympathomimetics with an additional phenolic group in the molecule demonstrate a similar low binding affinity towards albumin of approx. 10 %. An additional phenolic group doesn’t seem to elevate the acidity of the ligand sufficiently in order to increase the affinity towards albumin significantly. 5. The tertiary carbon atom bound to the nitrogen in ephedrine appears to be involved in the binding to albumin in some way. Measured results display a higher variance for sympathomimetics with an additional methyl group in this position like ephedrine, pseudoephedrine and oxilofrine. The additional methyl group seems to hinder the binding sterically. 6. The results of the discontinuous ultrafiltration confirm the results of the continuous ultrafiltration experiments for most parts. 7. The determination of the extent of plasma protein binding is not feasible with the other orthogonal methods ACE, NMR and iTC for low affinity ligands. Those three methods don’t rely on the separation of bound and unbound drug as the classical methods do. Instead they are based on the alteration of certain measuring parameters: for the ACE it’s the migration time, in NMR spectroscopy it’s the chemical shift or the diffusion coefficient and using iTC it’s the released binding heat. For all three methods the change of those parameters was too low to be evaluable. 8. One disturbance with the orthogonal methods was often albumin itself or its properties. In affinity capillary electrophoresis physiological HSA concentrations are not measureable due to the high background noise caused by albumin. Furthermore the addition of albumin in the background electrolyte leads to a change in viscosity, slowing the EOF and thus falsifying the measurement. Using NMR spectroscopy neither changes in the chemical shift nor the diffusion coefficient can be reliably determined due to overlap of the albumin and ligand signals. During iTC experiments the foaming of the solution caused by the surface activity of albumin itself hinders the measurement. In summary the extent of plasma protein binding was successfully determined for the Ephedra alkaloids using different measuring techniques. Thereby this study confirmed that the Ephedra alkaloids are low affinity ligands of albumin as was suggested by their current use in drug therapy. To narrow down by which plasma proteins the Ephedra alkaloids are transported in serum further analysis with α1 acid glycoprotein and if applicable with other plasma proteins is necessary. The results of this study also show that countless methods for determining the extent of plasma protein binding fail to produce reliable results for low affinity ligands. After all the classical methods such as continuous ultrafiltration are still the methods of choice when it comes to determine low affinity binding. If nothing else this is the reason why those methods are still so popular to date. KW - Proteinbindung KW - Plasmaproteine KW - Serumalbumine KW - Ultrafiltration KW - Ephedrin KW - Kapillarelektrophorese Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219619 ER - TY - THES A1 - Heidrich [geb. Englert], Johanna T1 - Bestimmung der Prävalenz medikamentenresistenter HIV-Infektionen bei therapienaiven Patienten in der Viktoriasee-Region in Tansania T1 - Determining the prevalence of drug-resistant HIV infections in treatment-naive patients in the Lake Victoria region of Tanzania N2 - Bestimmung der Prävalenz medikamentenresistenter HIV-Infektionen bei therapienaiven Patienten in der Viktoriasee-Region in Tansania Seitdem HIV im Jahr 1983 als Ursache des „acquired immundeficiency syndrome“ (AIDS) isoliert wurde, hat sich viel in der Therapie dieser Infektion getan. Trotzdem handelt es sich um eine Erkrankung, welche bisher nicht geheilt werden kann. Da der weitaus größere Anteil der betroffenen Menschen in strukturschwachen Ländern lebt, ist die größte Herausforderung, eine flächendeckende Therapie weltweit zu etablieren und diese für jeden zugänglich zu machen. Aufgrund der hohen Mutationsrate des HI-Virus, kommt es zur schnellen Resistenzentwicklung. In strukturschwachen Ländern wie Tansania ist eine Resistenztestung vor Therapiebeginn aktuell aufgrund fehlender Infrastruktur sowie geringer finanzieller Mittel nicht denkbar. Deshalb wird nach WHO-Empfehlung eine standardisierte Dreifachkombination, in der Regel Tenofovir, Lamivudin und Efavirenz, angewendet, ohne vorher eine Resistenztestung vorzunehmen. In regelmäßigen Nachuntersuchungen wird anhand von Viruslast und CD4-Zahl der Erfolg der begonnenen Therapie gemessen und nur bei einem Versagen dieser eine Umstellung vorgenommen. Bereits im Jahr 2011 wurde von unserer Arbeitsgruppe (Kasang, Kalluvya et al.) nachgewiesen, dass eine deutlich höhere Prävalenz für Primärresistenzen von HI-Viren gegenüber antiretroviraler Therapie bestand, als zuvor angenommen. Betrachtet wurden dabei alle Patienten, welche neu als HIV-positiv getestet wurden und nun therapiert werden sollten. Neu war, dass auch ältere Patienten (>25 Jahre) mit einbezogen wurden. Aufgrund der hohen Prävalenz an Primärresistenzen (19%) nahm man an, dass durch antiretrovirale Therapie entstandene resistente Viren zwischen Partnern direkt übertragen werden können. In der vorliegenden Arbeit sollte durch die Untersuchung einer größeren Patientengruppe dieser These nachgegangen werden. Untersucht wurde das Plasma von 114 Patienten (> 25 Jahre), welche unmittelbar vor dem Start einer antiretroviralen Therapie standen und bisher therapienaiv waren. Zur Bestimmung von möglicherweise vorliegenden Resistenzen erfolgte im S3-Labor zunächst die Isolierung der Virus-RNA aus dem Plasma. Diese wurde anschließend in DNA umschrieben, amplifiziert, aufgereinigt und sequenziert. Die Sequenzen wurden online durch die „HIV DRUG RESISTANCE DATABASE“ der Stanford University im Hinblick auf den Subtyp der reversen Transkriptase (RT), der Protease sowie auf Resistenzen gegenüber den gängigen aniretroviralen Medikamenten analysiert mit folgenden Ergebnissen: 1. Die Prävalenz für eine Primärresistenz gegenüber antiretroviralen Medikamenten betrug 21,5 % 2. Die Medikamente der Triple-Therapie waren in der untersuchten Gruppe mit einer Prävalenz von 10,53 % betroffen. 3. Diese Ergebnisse sind besorgniserregend und bestätigen die von Kasang, Kalluvya et al. aufgestellte These Für den weitaus größeren Teil der untersuchten Patienten wäre jedoch die Triple-Therapie ohne kostspielige und aufwendige Resistenztestung ausreichend gewesen. Vorderstes Ziel bleibt somit die finanziellen Ressourcen weiterhin Zugänglichkeit der medikamentösen Behandlung zu nutzen, da dies die beste Methode ist, die Ausbreitung dieser Pandemie einzudämmen. Dennoch werden in den nächsten Jahren weiterhin Untersuchungen mit noch größeren Patientenzahlen nötig sein, um die Wirksamkeit des aktuellen Therapieregimes ständig zu überprüfen und gegebenenfalls eine Anpassung vorzunehmen. N2 - Determining the prevalence of drug-resistant HIV infections in treatment-naive patients in the Lake Victoria region of Tanzania Since HIV was identified as the cause of AIDS, there has been significant progress on the therapy of this disease although there is no cure. Most frequently those affected live in economically underdeveloped countries. Against this backdrop, the challenge is to establish a comprehensive therapy worldwide and make it available for everyone. Due to the high mutation rate of the HI virus, resistance develops quickly. In structurally weak countries such as Tanzania, resistance testing before the start of therapy is currently inconceivable due to the lack of infrastructure and low financial resources. Therefore, according to WHO recommendations, a standardised triple combination, usually tenofovir, lamivudine and efavirenz, is used without prior resistance testing. In regular follow-up examinations, the success of the therapy started is measured on the basis of viral load and CD4 count, and a change is only made if this fails. As early as 2011, our research group (Kasang, Kalluvya et al.) demonstrated that there was a significantly higher prevalence of primary resistance of HI viruses to antiretroviral therapy than previously assumed. All patients who were newly tested as HIV-positive, and were now to be treated, were considered. What was new was that older patients (>25 years) were also included. Due to the high prevalence of primary resistance (19%), it was assumed that resistant viruses resulting from antiretroviral therapy can be transmitted directly between partners. In the present study, this hypothesis was investigated by examining a larger group of patients. The plasma of 114 patients (> 25 years) who were about to start antiretroviral therapy and who had been therapy-naive so far was examined. To determine the possible presence of resistance, the virus RNA was first isolated from the plasma in the S3 laboratory. This was then transcribed into DNA, amplified, purified and sequenced. The sequences were analysed online by the "HIV DRUG RESISTANCE DATABASE" of Stanford University with regard to the subtype of the reverse transcriptase (RT), the protease and resistance to the common antiretroviral drugs with the following results: 1. The prevalence for primary resistance to antiretroviral drugs was 21.5 %. 2. Triple therapy drugs were affected with a prevalence of 10.53% in the group studied. 3. These results are worrying and confirm the thesis put forward by Kasang, Kalluvya et al. However, for the vast majority of patients studied, triple therapy would have been sufficient without costly and time-consuming resistance testing. The primary goal therefore remains to continue to use the financial resources for accessibility of drug treatment, as this is the best method to contain the spread of this pandemic. Nevertheless, further studies with even larger numbers of patients will be necessary in the coming years in order to constantly monitor the effectiveness of the current treatment regime and make adjustments if necessary. KW - HIV KW - HIV-Infektion KW - Tansania KW - HAART KW - Resistenz KW - Primärresistenz KW - Viktoriaseeregion Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222931 ER - TY - THES A1 - Oberdörfer, Sebastian T1 - Better Learning with Gaming: Knowledge Encoding and Knowledge Learning Using Gamification T1 - Besser Lernen durch Spielen: Wissensencodierung und Lernen von Wissen mit Gamification N2 - Computer games are highly immersive, engaging, and motivating learning environments. By providing a tutorial at the start of a new game, players learn the basics of the game's underlying principles as well as practice how to successfully play the game. During the actual gameplay, players repetitively apply this knowledge, thus improving it due to repetition. Computer games also challenge players with a constant stream of new challenges which increase in difficulty over time. As a result, computer games even require players to transfer their knowledge to master these new challenges. A computer game consists of several game mechanics. Game mechanics are the rules of a computer game and encode the game's underlying principles. They create the virtual environments, generate a game's challenges and allow players to interact with the game. Game mechanics also can encode real world knowledge. This knowledge may be acquired by players via gameplay. However, the actual process of knowledge encoding and knowledge learning using game mechanics has not been thoroughly defined, yet. This thesis therefore proposes a theoretical model to define the knowledge learning using game mechanics: the Gamified Knowledge Encoding. The model is applied to design a serious game for affine transformations, i.e., GEtiT, and to predict the learning outcome of playing a computer game that encodes orbital mechanics in its game mechanics, i.e., Kerbal Space Program. To assess the effects of different visualization technologies on the overall learning outcome, GEtiT visualizes the gameplay in desktop-3D and immersive virtual reality. The model's applicability for effective game design as well as GEtiT's overall design are evaluated in a usability study. The learning outcome of playing GEtiT and Kerbal Space Program is assessed in four additional user studies. The studies' results validate the use of the Gamified Knowledge Encoding for the purpose of developing effective serious games and to predict the learning outcome of existing serious games. GEtiT and Kerbal Space Program yield a similar training effect but a higher motivation to tackle the assignments in comparison to a traditional learning method. In conclusion, this thesis expands the understanding of using game mechanics for an effective learning of knowledge. The presented results are of high importance for researches, educators, and developers as they also provide guidelines for the development of effective serious games. N2 - Computerspiele stellen attraktive, spannende und motivierende Lernumgebungen dar. Spieler erlernen zu Spielbeginn die grundlegenden Spielregeln und wenden dieses Wissen während des Spielablaufs an. Dadurch wird das dem Spiel zu Grunde liegende Wissen durch Wiederholung geübt und verinnerlicht. Durch einen konstanten Fluss an neuen Herausforderungen, die in ihrer Schwierigkeit ansteigen, müssen Spieler das Wissen auf neue Szenarien übertragen. Innerhalb eines Computerspiels sind Spielmechaniken für eine Anwendung als auch Demonstration des Spielwissens verantwortlich. Die Spielmechaniken regeln den Spielablauf, in dem sie die Spieleraktionen definieren, die virtuelle Umgebung generieren und die Herausforderungen des Spiels festlegen. Das in den Spielmechaniken kodierte Wissen kann jedoch auch der realen Welt entstammen. In diesem Fall entwickeln Spieler Kompetenzen, die später auch in der Realität Anwendung finden können. Das Kodieren von Wissen in Spielmechaniken und der damit einhergehende Lernprozess wurde allerdings noch nicht genau theoretisch erfasst. Diese Dissertation versucht diese Forschungslücke zu schließen, indem ein theoretisches Model der Wissenskodierung in Spielmechaniken entworfen wird: das Gamified Knowledge Encoding. Dieses Model wird sowohl für das Design einer Lernanwendung für das Wissen der Affinen Transformationen, GEtiT, als auch zur Vorhersage von Lerneffekten eines Computerspiels, Kerbal Space Program, herangezogen. In einer Usability-Studie wird sowohl die Anwendbarkeit des Modells für ein effektives Spieldesign als auch das Gesamtdesign von GEtiT bewertet. Das Lernergebnis, das beim Spielen von GEtiT und Kerbal Space Program erzielt wird, wird in vier weiteren Nutzerstudien überprüft. Die Studien validieren den Einsatz des Gamified Knowledge Encoding Models zur Entwicklung von computerspielbasierten Lernumgebungen und die Vorhersage von Lerneffekten. GEtiT und Kerbal Space Program erzielen ein ähnliches Lernergebnis bei einer höheren Motivation im Vergleich zu einer traditionellen Lernmethode. Als Endergebnis erweitert das präsentierte Forschungsprojekt das generelle Verständnis über die Verwendung von Spielmechaniken für ein effektives Lernen. Die präsentierten Ergebnisse sind von großer Bedeutung für Forscher, Pädagogen und Entwickler, da sie auch Richtlinien für die Entwicklung effektiver Serious Games hervorbringen. KW - Serious game KW - Gamification KW - Lernen KW - Game mechanic KW - Spielmechanik KW - Knowledge encoding KW - Wissensencodierung KW - Virtuelle Realität Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219707 ER - TY - JOUR A1 - Weiß, Martin A1 - Hein, Grit A1 - Hewig, Johannes T1 - Between joy and sympathy: Smiling and sad recipient faces increase prosocial behavior in the dictator game JF - International Journal of Environmental Research and Public Health N2 - In human interactions, the facial expression of a bargaining partner may contain relevant information that affects prosocial decisions. We were interested in whether facial expressions of the recipient in the dictator game influence dictators´ ehavior. To test this, we conducted an online study (n = 106) based on a modified version of a dictator game. The dictators allocated money between themselves and another person (recipient), who had no possibility to respond to the dictator. Importantly, before the allocation decision, the dictator was presented with the facial expression of the recipient (angry, disgusted, sad, smiling, or neutral). The results showed that dictators sent more money to recipients with sad or smiling facial expressions and less to recipients with angry or disgusted facial expressions compared with a neutral facial expression. Moreover, based on the sequential analysis of the decision and the interaction partner in the preceding trial, we found that decision-making depends upon previous interactions. KW - emotional influence KW - dictator game KW - facial expression KW - social decision-making Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241106 VL - 18 IS - 11 ER - TY - JOUR A1 - Greving, Carla Elisabeth A1 - Richter, Tobias T1 - Beyond the Distributed Practice Effect: Is Distributed Learning Also Effective for Learning With Non-repeated Text Materials? JF - Frontiers in Psychology N2 - Distributed learning is often recommended as a general learning strategy, but previous research has established its benefits mainly for learning with repeated materials. In two experiments, we investigated distributed learning with complementary text materials. 77 (Experiment 1) and 130 (Experiment 2) seventh graders read two texts, massed vs. distributed, by 1 week (Experiment 1) or 15 min (Experiment 2). Learning outcomes were measured immediately and 1 week later and metacognitive judgments of learning were assessed. In Experiment 1, distributed learning was perceived as more difficult than massed learning. In both experiments, massed learning led to better outcomes immediately after learning but learning outcomes were lower after 1 week. No such decrease occurred for distributed learning, yielding similar outcomes for massed and distributed learning after 1 week. In sum, no benefits of distributed learning vs. massed learning were found, but distributed learning might lower the decrease in learning outcomes over time. KW - distributed practice KW - learning from text KW - retention interval KW - spacing effect KW - reading Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247944 SN - 1664-1078 VL - 12 ER - TY - THES A1 - Domene Moreno, Christina T1 - Beyond transfer? The acquisition of an L3 phonology by Turkish-German bilinguals T1 - Der Phonologieerwerb im Englischen als Drittsprache durch türkisch-deutsch bilinguale Sprecher N2 - Der Erwerb des phonologischen Systems einer Drittsprache wurde bisher vor allem vor dem Hintergrund zweier Fragen betrachtet: (a) Welche Sprache oder Sprachen werden in die Zielsprache transferiert und (b) welche Rolle spielen inner- und außersprachliche Faktoren dabei? Hier sind grundsätzlich drei Szenarien denkbar, welche sich auch in den im Forschungsfeld vorherrschenden theoretischen Ansätzen wiederfinden. Bei einem bilingualen Sprecher, also einem Sprecher mit zwei Hintergrundsprachen, ist erstens der ausschließliche Transfer einer der Hintergrundsprachen möglich, wobei für die Vorhersage der Sprache, die am wahrscheinlichsten transferiert wird, verschiedene Parameter vorgeschlagen wurden, wie beispielsweise das typologische Verhältnis der Hintergrund- und Zielsprachen untereinander oder der Status einer der beiden Hintergrundsprachen als Erst- bzw. Zweitsprache. Weiterhin ist Transfer aus beiden Sprachen denkbar, bei dem ausschließlich „nützliche“, das heißt den Zielspracherwerb unterstützende Strukturen transferiert werden. Drittens kann gemischter Transfer, also der Transfer verschiedener Strukturen, aus beiden Hintergrundsprachen angenommen werden, der allerdings nicht unbedingt positiv ist, sondern stattdessen von vielfältigen Faktoren konditioniert wird. In anderen Worten wird hier die Möglichkeit angenommen, Strukturen aus beiden Hintergrundsprachen in die Zielsprache zu transferieren. Dieser letzte Ansatz entspricht am besten den bisherigen Forschungsergebnissen des Felds: Während sich bei Betrachtung verschiedener Sprachkombinationen und verschiedener (und verschiedenartiger) phonologischer Strukturen für sich genommen kein einheitliches Muster erkennen lässt, wird deutlich, dass gemischter Transfer möglich ist – dies kommt vor allem bei Studien zu graduellen phonetischen Phänomenen wie konkreter Vokalqualität oder Voice Onset Time zum Ausdruck. Bisherige Studien haben sich auf einzelne phonologische oder phonetische Phänomene beschränkt, anhand derer die entsprechenden Ansätze überprüft wurden. Bisher gibt es keine systematischen Untersuchungen mehrerer verschiedener Phänomene an denselben Sprechern. Da allerdings davon ausgegangen werden kann, dass phonologische Phänomene unterschiedliche strukturelle Eigenschaften haben, ist genau dies nötig. Um also die Mechanismen des gleichzeitigen Transfers mehrerer Sprachen auf eine Zielsprache, und somit auch die Interaktion der Hintergrundsprachen in Multilingualen besser zu verstehen, müssen mehrere phonologische Strukturen an denselben Sprechergruppen und mit denselben Methoden untersucht werden. Diese Forschungslücke will die vorliegende Arbeit schließen. Hierfür wurde der Erwerb des Lautsystems der Drittsprache Englisch durch türkisch-deutsch bilinguale Lerner untersucht. Es wurden phonologische Strukturen des Englischen zur Untersuchung ausgewählt, die entweder im Deutschen (aber nicht im Türkischen), im Türkischen (aber nicht im Deutschen), oder in keiner der beiden Hintergrundsprachen vorkommen. Diese Unterteilung sollte dazu dienen den potentiellen Einfluss der jeweiligen Hintergrundsprache auf die Zielsprache identifizieren zu können. In zwei Studien wurden jeweils die Perzeption und die Produktion der obengenannten Strukturen an türkisch-deutsch Bilingualen sowie an einer monolingual deutschen Kontrollgruppe getestet. Studie 1 testete junge Lerner des Englischen in den ersten Lernjahren, während Studie 2 Studierende der Englischen Sprach- und Literaturwissenschaft testete. Zusätzlich wurden extralinguistische Faktoren und biographische Details erhoben. In den beiden Studien sollte beantwortet werden, ob sich bilinguale und monolinguale Testpersonen in der Perzeption und/oder der Produktion der Zielstrukturen unterscheiden, ob diese Unterschiede durch Transfer aus den Hintergrundsprachen zu erklären sind und, falls dies nicht durchgehend der Fall ist, welche anderen strukturellen oder extralinguistischen Faktoren herangezogen werden können, um die Ergebnisse zu erklären. Zudem sollte geprüft werden, inwieweit Perzeption und Produktion zusammenhängen und welchen Effekt fortschreitender Spracherwerb hat. Die Ergebnisse der beiden Studien dieser Arbeit bestätigen die Vermutung, die anhand der Kombination aus verschiedenen vorausgehenden Studien getroffen wurden: Transfer findet ausgehend von beiden Hintergrundsprachen statt, er kann positiv und negativ sein, und er wird von strukturellen Faktoren konditioniert. So zeigte sich im Vergleich ein deutlicher Einfluss – sowohl positiv wie auch negativ – des Türkischen auf die Perzeption und Produktion des Englischen bei den bilingualen Sprechern, aber ebenso ein Einfluss des Deutschen. Weiterhin konnte der gleichzeitige Einfluss beider Hintergrundsprachen auf einzelne Strukturen belegt werden. Perzeption und Produktion stehen bei keiner der Sprechergruppen in einer direkten Korrelation, allerdings kann anhand der Ergebnisse Perzeption als einer der Faktoren angenommen werden, der einen Einfluss auf die Produktion der zielsprachlichen Struktur hat. Als weitere Faktoren konnten der Grad der Markiertheit der Struktur, ihre artikulatorische Komplexität sowie das Fehlen eines artikulatorischen Ankers identifiziert werden. Eine Verschiebung der Transferquellen fand zwischen den beiden Studien, also bedingt durch fortgeschrittenen Erwerb, nicht statt. Es konnte allerdings gezeigt werden, dass Nachteile, die aufgrund der Hintergrundsprachen den Sprechergruppen entstanden, in der älteren Gruppe häufig ausgeglichen werden konnten. Die Erklärungsansätze für das Autreten von CLI-Effekten waren abhängig von den Eigenschaften der einzelnen abgeprüften Strukturen und konnten nicht systematisch verallgemeinert werden. Dies bestätigte die wenig einheitlichen Einzelergebnisse vorhergehender Studien für die Perzeption und Produktion mehrerer verschiedener phonologischer Strukturen durch dieselben Sprechergruppen. So konnten methodische oder gruppeninterne Gründe für die sich widersprechenden Ergebnisse erstmals ausgeschlossen werden. Im vorletzten Kapitel dieser Arbeit werden darauf aufbauend alternative Gründe für die Ergebnisse erarbeitet. Hierfür wird das Konzept des komplexen verschachtelten (complex interlaced) eingeführt, das chaostheoretische Ansätze mit der Annahme einer hierarchischen Bit-Struktur verbindet. Die vorliegende Arbeit trägt zu aktuellen Debatten im Bereich der Drittsprachforschung insofern bei, als dass sie als erste mehrere phonologische „Einheiten“ (bits), also Phoneme, Allophone, Prozesse etc., an den gleichen Sprechern testet. Dadurch wurde deutlich, dass die konkrete Struktur phonologischer Systeme in den Mittelpunkt der Forschung zum Drittspracherwerb rücken muss, damit vorhandene Muster erkennbar werden können. Zudem wird vorgeschlagen, verstärkt auf Forschungsergebnisse und Theorien aus anderen Bereichen, wie beispielsweise dem Sprachwandel, der Varietätenlinguistik und der Kontaktlinguistik zurückzugreifen, um letztendlich Forschung am Drittspracherwerb für den theoretischen Erkenntnisgewinn nutzbar zu machen. N2 - Within the relatively new area of research on Third Language (L3) Acquisition, the subfield of phonology is growing, but still relatively understudied. Testing the current L3 models adopted from research on L3 syntax (see Rothman 2010, Bardel & Falk 2012, Flynn et al. 2004), the studies conducted in the area have mostly focused on the source and directionality of language transfer – both into the L3 and into the respective background languages – with some recent excursions into the role of extra-linguistic factors for multilingual learners (e.g., Wrembel 2015). The findings so far (mostly on production, with perception lagging behind) have been very diverse and, depending on the concrete study, can often be taken to give evidence for any of the prevalent models. This can be attributed to the wide range of different speaker and learner biographies as well as their language combinations and state of acquisition, but crucially the dilemma seems to be inherent in the (phonological) system in and of itself since viewing phonological interlanguage transfer as a one-dimensional and immediately transparent process based on direct correspondences between language systems does not seem to capture the complex nature of the phenomenon. In this doctoral thesis I investigate the acquisition of an additional phonological system by child and adult German heritage speakers of Turkish. Specifically, I explore how the learners deal with diverse phonological contrasts that promote positive contra negative transfer from their HL (Turkish) and their L2 (German), and how their perception and production is modulated by cognitive and affective variables. Moreover, I test contrasts that can be found neither in the HL nor in the L2 phonological system. The studies will shed light both on the question of how a new language is shaped and affected by different existing systems and on how two or more phonological grammars co-exist and/or interact in a speaker’s mind. I will argue that, rather than being regarded as simple full projection of language-specific property sets onto the target language, phonological transfer in multilinguals needs to be considered as a process of complex interactions and layers that are established on the level of individual phonological properties and abstract (typological) associations. KW - Englisch KW - Phonologie KW - Zweite Fremdsprache KW - Bilingualism KW - L3 acquisition KW - Zweisprachigkeit KW - Spracherwerb KW - Mehrsprachigkeit Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231411 ER - TY - JOUR A1 - Broster Reix, Christine E. A1 - Florimond, Célia A1 - Cayrel, Anne A1 - Mailhé, Amélie A1 - Agnero-Rigot, Corentin A1 - Landrein, Nicolas A1 - Dacheux, Denis A1 - Havlicek, Katharina A1 - Bonhivers, Mélanie A1 - Morriswood, Brooke A1 - Robinson, Derrick R. T1 - Bhalin, an essential cytoskeleton-associated protein of Trypanosoma brucei linking TbBILBO1 of the flagellar pocket collar with the hook complex JF - Microorganisms N2 - Background: In most trypanosomes, endo and exocytosis only occur at a unique organelle called the flagellar pocket (FP) and the flagellum exits the cell via the FP. Investigations of essential cytoskeleton-associated structures located at this site have revealed a number of essential proteins. The protein TbBILBO1 is located at the neck of the FP in a structure called the flagellar pocket collar (FPC) and is essential for biogenesis of the FPC and parasite survival. TbMORN1 is a protein that is present on a closely linked structure called the hook complex (HC) and is located anterior to and overlapping the collar. TbMORN1 is essential in the bloodstream form of T. brucei. We now describe the location and function of BHALIN, an essential, new FPC-HC protein. Methodology/Principal Findings: Here, we show that a newly characterised protein, BHALIN (BILBO1 Hook Associated LINker protein), is localised to both the FPC and HC and has a TbBILBO1 binding domain, which was confirmed in vitro. Knockdown of BHALIN by RNAi in the bloodstream form parasites led to cell death, indicating an essential role in cell viability. Conclusions/Significance: Our results demonstrate the essential role of a newly characterised hook complex protein, BHALIN, that influences flagellar pocket organisation and function in bloodstream form T. brucei parasites. KW - trypanosoma KW - flagellar pocket KW - hook complex KW - endocytosis KW - cytoskeleton KW - protozoan KW - flagellar pocket collar Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-250301 SN - 2076-2607 VL - 9 IS - 11 ER - TY - JOUR A1 - Stratos, Ioannis A1 - Scarlat, Marius M. A1 - Rudert, Maximilian T1 - Bibliometrics of orthopaedic articles published by authors of Germanophone countries JF - International Orthopaedics N2 - No abstract available. KW - scientific publications KW - orthopaedics KW - germanophone Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-266343 VL - 45 IS - 5 ER - TY - THES A1 - Schubert, Jonathan T1 - Bildgebende Zweifarben-Einzelmolekül-PET-Fluoreszenzspektroskopie am molekularen Chaperon Hsp90 T1 - Two-color single-molecule PET fluorescence imaging spectroscopy on the molecular chaperone Hsp90 N2 - Im Forschungsfeld der Proteindynamik häufen sich in den letzten Jahren Untersuchungen an einzelnen Molekülen. Damit können molekulare Ereignisse, die in konventioneller Spektroskopie durch stochastische Prozesse unentdeckt bleiben, durch direkte Beobachtung identifiziert und analysiert werden, was zu tieferem mechanistischem Verständnis des untersuchten Systems beitragen kann. Die Implikation des molekularen Chaperons Hsp90 in die korrekte Faltung und Aktivierung einer Vielzahl davon abhängiger Klientenproteine machen es zu einem zentralen Knotenpunkt der zellulären Proteinhomöostase, allerdings ist der Mechanismus seiner breiten Klientenerkennung und -prozessierung bisher nur lückenhaft untersucht. Mit der Erkenntnis, dass Hsp90 ATP abhängig große, ratenlimitierende Umstrukturierungen erfährt, wurden Reportersysteme entwickelt, die auf dem Förster-Resonanzenergietransfer mit einer räumlichen Auflösung von ca. 2-10 nm basieren. Diese dokumentieren einen Klammerschluss des Chaperons und prognostizieren einen intermediatbbasierten Konformations-Zyklus. Details über den Mechanismus der Umstrukturierungen wurden mit der Entwicklung von Reportersystemen ermittelt, die auf dem photoinduzierten Elektronentransfer zwischen der Aminosäure Tryptophan und einem organischen Farbstoff basieren. Die Technik beruht auf kontaktinduzierter Fluoreszenzlöschung und damit verbundenen digitalen Intensitätsübergängen, dabei ermöglicht die räumliche Sensitivität von < 1 nm die Beobachtung von lokalen Umstrukturierungen. In Hsp90 wurden damit mittels konventioneller Spektroskopie drei kritische lokale Umlagerungen untersucht und daraus ein Modell mit heterogenen apo-Konformationen sowie ein kooperativer Konformationszyklus abgeleitet, der dem intermediatbasierten Modell gegenübersteht. Im Rahmen dieser Dissertation wurde anhand des Hsp90-Chaperons eine Methode entwickelt, die eine bildgebende PET Fluoreszenzspektroskopie von mehreren Umstrukturierungen gleichzeitig an einzelnen Molekülen erlaubt. Ein umfangreiches Farbstoffscreening führte zur Identifizierung eines Farbstoffpaars, das die PET-basierte simultane Aufzeichnung zweier Konformations-Koordinaten ermöglicht. Über verschiedene Modifikationen des Chaperons konnten einzelmolekültaugliche Oberflächen hergestellt werden, auf denen zweifach markierte Hsp90-Proteine immobilisiert sind. Fluoreszenzintensitätszeitspuren einzelner Chaperone und entsprechende Kontrollkonstrukte bestätigen qualitativ den Erfolg der Methode, für die quantitative Analyse wurde eine Routine in der Programmiersprache Python entwickelt, mit welcher kinetische Informationen ermittelt werden konnten. Diese legen eine enge wechselseitige Abhängigkeit der drei lokalen Elemente nahe, wobei der Großteil der Konformationsübergänge zweier simultan aufgezeichneter Umstrukturierungen Synchronität innerhalb von zwei Sekunden zeigt. Im Vergleich zur Hydrolyse von einem ATP in mehreren Minuten deutet das auf eine enge Kopplung hin. Weiter konnte eine Beschleunigung der Dynamiken durch aromatische Modifikation des N-Terminus von Hsp90 beobachtet werden, zudem erlaubt der Einzelmolekülansatz die Verwendung des nativen Nukleotids ATP, wodurch auch die lokalen Öffnungsdynamiken zugänglich werden. Die zur Bestimmung der Zeitkonstanten durchgeführte Analyse unterstützt die Ansicht heterogener apo-Zustände und einer einheitlich geschlossenen Konformation. Die bildgebende Zweifarben-Einzelmolekül-PET-Spektroskopie konnte insgesamt zu einem Komplement der Einzelmolekül-FRET-Spektroskopie entwickelt werden, um damit lokale Konformationsdynamiken zu untersuchen. Der bildgebende Ansatz erlaubt eine einfache Implementierung in einen experimentellen Einzelmolekül-FRET Aufbau bei gleichzeitiger Erweiterung der beobachteten Koordinaten und wird so zu einem breit anwendbaren Werkzeug multidimensionaler Dynamikuntersuchungen einzelner Proteine. N2 - Over the past years, the number of investigations of single molecules has risen in the field of protein dynamics studies. Direct observation of molecular events that are obscured by stochastic processes in bulk measurements can provide a deeper mechanistic understanding of the systems under study. The molecular chaperone Hsp90, as being involved in the correct folding and activation of client proteins, thereby acting at late-stage folding, is a central node of cellular protein homeostasis. The mechanistic understanding of its broad client recognition and processing capability still remains elusive. The discovery of large conformational changes that drive the chaperone through a rate limiting conformational cycle as a reaction of ATP binding led to the development of reporter systems that probe the global rearrangement. As the reporters are based on Förster resonance energy transfer, they are active on a spatial scale of 2-10 nm and report on the molecular clamp closure. The predicted conformational cycle implicates several intermediate states. Details of the underlying rearrangements were obtained by the development of reporter systems based on photoinduced electron transfer between the amino acid tryptophan and an organic dye. As the technique relies on contact-induced quenching of fluorescence, which is accompanied by digital intensity transitions, the resulting spatial resolution of < 1 nm enables probing of local conformational rearrangements. In bulk experiments, three critical local dynamics were probed in Hsp90, leading to the assumption of heterogeneous apo conformations and an associated cooperative cycle which faces the intermediate-based model. Within the scope of this doctoral thesis, two color single-molecule PET fluorescence imaging spectroscopy was developed using the Hsp90 chaperone to study multiple conformational rearrangements simultaneously on individual proteins. Extensive dye screening identified a dye pair suitable for the PET-based investigation of two different conformational coordinates simultaneously. Modifications on the chaperone protein enabled the immobilization of double-labeled Hsp90 molecules on glass surfaces that are suited for single-molecule studies. Fluorescence intensity time traces of single chaperones and related control constructs validated qualitatively the success of the method. For quantitative analysis, a routine was developed in the programming language Python to obtain kinetic information. Derived kinetics pointed to a close interdependence between the three local elements. Furthermore, the majority of state transitions of rearrangements studied at the same time occurred simultaneously within a two-second window, thereby suggesting synchronicity. Compared to the hydrolysis of one ATP molecule taking minutes, this suggests a tight coupling of motions. Further, an aromatic modification of the Hsp90 N-Terminus resulted in accelerated local dynamics. Besides investigating the dynamics accompanying clamp closure, clamp opening kinetics also became accessible through the use of native nucleotide ATP. The analysis performed as part of the determination of time constants supports the view of a heterogeneous apo and a uniformly closed conformation. Two-color single-molecule PET fluorescence imaging spectroscopy was developed into a technique complement to single-molecule FRET spectroscopy that enables the probing of local conformational dynamics in immobilized proteins. The imaging approach allows for easy implementation in a single-molecule FRET setup while expanding the observed coordinates, making the PET-based technique a widely applicable tool for multidimensional dynamics studies of single proteins. KW - Fluoreszenzspektroskopie KW - Einzelmolekülspektroskopie KW - Hitzeschock-Proteine KW - Proteinsynthese KW - Photoinduzierter Elektronentransfer KW - photoinduced electron transfer KW - Hsp90 Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-244938 ER - TY - JOUR A1 - Makbul, Cihan A1 - Kraft, Christian A1 - Grießmann, Matthias A1 - Rasmussen, Tim A1 - Katzenberger, Kilian A1 - Lappe, Melina A1 - Pfarr, Paul A1 - Stoffer, Cato A1 - Stöhr, Mara A1 - Wandinger, Anna-Maria A1 - Böttcher, Bettina T1 - Binding of a pocket factor to Hepatitis B virus capsids changes the rotamer conformation of Phenylalanine 97 JF - Viruses N2 - (1) Background: During maturation of the Hepatitis B virus, a viral polymerase inside the capsid transcribes a pre-genomic RNA into a partly double stranded DNA-genome. This is followed by envelopment with surface proteins inserted into a membrane. Envelopment is hypothetically regulated by a structural signal that reports the maturation state of the genome. NMR data suggest that such a signal can be mimicked by the binding of the detergent Triton X 100 to hydrophobic pockets in the capsid spikes. (2) Methods: We have used electron cryo-microscopy and image processing to elucidate the structural changes that are concomitant with the binding of Triton X 100. (3) Results: Our maps show that Triton X 100 binds with its hydrophobic head group inside the pocket. The hydrophilic tail delineates the outside of the spike and is coordinated via Lys-96. The binding of Triton X 100 changes the rotamer conformation of Phe-97 in helix 4, which enables a π-stacking interaction with Trp-62 in helix 3. Similar changes occur in mutants with low secretion phenotypes (P5T and L60V) and in a mutant with a pre-mature secretion phenotype (F97L). (4) Conclusion: Binding of Triton X 100 is unlikely to mimic structural maturation because mutants with different secretion phenotypes show similar structural responses. KW - Hepatitis B Virus KW - pocket factor KW - Triton X 100 KW - envelopment KW - maturation signal KW - single strand blocking KW - electron cryo-microscopy KW - isothermal titration calorimetry Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-248565 SN - 1999-4915 VL - 13 IS - 11 ER - TY - THES A1 - Gründl, Marco T1 - Biochemical characterization of the MMB-Hippo crosstalk and its physiological relevance for heart development T1 - Biochemische Charakterisierung des MMB-Hippo Signalweges und dessen physiologische Rolle in der Herzentwicklung N2 - The Myb-MuvB (MMB) complex plays an essential role in the time-dependent transcriptional activation of mitotic genes. Recently, our laboratory identified a novel crosstalk between the MMB-complex and YAP, the transcriptional coactivator of the Hippo pathway, to coregulate a subset of mitotic genes (Pattschull et al., 2019). Several genetic studies have shown that the Hippo-YAP pathway is essential to drive cardiomyocyte proliferation during cardiac development (von Gise et al., 2012; Heallen et al., 2011; Xin et al., 2011). However, the exact mechanisms of how YAP activates proliferation of cardiomyocytes is not known. This doctoral thesis addresses the physiological role of the MMB-Hippo crosstalk within the heart and characterizes the YAP-B-MYB interaction with the overall aim to identify a potent inhibitor of YAP. The results reported in this thesis indicate that complete loss of the MMB scaffold protein LIN9 in heart progenitor cells results in thinning of ventricular walls, reduced cardiomyocyte proliferation and early embryonic lethality. Moreover, genetic experiments using mice deficient in SAV1, a core component of the Hippo pathway, and LIN9-deficient mice revealed that the correct function of the MMB complex is critical for proliferation of cardiomyocytes due to Hippo-deficiency. Whole genome transcriptome profiling as well as genome wide binding studies identified a subset of Hippo-regulated cell cycle genes as direct targets of MMB. By proximity ligation assay (PLA), YAP and B-MYB were discovered to interact in embryonal cardiomyocytes. Biochemical approaches, such as co-immunoprecipitation assays, GST-pulldown assays, and µSPOT-based peptide arrays were employed to characterize the YAP-B-MYB interaction. Here, a PY motif within the N-terminus of B-MYB was found to directly interact with the YAP WW-domains. Consequently, the YAP WW-domains were important for the ability of YAP to drive proliferation in cardiomyocytes and to activate MMB target genes in differentiated C2C12 cells. The biochemical information obtained from the interaction studies was utilized to develop a novel competitive inhibitor of YAP called MY-COMP (Myb-YAP competition). In MY-COMP, the protein fragment of B-MYB containing the YAP binding domain is fused to a nuclear localization signal. Co-immunoprecipitation studies as well as PLA revealed that the YAP-B-MYB interaction is robustly blocked by expression of MY-COMP. Adenoviral overexpression of MY-COMP in embryonal cardiomyocytes suppressed entry into mitosis and blocked the pro-proliferative function of YAP. Strikingly, characterization of the cellular phenotype showed that ectopic expression of MY-COMP led to growth defects, nuclear abnormalities and polyploidization in HeLa cells. Taken together, the results of this thesis reveal the mechanism of the crosstalk between the Hippo signaling pathway and the MMB complex in the heart and form the basis for interference with the oncogenic activity of the Hippo coactivator YAP. N2 - Der Myb-MuvB Komplex spielt eine essenzielle Rolle in der transkriptionellen Aktivierung von Zellzyklusgenen. Unser Labor hat kürzlich einen bis dahin unbekannten Mechanismus zwischen dem MMB-Komplex und Hippo-YAP Signalweg, der zur Aktivierung von Mitosegenen beiträgt, identifiziert. Der Hippo-YAP Signalweg ist beteiligt an der Gewebehomöostase und am Wachstum von Organen. So reguliert der Hippo-YAP Signalweg zum Beispiel während der Herzentwicklung die Proliferation von Herzmuskelzellen. Der exakte Mechanismus wie YAP die Zellteilung von Kardiomyozyten aktiviert, ist jedoch bisher nicht bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit wird das Zusammenspiel zwischen dem Hippo-Signalweg und dem MMB-Komplex im Herzen untersucht. Außerdem wird die Interaktion zwischen YAP und B-MYB biochemisch charakterisiert, um einen Inhibitor zu entwickeln, der die Aktivität von YAP vermindert. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit zeigen, dass der Verlust der zentralen Untereinheit des MMB-Komplexes, LIN9, in Vorläuferzellen der Kardiomyozyten zu einer Reduktion der Herzwand sowie zu einer niedrigeren Proliferationsrate von Herzmuskelzellen und einer erhöhten Embryonalsterblichkeit führt. Außerdem wurde in genetischen Experimenten mit Hippo- und LIN9-defizienten Mäusen gezeigt, dass der MMB-Komplex wichtig für die Aktivierung der Proliferation in Hippo-defizienten Kardiomyozyten ist. Eine globale Analyse der Transkription und Chromatinbindung von YAP und LIN9 im Herzen zeigte, dass eine Untergruppe von Zellzyklusgenen, die nach Inaktivierung des Hippo-Signalwegs vermehrt exprimiert werden, gleichzeitig den MMB-Komplex am Promoter gebunden haben. Durch Interaktionsstudien konnte gezeigt werden, dass YAP und B-MYB in embryonalen Kardiomyozyten miteinander interagieren. Die Bindung der beiden Transkriptionsfaktoren wurde durch Co-Immunpräzipitation, GST-Pulldown-Analysen und Peptid-Arrays biochemisch untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass ein PY-Motiv im N-terminus von B-MYB direkt an die WW-Domänen von YAP bindet. Im Umkehrschluss wurde festgestellt, dass die WW-Domänen von YAP essenziell sind, um sowohl die Proliferation in Herzmuskelzellen als auch die Expression von Mitosegenen in differenzierten C2C12 Zellen zu aktivieren. Letztendlich wurden die Ergebnisse der Interaktionsstudie genutzt, um einen neuartigen kompetitiven Inhibitor von YAP zu entwickeln. Für MY-COMP (Myb-YAP Competition) wurde der Proteinabschnitt von B-MYB, der die YAP Bindedomäne enthält, mit einer Kernlokalisierungssequenz fusioniert. Bindestudien zeigten, dass MY-COMP die Interaktion zwischen YAP und B-MYB effektiv blockiert. Eine durch Adenoviren vermittelte Überexpression von MY-COMP in embryonalen Herzmuskelzellen resultierte in einer verminderten Anzahl von mitotischen Zellen. Somit wird durch Expression von MY-COMP, die proliferative Fähigkeit von YAP vermindert. Interessanterweise wurden in HeLa Zellen, die mit MY-COMP behandelt wurden, vermehrt Abnormalitäten der Zellkerne, polyploide Zellen sowie ein Wachstumsdefizit beobachtet. Zusammengefasst verdeutlichen die Ergebnisse dieser Doktorarbeit die Bedeutung des Zusammenspiels zwischen dem MMB-Komplex und dem Hippo-YAP-Signalweg für die Herzentwicklung und bilden die Grundlage, für die effektive Inhibierung der onkogenen Eigenschaften des Hippo-Coaktivators YAP. KW - Zellzyklus KW - Heart development KW - Hippo pathway KW - Myb-MuvB complex KW - Cardiomyocyte Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213328 ER - TY - THES A1 - Konrad, Charlotte T1 - Biochemische Charakterisierung von cAMP-Gradienten – Einfluss von Phosphodiesterasen T1 - Biochemical Characterization of cAMP Gradients – Influence of Phosphodiesterases N2 - Cyclisches Adenosinmonophosphat ist ein ubiquitärer zweiter Botenstoff zahlreicher Signalwege im menschlichen Körper. Auf eine Vielzahl verschiedenster extrazellulärer Signale folgt jedoch eine Erhöhung desselben intrazellulären Botenstoffs - cAMP. Nichtsdestotrotz schafft es die Zelle, Signalspezifität aufrecht zu erhalten. Ein anerkanntes, wenn auch bisher unverstandenes Modell, um dieses zu ermöglichen, ist das Prinzip der Kompartimentierung. Die Zelle besitzt demnach Areale verschieden hoher cAMP-Konzentrationen, welche lokal begrenzt einzelne Signalkaskaden beeinflussen und somit eine differenzierte Signalübertragung ermöglichen. Eine mögliche Ursache für die Ausbildung solcher Bereiche geringerer cAMP- Konzentrationen (hier als Domänen bezeichnet), ist die hydrolytische Aktivität von Phosphodiesterasen (PDEs), welche als einzige Enzyme die Fähigkeiten besitzen, cAMP zu degradieren. In dieser Arbeit wird der Einfluss der cAMP-Hydrolyse verschiedener PDEs auf die Größe dieser Domänen evaluiert und mit denen der PDE4A1 verglichen, welche bereits durch unsere Arbeitsgruppe aufgrund ihrer Größe als Nanodomänen definiert wurden. Der Fokus wird dabei auf den Einfluss von kinetischen Eigenschaften der Phosphodiesterasen gelegt. So werden eine PDE mit hoher Umsatzgeschwindigkeit (PDE2A3) und eine PDE mit hoher Substrataffinität (PDE8A1) verglichen. Mithilfe sogenannter Linker, Abstandshaltern definierter Länge, werden zusätzlich die Nanodomänen ausgemessen, um einen direkten Zusammenhang zwischen Größe und kinetischer Eigenschaft anzugeben. Die Zusammenschau der Ergebnisse zeigt, dass die maximale Umsatzgeschwindigkeit der Phosphodiesterasen direkt mit der Größe der Nanodomänen korreliert. Durch den unmittelbaren Vergleich der gesamten PDE mit ihrer katalytischen Domäne wird zusätzlich der Einfluss von regulatorischen Domänen evaluiert. Es wird gezeigt, dass diese cAMP-Gradienten modulieren können. Bei der PDE2A3 geschieht die Modulation u.a. durch Stimulation mit cGMP, welche höchstwahrscheinlich dosisabhängig ist und somit graduell verläuft. Hiermit präsentieren sich die Domänen als dynamische Bereiche, d.h. sie können in ihrer Ausprägung reguliert werden. In dieser Arbeit wird die Hypothese bestätigt, dass Phosphodiesterasen eine wichtige Rolle in der Kompartimentierung von cAMP spielen, die Gruppe jedoch inhomogener ist, als bislang angenommen. Die Gradienten-Bildung lässt sich nicht bei jeder Phosphodiesterase darstellen (PDE8A1). Einige Phosphodiesterasen (PDE2A3) jedoch bilden Kompartimente, die durch externe Stimuli in ihrer Größe reguliert werden können. Die Arbeit legt den Grundstein zur breiteren Charakterisierung des spezifischen Einflusses weiterer PDEs auf cAMP-Kompartimentierung, welches nicht nur das Verständnis der Kompartimentierungs-Strategien voranbringt, sondern auch essentiell für das Verständnis der Pathophysiologie zahlreicher Krankheitsbilder, aber auch für das Verständnis bereits angewandter aber auch potentiell neuer Medikamente ist. N2 - Cyclic AMP is a ubiquitous second messenger, which is involved in a huge variety of signaling pathways. Nevertheless, thinking about signaling specificity, it is unclear how numerous diverse signals are all translated via the same second messenger. However, to ensure downstream specificity there is one accepted model - the compartmentalization of cAMP. Different levels of cAMP therefore lead to signaling islets or areas, which ensure a more diverse downstream signaling. One example, which guarantees areas with lower cAMP concentration, is the local hydrolysis of cAMP due to phosphodiesterases’ hydrolytic activity. In this thesis the ability of different phosphodiesterases to build cAMP gradients is compared to the ability of the PDE4 to build cAMP domains in the scale of nanometers, which was already shown by our group. To discriminate influence factors of the formation of those nanodomains, the focus was set on distinct PDEs’ kinetic properties. Therefore, a PDE with a high velocity (PDE2A3) for cAMP hydrolysis is compared to the PDE with the highest known affinity (PDE8A1) to cAMP. Furthermore, with the tools provided by our group, linkers, which are “nanorulers” of distinct size, were used to directly measure the radius of those domains. It is revealed, that the size of the nanodomains directly correlates with the hydrolysis velocity. Furthermore, by comparison of full length PDE with its catalytic domain, it is shown, that their regulatory domains can modulate the ability of phosphodiesterases to create cAMP gradients. In PDE2A3, modulation of cAMP gradients was observed upon cGMP stimulation, which probably occurs in a concentration-dependent matter. Thus, cAMP domains seem to be dynamic areas, i.e. they can be regulated in their size. It is postulated, that phosphodiesterases are one important force for creating compartments, but the family of PDEs itself is inhomogeneous. Not every PDE can build detectable compartments (PDE8A1), but others can build compartments, which are regulated through external stimuli (PDE2A3). The thesis builds the foundation for additional characterization of the other PDE families, which would provide further insight in strategies of cAMP compartmentalization. Moreover, the knowledge of distinct functions of PDEs on cAMP compartments is crucial for the understanding of the pathophysiology of several diseases and the understanding of present and future pharmacological therapies. KW - Cyclo-AMP KW - Phosphodiesterase KW - cAMP KW - PDE Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-205728 ER - TY - JOUR A1 - Ferreira, Eliana Aparecida A1 - Boff, Samuel A1 - Verza, Sandra S. A1 - Mussury, Rosilda Mara T1 - Bioecological and behavioral interaction between pollinating bees and the pioneer shrub Ludwigia nervosa in degraded area suggests an exotic bee as its major pollinator JF - Biology N2 - The flowers of plants of the genus Ludwigia are an important source of food for several species of bees. In the current study, we conducted an experiment with the aim to describe the reproductive biology and phenology of L. nervosa; to identify the species of visiting bees; analyze the foraging behavior of bees; and to investigate whether the reproductive success of the species is related to the foraging activity of bees. We found that the flowers received visits from several native bee species (n = 7), in addition of the exotic honey bees which came to be the dominant species. During visits the majority of the bees foraged in both resources, pollen and nectar. The significantly higher production of fruits in open pollinated pollination experiment compared to artificial cross pollination, suggests honey bees as effective pollinator of this plant species in the study site. Pollen deposition occurs efficiently, given the absence of pollen limitation. Despite massive visitation of honey bees, Ludwigianervosa is attractive to native bees, and therefore it may help to sustain population of both native and exotic pollinators in fragmented humid areas. KW - cross pollination KW - disturbed humid area KW - germination speed KW - honey bees and native bees KW - pollen limitation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228757 SN - 2079-7737 VL - 10 IS - 2 ER - TY - THES A1 - Spieler, Valerie T1 - Bioinspired drug delivery of interleukin-4 T1 - Bioinspirierte Wirkstofffreisetzung von Interleukin-4 N2 - Chronic inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis, type 2 diabetes and cardiovascular diseases, are associated with the homeostatic imbalance of one of several physiological systems combined with the lack of spontaneous remission, which causes the disease to persevere throughout patients’ lives. The inflammatory response relies mainly on tissue-resident, pro-inflammatory M1 type macrophages and, consequently, a chance for therapeutic intervention lies in driving macrophage polarization towards the anti-inflammatory M2 phenotype. Therefore, anti-inflammatory cytokines that promote M2 polarization, including interleukin-4 (IL4), have promising therapeutic potential. Unfortunately, their systemic use is hampered by a short serum half-life and dose-limiting toxicity. On the way towards cytokine therapies with superior safety and efficacy, this thesis is focused on designing bioresponsive delivery systems for the anti-inflammatory cytokine IL4. Chapter 1 describes how anti-inflammatory cytokines are tightly regulated in chronic, systemic inflammation as in rheumatoid arthritis but also in acute, local inflammation as in myocardial infarction. Both diseases show a characteristic progression during which anti-inflammatory cytokine delivery is of variable benefit. A conventional, passive drug delivery system is unlikely to release the cytokines such that the delivery matches the dynamic course of the (patho-)physiological progress. This chapter presents a blueprint for active drug delivery systems equipped with a 24/7 inflammation detector that continuously senses for matrix metalloproteinases (MMP) as surrogate markers of the disease progress and responds by releasing cytokines into the affected tissues at the right time and place. Because they are silent during phases of low disease activity, bioresponsive depots could be used to treat patients in asymptomatic states, as a preventive measure. The drug delivery system only gets activated during flares of inflammation, which are then immediately suppressed by the released cytokine drug and could prevent the steady damage of subclinical chronic inflammation, and therefore reduce hospitalization rates. In a first proof of concept study on controlled cytokine delivery (chapter 2), we developed IL4-decorated particles aiming at sustained and localized cytokine activity. Genetic code expansion was deployed to generate muteins with the IL4’s lysine 42 replaced by two different unnatural amino acids bearing a side chain suitable for click chemistry modification. The new IL4 muteins were thoroughly characterized to ensure proper folding and full bioactivity. Both muteins showed cell-stimulating ability and binding affinity to IL4 receptor alpha similar to those of wild type IL4. Copper-catalyzed (CuAAC) and strain-promoted (SPAAC) azide–alkyne cycloadditions were used to site-selectively anchor IL4 to agarose particles. These particles had sustained IL4 activity, as demonstrated by the induction of TF-1 cell proliferation and anti-inflammatory M2 polarization of M-CSF-generated human macrophages. This approach of site-directed IL4 anchoring on particles demonstrates that cytokine-functionalized particles can provide sustained and spatially controlled immune-modulating stimuli. The idea of a 24/7 sensing, MMP driven cytokine delivery system, as described in the introductory chapter, was applied in chapter 3. There, we simulated the natural process of cytokine storage in the extracellular matrix (ECM) by using an injectable solution of IL4 for depot formation by enzyme-catalyzed covalent attachment to ECM components such as fibronectin. The immobilized construct is meant to be cleaved from the ECM by matrix-metalloproteinases (MMPs) which are upregulated during flares of inflammation. These two functionalities are facilitated by a peptide containing two sequences: a protease-sensitive peptide linker (PSL) for MMP cleavage and a sequence for covalent attachment by activated human transglutaminase FXIIIa (TGase) included in the injection mix for co-administration. This peptide was site-selectively conjugated to the unnatural amino acid at IL4 position 42 allowing to preserve wild type bioactivity of IL4. In vitro experiments confirmed the anticipated MMP response towards the PSL and TGase-mediated construct attachment to fibronectin of the ECM. Furthermore, the IL4-peptide conjugates were able to reduce inflammation and protect non-load bearing cartilage along with the anterior cruciate ligament from degradation in an osteoarthritis model in rabbits. This represents the first step towards a minimally invasive treatment option using bioresponsive cytokine depots with potential clinical value for inflammatory conditions. One of the challenges with this approach was the production of the cytokine conjugate, with incorporation of the unnatural amino acid into IL4 being the main bottleneck. Therefore, in chapter 4, we designed a simplified version of this depot system by genetically fusing the bifunctional peptide via a flexible peptide spacer to murine IL4. While human IL4 loses its activity upon C-terminal elongation, murine IL4 is not affected by this modification. The produced murine IL4 fusion protein could be effectively bound to in vitro grown extracellular matrix in presence of TGase. Moreover, the protease-sensitive linker was selectively recognized and cleaved by MMPs, liberating intact and active IL4, although at a slower rate than expected. Murine IL4 offers the advantage to evaluate the bioresponsive cytokine depot in many available mouse models, which was so far not possible with human IL4 due to species selectivity. For murine IL4, the approach was further extended to systemic delivery in chapter 5. To increase the half-life and specifically target disease sites, we engineered a murine IL4 variant conjugated with a folate-bearing PEG chain for targeting of activated macrophages. The bioactive IL4 conjugate had a high serum stability and the PEGylation increased the half-life to 4 h in vivo. Surprisingly, the folate moiety did not improve targeting in an antigen-induced arthritis (AIA) mouse model. IL4-PEG performed better in targeting the inflamed joint, while IL4-PEG-folate showed stronger accumulation in the liver. Fortunately, the modular nature of the IL4 conjugate facilitates convenient adaption of PEG chain length and the targeting moiety to further improve the half-life and localization of the cytokine. In summary, this thesis describes a platform technology for the controlled release of cytokines in response to inflammation. By restricting the release of the therapeutic to the site of inflammation, the benefit-risk ratio of this potent class of biologics can be positively influenced. Future research will help to deepen our understanding of how to perfectly combine cytokine, protease-sensitive linker and immobilization tag or targeting moiety to tackle different diseases. N2 - Chronische Entzündungskrankheiten wie rheumatoide Arthritis, Typ-2-Diabetes oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen werden durch das Ungleichgewicht eines von mehreren physiologischen Systemen in Verbindung mit fehlender spontaner Remission verursacht, wodurch die Krankheiten lebenslang bestehen bleiben. Die zugrunde liegenden Entzündungsreaktionen beruhen hauptsächlich auf im Gewebe vorhandenen Makrophagen und deren Polarisation in Richtung des entzündlichen M1-Phänotyps, was gleichzeitig die Möglichkeit einer therapeutischen Intervention bietet. Entzündungshemmende Zytokine, einschließlich Interleukin-4 (IL4), haben ein großes therapeutisches Potenzial, da sie Makrophagen in Richtung des entzündungshemmenden M2-Phänotyps zu polarisieren vermögen. Leider ist ihre systemische Anwendung durch eine kurze Serumhalbwertszeit und dosislimitierende Toxizität eingeschränkt. Auf dem Weg zu Zytokintherapeutika mit verbesserter Sicherheit und Wirksamkeit konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung von bioresponsiven Freisetzungssystemen für das entzündungshemmende Zytokin IL4. Kapitel 1 beschreibt, wie entzündungshemmende Zytokine bei chronischen systemischen Entzündungen wie rheumatoider Arthritis im Vergleich zu akuten lokalen Entzündungen wie dem Myokardinfarkt reguliert werden. Beide Erkrankungen zeigen einen charakteristischen Verlauf, währenddessen die Freisetzung von entzündungshemmenden Zytokinen von unterschiedlich großem Nutzen ist. Gewöhnliche, passive Arzneimittelfreisetzungssysteme sind nicht in der Lage, Zytokine in idealer Menge zur optimalen Unterdrückung des dynamischen, (patho-)physiologischen Verlaufs der Krankheit freizusetzen. In diesem Kapitel werden deshalb aktive Arzneimittelfreisetzungssysteme vorgestellt, die mit einer Sensorik für die Entzündung ausgestattet sind, mit der sie kontinuierlich die Konzentration von Matrix-Metalloproteinasen (MMP) als Indikatoren für den Krankheitsverlauf erfassen können. Somit kann das aktive Arzneimittelfreisetzungssystem krankes Gewebe zum richtigen Zeitpunkt und am richtigen Ort mit Zytokinen behandeln. Solche bioresponsiven Depots können zur vorbeugenden Behandlung von asymptomatischen Patienten eingesetzt werden, da sie während Phasen geringer Krankheitsaktivität inaktiv sind. Das Freisetzungssystem wird erst durch Entzündungsschübe aktiviert, die dann sofort durch die freigesetzten Zytokine unterdrückt werden. Dadurch könnte die dauerhafte Schädigung durch subklinische, chronische Entzündung verhindert und als Konsequenz die Hospitalisierungsrate gesenkt werden. In einer ersten Machbarkeitsstudie wurden in Kapitel 2 IL4-dekorierte Partikel mit dem Ziel entwickelt, eine langanhaltende und lokalisierte Zytokinaktivität zu gewährleisten. Dazu wurden IL4-Muteine erzeugt, bei denen das Lysin 42 mittels Erweiterung des genetischen Codes durch zwei verschiedene unnatürliche Aminosäuren ersetzt wurde, die jeweils eine für Klick-Chemie geeignete Seitenkette tragen. Die IL4-Muteine wurden ausführlich charakterisiert, um eine korrekte Faltung und volle Bioaktivität sicherzustellen. Beide Muteine zeigten zellstimulierende Fähigkeit und Bindungsaffinität an IL4-Rezeptor-alpha, die mit der von Wildtyp-IL4 vergleichbar ist. Anschließend wurde kupferkatalysierte (CuAAC) und kupferfreie (SPAAC) Azid-Alkin-Cycloaddition verwendet, um IL4 ortsspezifisch auf Agarosepartikeln zu verankern. Die Partikel waren in der Lage, die IL4-Aktivität über längere Zeit aufrecht zu erhalten, was durch TF-1-Zellproliferation und M2-Polarisation von M-CSF-generierten, humanen Makrophagen gezeigt werden konnte. Dieser Ansatz der ortsspezifischen Verankerung von IL4 auf Agarosepartikeln zeigt, dass zytokinfunktionalisierte Partikel anhaltende und räumlich kontrollierte, immunmodulierende Stimuli liefern können. Die Idee eines MMP-gesteuerten Zytokinfreisetzungssystems mit 24/7-Sensorik, das im Einleitungskapitel vorgestellt wurde, wurde in Kapitel 3 umgesetzt. Der natürliche Prozess der Zytokinspeicherung in der extrazellulären Matrix (EZM) wurde mithilfe einer injizierbaren IL4-Lösung zur enzymatischen Depotbildung durch kovalente Bindung an EZM-Komponenten, z. B. Fibronektin, simuliert. Nach der Bindung soll das Konstrukt durch Matrix-Metalloproteinasen (MMPs), die während Entzündungsschüben hochreguliert werden, aus der EZM freigesetzt werden können. Eine Peptidsequenz, die ein Protease-sensitives Verbindungsstück und eine Sequenz, mit der das Zytokin bei gleichzeitiger Injektion von aktivierter menschlicher Transglutaminase FXIIIa (TGase) kovalent auf der EZM immobilisiert wird enthält, wurde ortsspezifisch über eine unnatürliche Aminosäure an Position 42 von IL4 gekoppelt. Dadurch wurde die Bioaktivität von IL4 vollständig erhalten, während das Protease-sensitive Verbindungsstück auf MMPs reagierte und das Konstrukt durch TGase an das Fibronektin der EZM gebunden werden konnte. Die IL4-Peptid-Konjugate waren in einem Osteoarthritis-Modell bei Kaninchen in der Lage, die Entzündung des Kniegelenks zu verringern und den nicht-tragenden Knorpel sowie das vordere Kreuzband vor Degradation zu schützen. Dies ist der erste Schritt in Richtung einer minimalinvasiven Behandlung durch Verwendung von bioresponsiven Zytokindepots mit potenziellem klinischem Nutzen bei Entzündungserkrankungen. Eine der Herausforderungen bei diesem Vorgehen war die Herstellung der Zytokinkonjugate, wobei der Einbau der unnatürlichen Aminosäure in IL4 den größten Engpass darstellte. Deshalb wurde in Kapitel 4 eine vereinfachte Version dieses Depotsystems entworfen, indem das bifunktionelle Peptid über eine flexible Verbindungssequenz mit murinem IL4 genetisch fusioniert wurde. Während humanes IL4 bei C-terminaler Verlängerung an Aktivität verliert, ist murines IL4 durch die Modifikation nicht beeinflusst. Die murinen IL4-Fusionsproteine konnten in Gegenwart von TGase wirksam an in vitro generierte extrazelluläre Matrix gebunden werden. Darüber hinaus wurde das Protease-sensitive Verbindungsstück selektiv von MMPs erkannt und gespalten, wobei intaktes und aktives IL4 freigesetzt wurde, wenn auch mit einer langsameren Rate als erwartet. Murines IL4 bietet die Möglichkeit das bioresponsive Zytokindepot in den vielen verfügbaren Mausmodellen zu testen, was mit humanem IL4 aufgrund der Speziesselektivität nicht möglich ist. Für murines IL4 wurde die Entwicklung in Kapitel 5 auf die systemische Applikation ausgeweitet. Um die Serumhalbwertszeit zu erhöhen und eine Wirkstofflokalisation im entzündeten Gewebe zu erreichen, wurde eine murine IL4-Variante entwickelt, die mit einer Folat-tragenden PEG-Kette konjugiert wurde, um aktivierte M1 Makrophagen zu adressieren. Das bioaktive IL4-Konjugat wies eine hohe Serumstabilität auf und die PEGylierung erhöhte die Halbwertszeit in vivo auf 4 h. Allerdings konnte durch die Konjugation der Folatgruppe an IL4 die Wirkstofflokalisation in einem Mausmodell mit Antigen-induzierter Arthritis (AIA) nicht verbessert werden. IL4-PEG akkumulierte sich stärker im entzündeten Gelenk, während IL4-PEG-Folat eine stärkere Anreicherung in der Leber zeigte. Erfreulicherweise erleichtert der modulare Aufbau des IL4-Konjugats die bequeme Anpassung der PEG-Kettenlänge und der zielorientierten Einheit, um die Halbwertszeit und Lokalisierung des Zytokins weiter zu verbessern. Zusammenfassend beschreibt diese Arbeit eine Plattformtechnologie zur kontrollierten Freisetzung von Zytokinen als Reaktion auf Entzündungen. Durch die Beschränkung der Freisetzung des Therapeutikums auf den Ort der Entzündung kann das Nutzen-Risiko-Verhältnis dieser potenten Klasse von Biologika positiv beeinflusst werden. Zukünftige Forschungen werden dazu beitragen zu verstehen, wie Zytokin, Protease-sensitives Verbindungsstück und Immobilisierungsanhängsel oder etwaige zielorientierte Einheiten zur Bekämpfung verschiedener Krankheiten perfekt kombiniert werden können. KW - Targeted drug delivery KW - Kontrollierte Wirkstofffreisetzung KW - Interleukin 4 KW - Cytokine KW - Drug delivery platform KW - Protease-sensitive release KW - Site-specific protein conjugation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193590 ER - TY - THES A1 - Fuchs, Konrad Fabio T1 - Biomechanische Evaluation polyaxialer winkelstabiler Plattensysteme bei der Versorgung von intraartikulären Kalkaneusfrakturen T1 - Biomechanical analysis of polyaxial locking plates in intraarticular calcaneal fractures N2 - Kalkaneusfrakturen machen mit 1-2% nur einen geringen Anteil aller Frakturen aus, jedoch sind sie mit einer hohen Rate an Komplikationen verbunden. Die exakte Wiederherstellung der Gelenkkongruenz im Bereich der posterioren Gelenkfacette ist hierbei von zentraler Bedeutung. In dieser biomechanischen Studie wurden drei verschiedene, winkelstabile Plattenosteosynthesen zur Versorgung von Kalkaneusfrakturen im Hinblick auf ihre Stabilität an Kunststoffknochen in einer Materialprüfmaschine getestet und verglichen. Für jede Gruppe wurden an je neun Kalkaneusmodellen Sanders Typ IIB Frakturen erzeugt und anschließend nach Herstellervorgabe versorgt. Von den drei Plattenosteosynthesen waren zwei neuartige, polyaxiale, winkelstabile Systeme und ein konventionelles, winkelstabiles Plattensystem vertreten. Alle Proben wurden auf drei verschiedenen Kraftniveaus (200N, 600N und 1000N) zyklisch und anschließend in einer Maximalkraftuntersuchung getestet. Gemessen wurden das Peak to Peak Displacement bei 200N, 600N und 1000N, die Steifigkeit, der Δ-Gissane-Winkel und die Art des Materialversagens. Ziel dieser Studie war es, anhand dieser Parameter nachzuweisen, ob neuartige, polyaxiale Plattensysteme durch ihre variable Schraubenplatzierung in einem 30°-Konus eine erhöhte biomechanische Stabilität bei Sanders Typ IIB Kalkaneusfrakturen erzeugen. Die Ergebnisse der oben genannten Messparameter wiesen keine statistisch signifikanten Unterschiede (Signifikanzniveau 0,05) auf, weshalb wir unsere Nullhypothese, dass alle drei Plattensysteme eine vergleichbare biomechanische Stabilität besitzen, beibehielten und unsere Gegenhypothese, dass die neuartigen, polyaxialen Plattensysteme eine überlegene biomechanische Stabilität besitzen, verworfen haben. Es bleibt jedoch folgenden biomechanischen und klinischen Studien überlassen, ob die neuartigen Plattensysteme bei anderen Frakturen oder intraoperativ einen biomechanischen, weichteilschonenderen und insgesamt komplikationsloseren Vorteil erzielen können. N2 - Calcaneal fractures make up only around 1-2% of all fractures in the human body but are associated with a high rate of complications. Exact restoration of the posterior articular facet is of essential importance. In this biomechanical study three different fixed plates for calcaneal fractures were tested regarding their stability in a material testing machine using artificial bone models. Each group consisted of nine specimens with a Sanders type IIb fracture, which were treated according to manufacturer information. Of the three plates two were polyaxially locking plates and one was a conventional monoaxially locking plate. All specimens were tested on three strength levels (200N, 600N and 1000N) using a cyclic protocol followed by a load to failure test. The peak-to-peak displacement was measured at 200N, 600N and 1000N. Additionally stiffness, the difference in the Gissane-angle and the mode of failure were measured. The goal of this study was to evaluate, if polyaxially locking plates lead to a higher biomechanical stability with their 30° cone for screw placement in Sanders type II fractures compared to conventional fixed angle locking plates. There were no statistically significant differences (p ≤ 0,05) regarding the above-mentioned parameters. Our null hypothesis, that all three plates have a similar biomechanical stability, was maintained and our counter hypothesis, that polyaxially locking plates have a higher biomechanical stability, was discarded. Future biomechanical and clinical studies will have to show, if polyaxially locking plates lead to a higher biomechanical stability in other fractures and what effect they have on soft tissue and postoperative complications. KW - Fersenbeinbruch KW - Plattenosteosynthese KW - Biomechanik KW - Kalkaneusfraktur KW - Unfallchirurgie KW - Fraktur Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223486 ER - TY - JOUR A1 - Ramírez-Rodríguez, Gloria Belén A1 - Pereira, Ana Rita A1 - Herrmann, Marietta A1 - Hansmann, Jan A1 - Delgado-López, José Manuel A1 - Sprio, Simone A1 - Tampieri, Anna A1 - Sandri, Monica T1 - Biomimetic mineralization promotes viability and differentiation of human mesenchymal stem cells in a perfusion bioreactor JF - International Journal of Molecular Sciences N2 - In bone tissue engineering, the design of 3D systems capable of recreating composition, architecture and micromechanical environment of the native extracellular matrix (ECM) is still a challenge. While perfusion bioreactors have been proposed as potential tool to apply biomechanical stimuli, its use has been limited to a low number of biomaterials. In this work, we propose the culture of human mesenchymal stem cells (hMSC) in biomimetic mineralized recombinant collagen scaffolds with a perfusion bioreactor to simultaneously provide biochemical and biophysical cues guiding stem cell fate. The scaffolds were fabricated by mineralization of recombinant collagen in the presence of magnesium (RCP.MgAp). The organic matrix was homogeneously mineralized with apatite nanocrystals, similar in composition to those found in bone. X-Ray microtomography images revealed isotropic porous structure with optimum porosity for cell ingrowth. In fact, an optimal cell repopulation through the entire scaffolds was obtained after 1 day of dynamic seeding in the bioreactor. Remarkably, RCP.MgAp scaffolds exhibited higher cell viability and a clear trend of up-regulation of osteogenic genes than control (non-mineralized) scaffolds. Results demonstrate the potential of the combination of biomimetic mineralization of recombinant collagen in presence of magnesium and dynamic culture of hMSC as a promising strategy to closely mimic bone ECM. KW - scaffold KW - perfusion bioreactor KW - collagen KW - apatite nanoparticles KW - magnesium KW - human mesenchymal stem cell KW - osteogenesis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-285804 SN - 1422-0067 VL - 22 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Horder, Hannes A1 - Guaza Lasheras, Mar A1 - Grummel, Nadine A1 - Nadernezhad, Ali A1 - Herbig, Johannes A1 - Ergün, Süleyman A1 - Teßmar, Jörg A1 - Groll, Jürgen A1 - Fabry, Ben A1 - Bauer-Kreisel, Petra A1 - Blunk, Torsten T1 - Bioprinting and differentiation of adipose-derived stromal cell spheroids for a 3D breast cancer-adipose tissue model JF - Cells N2 - Biofabrication, including printing technologies, has emerged as a powerful approach to the design of disease models, such as in cancer research. In breast cancer, adipose tissue has been acknowledged as an important part of the tumor microenvironment favoring tumor progression. Therefore, in this study, a 3D-printed breast cancer model for facilitating investigations into cancer cell-adipocyte interaction was developed. First, we focused on the printability of human adipose-derived stromal cell (ASC) spheroids in an extrusion-based bioprinting setup and the adipogenic differentiation within printed spheroids into adipose microtissues. The printing process was optimized in terms of spheroid viability and homogeneous spheroid distribution in a hyaluronic acid-based bioink. Adipogenic differentiation after printing was demonstrated by lipid accumulation, expression of adipogenic marker genes, and an adipogenic ECM profile. Subsequently, a breast cancer cell (MDA-MB-231) compartment was printed onto the adipose tissue constructs. After nine days of co-culture, we observed a cancer cell-induced reduction of the lipid content and a remodeling of the ECM within the adipose tissues, with increased fibronectin, collagen I and collagen VI expression. Together, our data demonstrate that 3D-printed breast cancer-adipose tissue models can recapitulate important aspects of the complex cell–cell and cell–matrix interplay within the tumor-stroma microenvironment KW - adipose-derived stromal cells KW - adipose tissue KW - bioprinting KW - breast cancer model KW - extracellular matrix KW - hyaluronic acid KW - spheroids Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236496 VL - 10 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Ferger, Matthias A1 - Ban, Željka A1 - Krošl, Ivona A1 - Tomić, Sanja A1 - Dietrich, Lena A1 - Lorenzen, Sabine A1 - Rauch, Florian A1 - Sieh, Daniel A1 - Friedrich, Alexandra A1 - Griesbeck, Stefanie A1 - Kenđel, Adriana A1 - Miljanić, Snežana A1 - Piantanida, Ivo A1 - Marder, Todd B. T1 - Bis(phenylethynyl)arene Linkers in Tetracationic Bis-triarylborane Chromophores Control Fluorimetric and Raman Sensing of Various DNAs and RNAs JF - Chemistry-A European Journal N2 - We report four new luminescent tetracationic bis-triarylborane DNA and RNA sensors that show high binding affinities, in several cases even in the nanomolar range. Three of the compounds contain substituted, highly emissive and structurally flexible bis(2,6-dimethylphenyl-4-ethynyl)arene linkers (3: arene=5,5′-2,2′-bithiophene; 4: arene=1,4-benzene; 5: arene=9,10-anthracene) between the two boryl moieties and serve as efficient dual Raman and fluorescence chromophores. The shorter analogue 6 employs 9,10-anthracene as the linker and demonstrates the importance of an adequate linker length with a certain level of flexibility by exhibiting generally lower binding affinities than 3–5. Pronounced aggregation–deaggregation processes are observed in fluorimetric titration experiments with DNA for compounds 3 and 5. Molecular modelling of complexes of 5 with AT-DNA, suggest the minor groove as the dominant binding site for monomeric 5, but demonstrate that dimers of 5 can also be accommodated. Strong SERS responses for 3–5 versus a very weak response for 6, particularly the strong signals from anthracene itself observed for 5 but not for 6, demonstrate the importance of triple bonds for strong Raman activity in molecules of this compound class. The energy of the characteristic stretching vibration of the C≡C bonds is significantly dependent on the aromatic moiety between the triple bonds. The insertion of aromatic moieties between two C≡C bonds thus offers an alternative design for dual Raman and fluorescence chromophores, applicable in multiplex biological Raman imaging. KW - boranes KW - Raman probes KW - molecular modelling KW - fluorescent probes KW - DNA/RNA sensors Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-256717 VL - 27 IS - 16 ER - TY - JOUR A1 - Oberdorf, Kai A1 - Hanft, Anna A1 - Ramler, Jacqueline A1 - Krummenacher, Ivo A1 - Bickelhaupt, Matthias A1 - Poater, Jordi A1 - Lichtenberg, Crispin T1 - Bismuth Amides Mediate Facile and Highly Selective Pn–Pn Radical‐Coupling Reactions (Pn=N, P, As) JF - Angewandte Chemie, International Edition N2 - The controlled release of well‐defined radical species under mild conditions for subsequent use in selective reactions is an important and challenging task in synthetic chemistry. We show here that simple bismuth amide species [Bi(NAr\(_2\))\(_3\)] readily release aminyl radicals [NAr\(_2\)]. at ambient temperature in solution. These reactions yield the corresponding hydrazines, Ar\(_2\)N−NAr\(_2\), as a result of highly selective N−N coupling. The exploitation of facile homolytic Bi−Pn bond cleavage for Pn−Pn bond formation was extended to higher homologues of the pnictogens (Pn=N–As): homoleptic bismuth amides mediate the highly selective dehydrocoupling of HPnR\(_2\) to give R\(_2\)Pn−PnR\(_2\). Analyses by NMR and EPR spectroscopy, single‐crystal X‐ray diffraction, and DFT calculations reveal low Bi−N homolytic bond‐dissociation energies, suggest radical coupling in the coordination sphere of bismuth, and reveal electronic and steric parameters as effective tools to control these reactions. KW - bismuth amides KW - radical species KW - pnictogen coupling KW - aminyl radicals KW - diphosphanes KW - heavier pnictogens KW - radical coupling Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236582 VL - 60 IS - 12 ER - TY - JOUR A1 - Berger, Sarina M. A1 - Rühe, Jessica A1 - Schwarzmann, Johannes A1 - Phillipps, Alexandra A1 - Richard, Ann-Katrin A1 - Ferger, Matthias A1 - Krummenacher, Ivo A1 - Tumir, Lidija-Marija A1 - Ban, Željka A1 - Crnolatac, Ivo A1 - Majhen, Dragomira A1 - Barišić, Ivan A1 - Piantanida, Ivo A1 - Schleier, Domenik A1 - Griesbeck, Stefanie A1 - Friedrich, Alexandra A1 - Braunschweig, Holger A1 - Marder, Todd B. T1 - Bithiophene-Cored, mono-, bis-, and tris-(Trimethylammonium)-Substituted, bis-Triarylborane Chromophores: Effect of the Number and Position of Charges on Cell Imaging and DNA/RNA Sensing JF - Chemistry—A European Journal N2 - The synthesis, photophysical, and electrochemical properties of selectively mono-, bis- and tris-dimethylamino- and trimethylammonium-substituted bis-triarylborane bithiophene chromophores are presented along with the water solubility and singlet oxygen sensitizing efficiency of the cationic compounds Cat\(^{1+}\), Cat\(^{2+}\), Cat(i)\(^{2+}\), and Cat\(^{3+}\). Comparison with the mono-triarylboranes reveals the large influence of the bridging unit on the properties of the bis-triarylboranes, especially those of the cationic compounds. Based on these preliminary investigations, the interactions of Cat\(^{1+}\), Cat\(^{2+}\), Cat(i)\(^{2+}\), and Cat\(^{3+}\) with DNA, RNA, and DNApore were investigated in buffered solutions. The same compounds were investigated for their ability to enter and localize within organelles of human lung carcinoma (A549) and normal lung (WI38) cells showing that not only the number of charges but also their distribution over the chromophore influences interactions and staining properties. KW - singlet oxygen KW - boron KW - bioimaging KW - luminescence KW - nucleic acid Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-256963 VL - 27 IS - 56 ER - TY - THES A1 - Volpato, Daniela T1 - Bitopic Ligands and their molecular fragments for the study of the M1 Muscarinic Receptor T1 - Bitopische Liganden und ihre Molekülfragmente für die Untersuchung des M1 Muskarinischen Rezeptors N2 - The past decades have witnessed the development of new pharmaceutical compounds that modulate receptor function by targeting allosteric sites. Allosteric sites are, by definition, domains topographically distinct from the orthosteric binding pocket where the natural ligand binds. Exploring the possibilities of linking orthosteric and allosteric pharmacophores in one compound to yield ‘bitopic’ compounds is a strategy derived from the “message-address” concept by Schwyzer , first applied to GPCRs by Portoghese et al. This concept explicitly underlines the orthosteric/allosteric combination, in opposite to the more general umbrella term bivalent. The broad possibilities of bitopic ligands in the pharmaceutical field are under continuous study. Bitopic compounds are promising pharmaceutical tools for taking advantage of the allosteric binding to achieve subtype selectivity while preserving high affinity at the receptor. The development of bitopic ligands, based on the idea of combining high affinity (via orthosteric sites) with high selectivity (via allosteric sites), have led to the development of highly selective bivalent ligands for GPCRs , such as for the opioid receptors , muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs), serotonin receptors, cannabinoid receptors, and gonadotropin-releasing hormone receptors. This concept has even been extended to other receptors, for examples nicotinic receptors and other proteins, such as acetylcholinesterases and the tyrosine kinase receptors TrkA and TrkC. The reasons to pursue a bitopic ligand approach are various. An improved affinity for the target GPCR and/or an improved selectivity either at the level of receptor subtype, or at the level of signaling pathway. Another advantage of bitopic ligands over purely allosteric ligands is that the former rely on the appropriate presence of endogenous agonist tone to mediate their effects, whereas a bitopic ligand would engage the orthosteric site irrespective of the presence or absence of endogenous tone. By way of introduction to the hybrid approach, a review of the concept of hybrids compounds targeting the cholinergic system is presented in section A of this thesis. Recent updates in hybrid molecule design as a strategy for selectively addressing multiple target proteins involved in Alzheimer's disease (AD) is here reported . This represents the potential and the growing interest in hybrid compound as pharmacological tools to achieve receptor subtype selectivity and/or, to study the overall functional activity of the receptor. Until now, muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) have proved to be a particularly fruitful receptor model for the development and characterization of bitopic ligands. In this thesis, several examples of new muscarinic bitopic approach are reported in the results section. A study of bipharmacophoric ligands composed of the muscarinic positive allosteric modulators (BQCAderived compounds) linked with chain of various lengths to different orthosteric building blocks is reported in the result part 1. Synthesis and examination of the potential pharmacological characteristic of Oxotremorine-BQCAd compounds and Xanomeline-BQCAd hybrid derivatives are described in results parts 2 and 4, respectively. Moreover, the bitopic concept has even been extended to other proteins, such as acetylcholinesterase. In the result part 5 an overview of the new Tacrine-Xanomeline hybrids aiming to improve the inhibitory potency of the acetylcholinesterase and simultaneously to increase the cholinergic tone, via the xanomelinic portion acting on the M1 receptor is given. A new trivalent approach is presented for the first time to deepen the study of the M1 muscarinic receptor in the result part 6. Moreover, the synthesis of a new series of iperoxo-derived alkane, bis(ammonio)alkane-type and rigidified chain ligands is given in the result part 7 together with some prospects for further research. N2 - Mit zunehmendem Alter der Bevölkerung werden altersbedingte Krankheiten, insbesondere neurodegenerative Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit (AD), häufiger und stellen darüber hinaus ein soziales und wirtschaftliches Problem für die Gesellschaft dar1,2. AD ist eine schwere altersabhängige neurodegenerative Erkrankung des Gehirns, die mit Gedächtnisverlust und einer Abnahme der kognitiven Funktionen verbunden ist und immer weiter fortschreitet. Die Krankheit ist derzeit unheilbar und aufgrund des demographischen Wandels wird ein starker Anstieg an Betroffenen erwartet. Daher beschäftigt sich eine Vielzahl wissenschaftlicher Studien mit der Prävention und der Behandlung von AD. Derzeit besteht das Hauptziel darin, die Ursachen und Mechanismen dieser Krankheit durch innovative Grundlagenforschung zu verstehen. AD ist ein komplexes Zusammenspiel verschiedener pathologischer Merkmale2,4. Diese besonderen Merkmale der Krankheit, die gleichzeitig auftreten, müssen untersucht und gleichzeitig untersucht werden, um wirksame und selektive Medikamente zu entwickeln. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit zwei Zielstrukturen der cholinergen Hypothese zur Entstehung von AD: dem muskarinischen M1-Rezeptor5,6 und der AChE7 unter Verwendung des Hybridisierungsansatzes. Zunächst wurden vermeintlich selektive M1 Agonisten entwickelt und synthetisiert. Diese sollten die cholinerge Transmission verstärken um die cholinerge Funktion in Alzheimer Patienten zu verbessern. Hierbei wurde die Hybridisierung durch die kovalente Verbindung einer allosterischen und einer orthosterischen Einheit in einem Molekül durchgeführt. ... KW - Ligand KW - Bitopic Ligands KW - Muscarinrezeptor KW - M1 Muscarinic Receptor KW - Bitopische Liganden Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-248815 ER - TY - JOUR A1 - Jakubietz, Michael Georg A1 - Jakubietz, Danni Felicitas A1 - Schmidt, Karsten A1 - Jakubietz, Rafael Gregor T1 - Blepharoplastik bei asiatischen Augen JF - Journal für Ästhetische Chirurgie N2 - Die operative Verjüngung des Auges stellt einen der am häufigsten nachgefragten Eingriffe im ästhetischen Spektrum dar. Die multikulturelle Bevölkerungsstruktur bedingt, dass auch „asiatisch“ imponierende Augen behandelt werden. „Asiatische“ Augen sind aber nicht nur bei Asiaten anzutreffen, sondern in unterschiedlicher Ausprägung auch bei Patienten aus dem Nahen und Mittleren Osten. Das asiatische Auge stellt in Bezug auf Verjüngungsmöglichkeiten eine eigene Entität dar. Während die klassische „Korrektur“ des asiatischen Auges eine etablierte und durch eine Vielzahl von verschiedenen Techniken mit vorhersehbaren Ergebnissen verbundene Methode ist, ist eine „verjüngende“ Blepharoplastik des asiatischen Auges komplexer zu bewerten [1, 3, 5, 10]. Die Operationsmethoden für das „asiatische“ Auge sind für jüngere Patienten intendiert, bei denen es überwiegend um die Korrektur des Epikanthus geht. Diese Techniken ziehen eine gewünschte Veränderung des periorbitalen Erscheinungsbildes nach sich, wobei das asiatische Aussehen teilweise zugunsten eines vermehrt „europäischen“ Aussehens beeinflusst wird. Fraglich bleibt, ob eine Veränderung zu einem europäischen Aussehen hin auch bei einem alternden Patienten einer Verjüngung gleichkommt. Prinzipiell imponiert ein derart operiertes asiatisches Auge „künstlich“, eine Tatsache die bei alternden Patienten als noch störender als der Alterungsprozess selbst empfunden werden dürfte. Daher ist der Wunsch nach einer Verjüngung ohne Verlust des typischen asiatischen Erscheinungsbildes des Auges chirurgisch nicht mit der klassischen Technik bei Europäern umzusetzen. Während die Behandlung durch eine klassische Blepharoplastik ein unnatürliches Aussehen zur Folge hat, kann unter Respektierung der asiatischen anatomischen Besonderheiten eine natürlich wirkende Verjüngung erreicht werden. KW - Blepharoplastik KW - asiatische Augen KW - operative Verjüngung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-270189 SN - 1867-4313 VL - 14 IS - 4 ER - TY - GEN T1 - BLICK 2020 - Jahrbuch der Julius-Maximilians-Universität Würzburg BT - Wissenschaft für die Gesellschaft N2 - Die Entwicklung der Universität Würzburg im Jahr 2020. N2 - Annual Report of the University of Würzburg, 2020. T3 - Blick : die Jahrbücher der Julius-Maximilians-Universität Würzburg - 2020 KW - Bericht KW - Julius-Maximilians-Universität Würzburg KW - Jahresbericht KW - annual report KW - university KW - Wuerzburg KW - Wurzburg Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-238076 UR - https://www.uni-wuerzburg.de/presse/jmu/publikationen/jahresberichte/ VL - 2020 ER - TY - JOUR A1 - Beierlein, J. A1 - Egorov, O. A. A1 - Harder, T. H. A1 - Gagel, P. A1 - Emmerling, M. A1 - Schneider, C. A1 - Höfling, S. A1 - Peschel, U. A1 - Klembt, S. T1 - Bloch Oscillations of Hybrid Light‐Matter Particles in a Waveguide Array JF - Advanced Optical Materials N2 - Bloch oscillations are a phenomenon well known from quantum mechanics where electrons in a lattice experience an oscillatory motion in the presence of an electric field gradient. Here, the authors report on Bloch oscillations of hybrid light−matter particles, called exciton‐polaritons (polaritons), being confined in an array of coupled microcavity waveguides. To this end, the waveguide widths and their mutual couplings are carefully designed such that a constant energy gradient is induced perpendicular to the direction of motion of the propagating polaritons. This technique allows us to directly observe and study Bloch oscillations in real‐ and momentum‐space. Furthermore, the experimental findings are supported by numerical simulations based on a modified Gross–Pitaevskii approach. This work provides an important transfer of basic concepts of quantum mechanics to integrated solid state devices, using quantum fluids of light. KW - Bloch oscillations KW - exciton‐polaritons KW - polariton condensation KW - waveguides Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239814 VL - 9 IS - 13 ER - TY - THES A1 - Peethambaran Nair Syamala, Pradeep T1 - Bolaamphiphilic Rylene Bisimides: Thermodynamics of Self-assembly and Stimuli-responsive Properties in Water T1 - Bolaamphiphile Rylenebisimide: Thermodynamik der Selbstorganisation und Stimuli-responsiven Merkmale in Wasser N2 - The present thesis demonstrates how different thermodynamic aspects of self-assembly and stimuli-responsive properties in water can be encoded on the structure of π-amphiphiles, consisting of perylene or naphthalene bisimide cores. Initially, quantitative thermodynamic insights into the entropically-driven self-assembly was studied for a series of naphthalene bisimides with UV/Vis and ITC measurements, which demonstrated that their thermodynamic profile of aggregation is heavily influenced by the OEG side chains. Subsequently, a control over the bifurcated thermal response of entropically driven and commonly observed enthalpically driven self-assembly was achieved by the modulation of glycol chain orientation. Finally, Lower Critical Solution Temperature (LCST) phenomenon observed for these dyes was investigated as a precise control of this behavior is quintessential for self-assembly studies as well as to generate ‘smart’ materials. It could be shown that the onset of phase separation for these molecules can be encoded in their imide substituents, and they are primarily determined by the supramolecular packing, rather than the hydrophobicity of individual monomers. N2 - Die vorliegende Arbeit zeigt, wie verschiedene thermodynamische Aspekte der Selbstorganisation sowie die Stimuli-responsiven Merkmale in Wasser mittels der Struktur von π-Amphiphilen mit Perylen- oder Naphthalinbisimidkernen programmiert werden können. Zunächst wurden quantitative thermodynamische Einblicke in die entropisch getriebene Selbstorganisation für eine Reihe von Naphthalinbisimiden mit UV / Vis- und ITC-Messungen untersucht. Diese zeigten, dass ihr thermodynamisches Aggregationsprofil stark von den Oligoethylenglykol-Seitenketten beeinflusst wird. Anschließend wurde durch gezielte Modulation der Glykolketten und der daraus resultierenden Neuorientierung der Ketten, eine Kontrolle über die Thermodynamik der Selbstassemblierung zwischen der häufiger beobachtbaren enthalpisch getriebenen und der entropisch getriebenen Selbstorganisation erreicht. Schließlich wurde das für diese Farbstoffe beobachtete Phänomen der niedrigeren kritischen Lösungstemperatur (LCST) untersucht, da eine genaue Kontrolle dieses Verhaltens für Selbstorganisationsstudien sowie für die Erzeugung „intelligenter“ Materialien von entscheidender Bedeutung ist. Es konnte gezeigt werden, dass der Beginn der Phasentrennung für diese Moleküle von ihren Imidsubstituenten und hauptsächlich durch die supramolekulare Packung bestimmt werden und nicht durch die Hydrophobie einzelner Monomere. KW - Supramolekulare Chemie KW - Aggregation KW - Selbstorganisation KW - Wasser KW - Supramolecular Chemistry KW - Thermodynamics KW - Self-assembly KW - Lower Critical Solution Temperature (LCST) KW - Water KW - Organische Chemie Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213424 ER - TY - JOUR A1 - Koeniger, Tobias A1 - Bell, Luisa A1 - Mifka, Anika A1 - Enders, Michael A1 - Hautmann, Valentin A1 - Mekala, Subba Rao A1 - Kirchner, Philipp A1 - Ekici, Arif B. A1 - Schulz, Christian A1 - Wörsdörfer, Philipp A1 - Mencl, Stine A1 - Kleinschnitz, Christoph A1 - Ergün, Süleyman A1 - Kuerten, Stefanie T1 - Bone marrow‐derived myeloid progenitors in the leptomeninges of adult mice JF - Stem Cells N2 - Although the bone marrow contains most hematopoietic activity during adulthood, hematopoietic stem and progenitor cells can be recovered from various extramedullary sites. Cells with hematopoietic progenitor properties have even been reported in the adult brain under steady‐state conditions, but their nature and localization remain insufficiently defined. Here, we describe a heterogeneous population of myeloid progenitors in the leptomeninges of adult C57BL/6 mice. This cell pool included common myeloid, granulocyte/macrophage, and megakaryocyte/erythrocyte progenitors. Accordingly, it gave rise to all major myelo‐erythroid lineages in clonogenic culture assays. Brain‐associated progenitors persisted after tissue perfusion and were partially inaccessible to intravenous antibodies, suggesting their localization behind continuous blood vessel endothelium such as the blood‐arachnoid barrier. Flt3\(^{Cre}\) lineage tracing and bone marrow transplantation showed that the precursors were derived from adult hematopoietic stem cells and were most likely continuously replaced via cell trafficking. Importantly, their occurrence was tied to the immunologic state of the central nervous system (CNS) and was diminished in the context of neuroinflammation and ischemic stroke. Our findings confirm the presence of myeloid progenitors at the meningeal border of the brain and lay the foundation to unravel their possible functions in CNS surveillance and local immune cell production. KW - hematopoietic KW - meninges KW - mouse KW - myeloid KW - progenitor Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224452 VL - 39 IS - 2 SP - 227 EP - 239 ER - TY - JOUR A1 - Genest, F. A1 - Claußen, L. A1 - Rak, D. A1 - Seefried, L. T1 - Bone mineral density and fracture risk in adult patients with hypophosphatasia JF - Osteoporosis International N2 - Summary In adult hypophosphatasia (HPP) patients, elevated lumbar spine dual X-ray absorptiometry (DXA) values are associated with markers of disease severity and disease-specific fracture risk while femoral bone mineral density (BMD), being largely unaffected by the disease severity, may still be useful to monitor other causes of increased fracture risk due to low BMD. Introduction Hypophosphatasia (HPP) is a rare inherited metabolic disorder due to deficient activity of the tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP). Clinical manifestation in adult HPP patients is manifold including an increased risk for fractures, but data regarding clinical significance of DXA measurement and associations with fracture risk and disease severity is scarce. Methods Retrospective single-center analysis of DXA scans in patients with confirmed HPP (documented mutation, clinical symptoms, low alkaline phosphatase activity). Further data evaluation included disease-related fractures, laboratory results (alkaline phosphatase, pyridoxalphosphate, phosphoethanolamine), and medical history. Results Analysis included 110 patients (84 female, mean age of 46.2 years) of whom 37.3% (n = 41) were harboring two mutations. Average T-Score level at the lumbar spine was − 0.1 (SD 1.9), and mean total hip T-Score was − 1.07 (SD 0.15). Both lower ALP activity and higher substrate levels (pyridoxalphosphate and phosphoethanolamine) were significantly correlated with increased lumbar spine T-Score levels (p < 0.001) while BMD at the hip was not affected by indicators of disease severity. Increased lumbar spine BMD was significantly associated with an increased risk for HPP-related fractures, prevalent in 22 (20%) patients (p < 0.001) with 21 of them having biallelic mutations. Conclusion BMD in adult HPP patients is not systematically reduced. Conversely, increased lumbar spine BMD appears to be associated with severely compromised mineralization and increased risk for HPP-related fractures while BMD at the hip appears unaffected by indicators of disease severity, suggesting suitability of this anatomic location for assessing and discerning disorders with increased fracture risk owing to reduced BMD like osteoporosis. Trial registration number German register for clinical studies (DRKS00014022) Date of registration 02/10/2018 – retrospectively registered KW - bone mineral density KW - fracture risk KW - hypophosphatasia KW - osteoporosis KW - pseudofracture Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-235793 SN - 0937-941X VL - 32 ER - TY - JOUR A1 - Seefried, L. A1 - Rak, D. A1 - Petryk, A. A1 - Genest, F. T1 - Bone turnover and mineral metabolism in adult patients with hypophosphatasia treated with asfotase alfa JF - Osteoporosis International N2 - Summary There is limited understanding of how asfotase alfa affects mineral metabolism and bone turnover in adults with pediatric-onset hypophosphatasia. This study showed that adults with hypophosphatasia treated with asfotase alfa experienced significant changes in biochemical markers of bone and mineral metabolism, possibly reflecting enhanced bone remodeling of previously osteomalacic bone. Introduction Hypophosphatasia (HPP), due to a tissue nonspecific alkaline phosphatase (TNSALP) deficiency, can cause impaired bone mineralization and turnover. Although HPP may be treated with asfotase alfa, an enzyme replacement therapy, limited data are available on how treatment with asfotase alfa affects mineral metabolism and bone turnover in adults with HPP. Methods ALP substrates, bone turnover and mineral metabolism markers, and bone mineral density (BMD) data from EmPATHY, a single-center, observational study of adults (≥ 18 years) with pediatric-onset HPP treated with asfotase alfa (NCT03418389), were collected during routine clinical care and analyzed from baseline through 24 months of treatment. Results Data from 21 patients showed significantly increased ALP activity and reduced urine phosphoethanolamine (PEA)/creatinine (Cr) ratios after baseline through 24 months of asfotase alfa treatment. There were significant transient increases in parathyroid hormone 1-84 (PTH), osteocalcin, and procollagen type 1 N-propeptide (P1NP) levels at 3 and 6 months and in tartrate-resistant acid phosphatase 5b (TRAP5b) levels at 3 months, with a significant decrease in N-terminal telopeptide of type 1 collagen (NTX) levels at 24 months. Lumbar spine BMD T scores continuously increased during treatment. Conclusion Significant changes in bone turnover and mineral metabolism markers after asfotase alfa treatment suggest that treatment-mediated mineralization may enable remodeling and bone turnover on previously unmineralized surfaces. Urine PEA/Cr ratios may be a useful parameter in monitoring treatment during routine care. KW - bone mineral density KW - bone turnover KW - hypophosphatasia KW - enzyme replacement therapy KW - alkaline phosphatase Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-265310 VL - 32 IS - 12 ER - TY - JOUR A1 - Gärtner, Annalena A1 - Marek, Matthäus A1 - Arrowsmith, Merle A1 - Auerhammer, Dominic A1 - Radacki, Krzysztof A1 - Prieschl, Dominic A1 - Dewhurst, Rian D. A1 - Braunschweig, Holger T1 - Boron- versus Nitrogen-Centered Nucleophilic Reactivity of (Cyano)hydroboryl Anions: Synthesis of Cyano(hydro)organoboranes and 2-Aza-1,4-diborabutatrienes JF - Chemistry—A European Journal N2 - Cyclic alkyl(amino)carbene-stabilized (cyano)hydroboryl anions were synthesized by deprotonation of (cyano)dihydroborane precursors. While they display boron-centered nucleophilic reactivity towards organohalides, generating fully unsymmetrically substituted cyano(hydro)organoboranes, they show cyano-nitrogen-centered nucleophilic reactivity towards haloboranes, resulting in the formation of hitherto unknown linear 2-aza-1,4-diborabutatrienes. KW - nucleophile KW - boron KW - boryl anion KW - cumulene Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-256853 VL - 27 IS - 37 ER - TY - JOUR A1 - Wieland, Annalena A1 - Strissel, Pamela L. A1 - Schorle, Hannah A1 - Bakirci, Ezgi A1 - Janzen, Dieter A1 - Beckmann, Matthias W. A1 - Eckstein, Markus A1 - Dalton, Paul D. A1 - Strick, Reiner T1 - Brain and breast cancer cells with PTEN loss of function reveal enhanced durotaxis and RHOB dependent amoeboid migration utilizing 3D scaffolds and aligned microfiber tracts JF - Cancers N2 - Background: Glioblastoma multiforme (GBM) and metastatic triple-negative breast cancer (TNBC) with PTEN mutations often lead to brain dissemination with poor patient outcome, thus new therapeutic targets are needed. To understand signaling, controlling the dynamics and mechanics of brain tumor cell migration, we implemented GBM and TNBC cell lines and designed 3D aligned microfibers and scaffolds mimicking brain structures. Methods: 3D microfibers and scaffolds were printed using melt electrowriting. GBM and TNBC cell lines with opposing PTEN genotypes were analyzed with RHO-ROCK-PTEN inhibitors and PTEN rescue using live-cell imaging. RNA-sequencing and qPCR of tumor cells in 3D with microfibers were performed, while scanning electron microscopy and confocal microscopy addressed cell morphology. Results: In contrast to the PTEN wildtype, GBM and TNBC cells with PTEN loss of function yielded enhanced durotaxis, topotaxis, adhesion, amoeboid migration on 3D microfibers and significant high RHOB expression. Functional studies concerning RHOB-ROCK-PTEN signaling confirmed the essential role for the above cellular processes. Conclusions: This study demonstrates a significant role of the PTEN genotype and RHOB expression for durotaxis, adhesion and migration dependent on 3D. GBM and TNBC cells with PTEN loss of function have an affinity for stiff brain structures promoting metastasis. 3D microfibers represent an important tool to model brain metastasizing tumor cells, where RHO-inhibitors could play an essential role for improved therapy. KW - 3D tumor model KW - 3D microfiber KW - amoeboid cell migration KW - brain cancer KW - breast cancer KW - PTEN KW - RHO KW - ROCK KW - durotaxis KW - topotaxis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-248443 SN - 2072-6694 VL - 13 IS - 20 ER - TY - JOUR A1 - Dauer née Joppe, Karina A1 - Tatenhorst, Lars A1 - Caldi Gomes, Lucas A1 - Zhang, Shuyu A1 - Parvaz, Mojan A1 - Carboni, Eleonora A1 - Roser, Anna‐Elisa A1 - El DeBakey, Hazem A1 - Bähr, Mathias A1 - Vogel‐Mikuš, Katarina A1 - Wang Ip, Chi A1 - Becker, Stefan A1 - Zweckstetter, Markus A1 - Lingor, Paul T1 - Brain iron enrichment attenuates α‐synuclein spreading after injection of preformed fibrils JF - Journal of Neurochemistry N2 - Regional iron accumulation and α‐synuclein (α‐syn) spreading pathology within the central nervous system are common pathological findings in Parkinson's disease (PD). Whereas iron is known to bind to α‐syn, facilitating its aggregation and regulating α‐syn expression, it remains unclear if and how iron also modulates α‐syn spreading. To elucidate the influence of iron on the propagation of α‐syn pathology, we investigated α‐syn spreading after stereotactic injection of α‐syn preformed fibrils (PFFs) into the striatum of mouse brains after neonatal brain iron enrichment. C57Bl/6J mouse pups received oral gavage with 60, 120, or 240 mg/kg carbonyl iron or vehicle between postnatal days 10 and 17. At 12 weeks of age, intrastriatal injections of 5‐µg PFFs were performed to induce seeding of α‐syn aggregates. At 90 days post‐injection, PFFs‐injected mice displayed long‐term memory deficits, without affection of motor behavior. Interestingly, quantification of α‐syn phosphorylated at S129 showed reduced α‐syn pathology and attenuated spreading to connectome‐specific brain regions after brain iron enrichment. Furthermore, PFFs injection caused intrastriatal microglia accumulation, which was alleviated by iron in a dose‐dependent way. In primary cortical neurons in a microfluidic chamber model in vitro, iron application did not alter trans‐synaptic α‐syn propagation, possibly indicating an involvement of non‐neuronal cells in this process. Our study suggests that α‐syn PFFs may induce cognitive deficits in mice independent of iron. However, a redistribution of α‐syn aggregate pathology and reduction of striatal microglia accumulation in the mouse brain may be mediated via iron‐induced alterations of the brain connectome. KW - alpha‐synuclein KW - alpha‐synuclein propagation KW - alpha‐synuclein seeding KW - iron dyshomeostasis KW - Parkinson's disease Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262544 VL - 159 IS - 3 SP - 554 EP - 573 ER - TY - JOUR A1 - Müller, Sophie A1 - Köhler, Franziska A1 - Hendricks, Anne A1 - Kastner, Carolin A1 - Börner, Kevin A1 - Diers, Johannes A1 - Lock, Johan F. A1 - Petritsch, Bernhard A1 - Germer, Christoph-Thomas A1 - Wiegering, Armin T1 - Brain metastases from colorectal cancer: a systematic review of the literature and meta-analysis to establish a guideline for daily treatment JF - Cancers N2 - Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignancy worldwide. Most patients with metastatic CRC develop liver or lung metastases, while a minority suffer from brain metastases. There is little information available regarding the presentation, treatment, and overall survival of brain metastases (BM) from CRC. This systematic review and meta-analysis includes data collected from three major databases (PubMed, Cochrane, and Embase) based on the key words “brain”, “metastas*”, “tumor”, “colorectal”, “cancer”, and “malignancy”. In total, 1318 articles were identified in the search and 86 studies matched the inclusion criteria. The incidence of BM varied between 0.1% and 11.5%. Most patients developed metastases at other sites prior to developing BM. Lung metastases and KRAS mutations were described as risk factors for additional BM. Patients with BM suffered from various symptoms, but up to 96.8% of BM patients were asymptomatic at the time of BM diagnosis. Median survival time ranged from 2 to 9.6 months, and overall survival (OS) increased up to 41.1 months in patients on a multimodal therapy regimen. Several factors including age, blood levels of carcinoembryonic antigen (CEA), multiple metastases sites, number of brain lesions, and presence of the KRAS mutation were predictors of OS. For BM diagnosis, MRI was considered to be state of the art. Treatment consisted of a combination of surgery, radiation, or systemic treatment. KW - brain metastases KW - cerebral metastases KW - BM KW - colorectal cancer KW - CRC KW - systematic review KW - meta-analysis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228883 SN - 2072-6694 VL - 13 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Wischnewsky, Manfred A1 - Schwentner, Lukas A1 - Diessner, Joachim A1 - De Gregorio, Amelie A1 - Joukhadar, Ralf A1 - Davut, Dayan A1 - Salmen, Jessica A1 - Bekes, Inga A1 - Kiesel, Matthias A1 - Müller-Reiter, Max A1 - Blettner, Maria A1 - Wolters, Regine A1 - Janni, Wolfgang A1 - Kreienberg, Rolf A1 - Wöckel, Achim A1 - Ebner, Florian T1 - BRENDA-Score, a hghly significant, internally and externally validated prognostic marker for metastatic recurrence: analysis of 10,449 primary breast cancer patients JF - Cancers N2 - Background Current research in breast cancer focuses on individualization of local and systemic therapies with adequate escalation or de-escalation strategies. As a result, about two-thirds of breast cancer patients can be cured, but up to one-third eventually develop metastatic disease, which is considered incurable with currently available treatment options. This underscores the importance to develop a metastatic recurrence score to escalate or de-escalate treatment strategies. Patients and methods Data from 10,499 patients were available from 17 clinical cancer registries (BRENDA-project. In total, 8566 were used to develop the BRENDA-Index. This index was calculated from the regression coefficients of a Cox regression model for metastasis-free survival (MFS). Based on this index, patients were categorized into very high, high, intermediate, low, and very low risk groups forming the BRENDA-Score. Bootstrapping was used for internal validation and an independent dataset of 1883 patients for external validation. The predictive accuracy was checked by Harrell's c-index. In addition, the BRENDA-Score was analyzed as a marker for overall survival (OS) and compared to the Nottingham prognostic score (NPS). Results: Intrinsic subtypes, tumour size, grading, and nodal status were identified as statistically significant prognostic factors in the multivariate analysis. The five prognostic groups of the BRENDA-Score showed highly significant (p < 0.001) differences regarding MFS:low risk: hazard ratio (HR) = 2.4, 95%CI (1.7–3.3); intermediate risk: HR = 5.0, 95%CI.(3.6–6.9); high risk: HR = 10.3, 95%CI (7.4–14.3) and very high risk: HR = 18.1, 95%CI (13.2–24.9). The external validation showed congruent results. A multivariate Cox regression model for OS with BRENDA-Score and NPS as covariates showed that of these two scores only the BRENDA-Score is significant (BRENDA-Score p < 0.001; NPS p = 0.447). Therefore, the BRENDA-Score is also a good prognostic marker for OS. Conclusion: The BRENDA-Score is an internally and externally validated robust predictive tool for metastatic recurrence in breast cancer patients. It is based on routine parameters easily accessible in daily clinical care. In addition, the BRENDA-Score is a good prognostic marker for overall survival. Highlights: The BRENDA-Score is a highly significant predictive tool for metastatic recurrence of breast cancer patients. The BRENDA-Score is stable for at least the first five years after primary diagnosis, i.e., the sensitivities and specificities of this predicting system is rather similar to the NPI with AUCs between 0.76 and 0.81 the BRENDA-Score is a good prognostic marker for overall survival. KW - breast cancer KW - risk KW - prediction KW - BRENDA KW - score KW - follow up Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241064 SN - 2072-6694 VL - 13 IS - 13 ER - TY - JOUR A1 - Schmitt, T. A1 - Egu, D.T. A1 - Walter, E. A1 - Sigmund, A.M. A1 - Eichkorn, R. A1 - Yazdi, A. A1 - Schmidt, E. A1 - Sárdy, M. A1 - Eming, R. A1 - Goebeler, M. A1 - Waschke, J. T1 - Ca\(^{2+}\) signalling is critical for autoantibody‐induced blistering of human epidermis in pemphigus JF - British Journal of Dermatology N2 - Background Pemphigus is a severe bullous autoimmune skin disease. Pemphigus foliaceus (PF) is characterized by antidesmoglein (Dsg) 1 IgG causing epidermal blistering; mucosal pemphigus vulgaris (mPV) by anti‐Dsg3 IgG inducing erosions in the mucosa; and mucocutaneous pemphigus vulgaris (PV) by affecting both, with autoantibodies targeting Dsg1 and Dsg3. Objectives To characterize the Ca\(^{2+}\) flux pathway and delineate its importance in pemphigus pathogenesis and clinical phenotypes caused by different antibody profiles. Methods Immunoprecipitation, Ca\(^{2+}\) flux analysis, Western blotting, immunofluorescence staining, dissociation assays and a human skin ex vivo model were used. Results PV IgG and PF IgG, but neither Dsg3‐specific monoclonal antibody (AK23) nor mPV IgG, caused Ca\(^{2+}\) influx in primary human keratinocytes. Phosphatidylinositol 4‐kinase α interacts with Dsg1 but not with Dsg3. Its downstream target – phospholipase‐C‐γ1 (PLC) – was activated by PV IgG and PF IgG but not AK23 or mPV IgG. PLC releases inositol 1,4,5‐trisphosphate (IP3) causing IP3 receptor (IP3R) activation and Ca2+ flux from the endoplasmic reticulum into the cytosol, which stimulates Ca2+ release‐activated channels (CRAC)‐mediated Ca\(^{2+}\) influx. Inhibitors against PLC, IP3R and CRAC effectively blocked PV IgG and PF IgG‐induced Ca\(^{2+}\) influx; ameliorated alterations of Dsg1 and Dsg3 localization, and reorganization of keratin and actin filaments; and inhibited loss of cell adhesion in vitro. Finally, inhibiting PLC or IP3R was protective against PV IgG‐induced blister formation and redistribution of Dsg1 and Dsg3 in human skin ex vivo. Conclusions Ca2+‐mediated signalling is important for epidermal blistering and dependent on the autoantibody profile, which indicates different roles for signalling complexes organized by Dsg1 and Dsg3. Interfering with PLC and Ca\(^{2+}\) signalling may be a promising approach to treat epidermal manifestations of pemphigus. KW - pemphigus KW - epidermis KW - Ca\(^{2+}\) signalling Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262810 VL - 185 IS - 3 SP - 595 EP - 604 ER - TY - JOUR A1 - Lauerer, Elias A1 - Tiedemann, Elena A1 - Polak, Thomas A1 - Simmenroth, Anne T1 - Can smoking cessation be taught online? A prospective study comparing e-learning and role-playing in medical education JF - International Journal of Medical Education N2 - Objectives: We compared the effect of different didactic formats - e - learning and role-playing - on medical students' knowledge and counselling skills in smoking cessation training. Methods: At a German medical school, 145 third-year students were randomly allocated to attend an online course with video examples or an attendance course with role-playing. Students were trained in smoking cessation counselling according to the 5A's (ask, advise, assess, assist, arrange) for approximately 90 minutes. Practical skills were measured in an objective structured clinical examination (OSCE) and represent the primary endpoint of this prospective comparative study. Additionally, changes in theoretic knowledge were assessed by pre - and post - interventional questionnaires and a final written exam. Results: In the OSCE, overall scores were higher in the attendance group (Mdn=70.8 % vs. 62.8 %; U=119; p=.087, n=36), but a statistical advantage was only found in one single counselling sequence (“Assist”: Mdn=66.7 % vs. 51.4 %; p = .049) and the rating of the standardised patients (M=4.7 vs. 4.2 out of 5 points, t(27.836)=2.0, p=.028). Students’ results (n=130) from self-assessment and written exams suggest that both approaches are equally well suited to increase theoretical knowledge. The online course was more time efficient (90 vs. 73 minutes). Conclusions: Seminar and web-based training seem equally well suited for transferring knowledge and skills on tobacco cessation counselling. Considering their particular strengths, these two teaching approaches could be combined. KW - medical education KW - e-learning KW - smoking cessation KW - objective structured clinical examination Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230056 VL - 12 ER - TY - THES A1 - Zetzl, Teresa Margarete T1 - Cancer-related fatigue intervention T1 - Interventionen gegen krebsbedingte Fatigue N2 - The incidence of cancer cases is rising steadily, while improved early detection and new cancer-specific therapies are reducing the mortality rate. In addition to curing cancer or prolonging life, increasing the quality of life is thus an important goal of oncology, which is why the burdens of cancer and treatment are becoming more important. A common side effect of cancer and its therapy is cancer-related fatigue, a tiredness that manifests itself on physical, emotional and cognitive levels and is not in proportion to previous physical efforts. Since the etiology of fatigue has not yet been fully clarified, symptom-oriented therapy is preferable to cause-specific therapy. In addition to activity management, sleep hygiene, and cognitive behavioral therapy, mind-body interventions such as yoga are recommended for reducing fatigue. Previous studies with small sample sizes were able to examine the efficacy of yoga regarding fatigue predominantly in patients with breast cancer. Long-term effects of yoga have rarely been studied and there have been no attempts to increase long-term effects through interventions such as reminder e-mails. This dissertation takes a closer look at these mentioned aspects of the study sample and long-term effects. An 8-week randomized controlled yoga intervention was conducted, including patients with different cancer types reporting mild to severe fatigue. Following the 8-week yoga therapy, a randomized group of participants received weekly reminder e-mails for 6 months for regular yoga practice, whereas the control group did not receive reminder e-mails. The first paper is a protocol article, which addresses the design and planned implementation of the research project this dissertation is based upon. This serves to ensure better replicability and comparability with other yoga studies. Due to a very low consent rate of patients in the pilot phase, it was necessary to deviate from the protocol article in the actual implementation and the planned inclusion criterion of fatigue >5 was reduced to fatigue >1. The second paper examines the efficacy of the eight-week yoga intervention. Patients in the intervention group who participated in the yoga classes seven times or more showed a significantly greater reduction in general and physical fatigue than those who participated less often. The efficacy of yoga was related to the number of attended yoga sessions. Women with breast cancer who participated in yoga reported greater reductions in fatigue than women with other cancer types. There was also an improvement for depression and quality of life after eight weeks of yoga therapy compared to no yoga therapy. These results imply that yoga is helpful in reducing depression and cancer-related fatigue, especially in terms of physical aspects and improving quality of life. The third paper focuses on the efficacy of reminder e-mails in terms of fatigue and practice frequency. Patients who received reminder e-mails reported greater reductions in general and emotional fatigue, as well as significant increases in practice frequency, compared to patients who did not receive reminder e-mails. Compared to fatigue scores before yoga, significantly lower fatigue and depression scores and higher quality of life were reported after yoga therapy and at follow-up six months later. Weekly e-mail reminders after yoga therapy may have positive effects on general and emotional fatigue and help cancer patients with fatigue establish a regular yoga practice at home. However, higher practice frequency did not lead to higher improvement in physical fatigue as found in Paper 2. This may indicate other factors that influence the efficacy of yoga practice on physical fatigue, such as mindfulness or side effects of therapy. This research project provides insight into the efficacy of yoga therapy for oncology patients with fatigue. It is important that such interventions be offered early, while fatigue symptoms are not too severe. Regular guided yoga practice can reduce physical fatigue, but subsequent yoga practice at home does not further reduce physical fatigue. Reminder emails after completed yoga therapy could only reduce patients' emotional fatigue. It may be that physical fatigue was reduced as much as possible by the previous yoga therapy and that there was a floor effect, or it may be that reminder emails are not suitable as an intervention to reduce physical fatigue at all. Further research is needed to examine the mechanisms of the different interventions in more detail and to find appropriate interventions that reduce all levels of fatigue equally. N2 - Die Anzahl der Krebs-Neuerkrankungen steigt stetig, während durch verbesserte Früherkennung und neue krebsspezifische Therapien die Sterberate sinkt. Neben der Heilung von Krebs oder Verlängerung der Lebenszeit ist somit eine Erhöhung der Lebensqualität wichtige Aufgabe der Onkologie, weshalb Nebenwirkungen der Krebsbehandlung näher betrachtet werden müssen. Eine häufige Folge von Krebserkrankungen und deren Therapie ist die krebsbedingte Fatigue, eine Müdigkeit, die sich auf physischer, emotionaler und kognitiver Ebene zeigt und nicht im Verhältnis zu vorhergehenden Anstrengungen steht. Da die Ätiologie der Fatigue bisher nicht vollständig geklärt ist, ist eine symptomorientierte Therapie der ursachenspezifischen Therapie vorzuziehen. Neben Aktivitätsmanagement, Schlafhygiene und kognitiver Umstrukturierung werden Mind-Body-Interventionen wie Yoga zur Reduktion von krebsbedingter Fatigue empfohlen. Bisherige Studien mit geringer Stichprobengröße konnten die Wirksamkeit von Yoga hinsichtlich Fatigue überwiegend bei Brustkrebspatientinnen überprüfen. Langfristige Effekte von Yoga wurden nur selten überprüft. Es gibt bisher keine Interventionen, wie beispielsweise Erinnerungs-E-Mails, die darauf zielen, derartige langfristige Effekte zu erhöhen. In dieser Dissertation werden auf die Aspekte Stichprobe und langfristige Effekte, näher eingegangen. Es wurde eine achtwöchige randomisierte, kontrollierte Yoga-Intervention durchgeführt, die in die Stichprobe alle PatientInnen mit onkologischen Erkrankungen einschloss, die leichte bis schwere Fatigue berichteten. Im Anschluss an die achtwöchige Yogatherapie erhielt eine randomisierte Gruppe der Teilnehmenden für sechs Monate wöchentliche Erinnerungs-E-Mails für die regelmäßige Yogapraxis, die die Kontrollgruppe nicht erhielt. Das erste Paper befasst sich als Protokollartikel genauer mit dem Aufbau und der geplanten Durchführung des gesamten Forschungsprojekts. Dies dient der Sicherung einer besseren Replizierbarkeit und Vergleichbarkeit mit anderen Yogastudien. Aufgrund einer sehr geringen Zustimmungsrate der PatientInnen in der Pilotphase musste vom Protokollartikel abgewichen werden und das geplante Einschlusskriterium der Fatigue >5 auf Fatigue >1 gesetzt werden. Das zweite Paper beschäftigt sich mit der Wirksamkeit der achtwöchigen Yoga-Intervention. PatientInnen in der Interventionsgruppe, die sieben Mal oder häufiger an der Yogaintervention teilgenommen haben, zeigten eine signifikant stärkere Reduktion der allgemeinen und physischen Fatigue als die PatientInnen der Kontrollgruppe. Die Wirksamkeit der Yoga-Intervention stand im Zusammenhang mit der Anzahl der teilgenommenen Yogastunden. Frauen mit Brustkrebs, die am Yoga teilnahmen, berichteten eine stärkere Reduktion der Fatigue als Frauen mit anderen Krebsarten. Auch für Depression und Lebensqualität konnte durch die achtwöchige Yogatherapie eine Verbesserung erzielt werden. Diese Ergebnisse implizieren, dass Yoga hilfreich ist, krebsbedingte Fatigue zu reduzieren, vor allem hinsichtlich physischer Aspekte. Das dritte Paper beschäftigt sich mit der Wirksamkeit von Erinnerungs-E-Mails hinsichtlich der Fatigue und Übungshäufigkeit. PatientInnen, die Erinnerungs-E-Mails erhielten, berichteten von einer stärkeren Reduktion der allgemeinen und emotionalen Fatigue, sowie einer signifikanten Erhöhung der Übungshäufigkeit. Im Vergleich zu den Werten vor der Yogatherapie wurden nach Yogatherapie und im Follow-Up sechs Monate später signifikant geringere Fatigue und Depressionswerte sowie eine höhere Lebensqualität berichtet. Wöchentliche Erinnerungs-E-Mails nach einer Yogatherapie können positive Effekte auf die allgemeine und emotionale Fatigue haben und KrebspatientInnen mit Fatigue helfen, eine regelmäßige Yogapraxis zu Hause zu etablieren. Eine höhere Übungshäufigkeit führte jedoch nicht zu einer höheren Verbesserung der physischen Fatigue, wie es in Paper 2 zu finden war. Dies kann auf andere Faktoren hindeuten, die die Wirksamkeit der Yogapraxis auf die physische Fatigue beeinflussen, wie Achtsamkeit oder Nebenwirkungen der Therapie. Dieses Forschungsprojekt gibt Aufschluss über die Wirksamkeit der Yogatherapie bei onkologischen PatientInnen mit Fatigue. Wichtig ist, dass derartige Interventionen früh angeboten werden, solange die Fatigue-Symptomatik nicht stark ausgeprägt ist. Regelmäßige geleitete Yogapraxis kann die physische Fatigue verringern, anschließend mehr Yogapraxis zu Hause reduzierte jedoch die physische Fatigue in diesem Forschungsprojekt nicht mehr weiter. Erinnerungs-E-Mails nach abgeschlossener Yogatherapie wirkten sich nur positiv auf die emotionale Fatigue der PatientInnen aus. Dies kann daran liegen, dass physische Fatigue durch die vorhergehende Yogatherapie bereits so stark wie möglich reduziert wurde und ein Boden-Effekt vorlag oder auch daran, dass die Erinnerungs-E-Mails als Intervention zur Reduktion von physischer Fatigue nicht ausreichend geeignet sind. Weitere Forschung ist notwendig, um die Mechanismen der verschiedenen Interventionen genauer zu überprüfen und geeignete Interventionen zu entwickeln, die alle Ebenen der Müdigkeit gleichermaßen reduzieren. KW - Ermüdungssyndrom KW - Krebs KW - yoga KW - cancer-related fatigue KW - cancer KW - fatigue KW - e-mail Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-251662 ER - TY - JOUR A1 - Ravat, Prince T1 - Carbo[n]helicenes Restricted to Enantiomerize: An Insight into the Design Process of Configurationally Stable Functional Chiral PAHs JF - Chemistry – A European Journal N2 - The most important stereodynamic feature of carbo[n]helicenes is the interconversion of their enantiomers. The Gibbs activation energy (ΔG≠(T)) of this process, which determines the rate of enantiomerization, dictates the configurational stability of [n]helicenes. High values of ΔG≠(T) are required for applications of functional chiral molecules incorporating [n]helicenes or helicene substructures. This minireview provides an overview of the mechanism, recent developments, and factors affecting the enantiomerization of [n]helicenes, which will accelerate the design process of configurationally stable functional chiral molecules based on helicene substructures. Additionally, this minireview addresses the misconception and irregularities in the recent literature on how the terms “racemization” and “enantiomerization” are used as well as how the activation parameters are calculated for [n]helicenes and related compounds. KW - [n]helicenes KW - configurational stability KW - enantiomerization KW - Gibbs activation energy KW - racemization Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225871 VL - 27 IS - 12 SP - 3957 EP - 3967 ER - TY - JOUR A1 - Rauch, Bernhard A1 - Salzwedel, Annett A1 - Bjarnason-Wehrens, Birna A1 - Albus, Christian A1 - Meng, Karin A1 - Schmid, Jean-Paul A1 - Benzer, Werner A1 - Hackbusch, Matthes A1 - Jensen, Katrin A1 - Schwaab, Bernhard A1 - Altenberger, Johann A1 - Benjamin, Nicola A1 - Bestehorn, Kurt A1 - Bongarth, Christa A1 - Dörr, Gesine A1 - Eichler, Sarah A1 - Einwang, Hans-Peter A1 - Falk, Johannes A1 - Glatz, Johannes A1 - Gielen, Stephan A1 - Grilli, Maurizio A1 - Grünig, Ekkehard A1 - Guha, Manju A1 - Hermann, Matthias A1 - Hoberg, Eike A1 - Höfer, Stefan A1 - Kaemmerer, Harald A1 - Ladwig, Karl-Heinz A1 - Mayer-Berger, Wolfgang A1 - Metzendorf, Maria-Inti A1 - Nebel, Roland A1 - Neidenbach, Rhoia Clara A1 - Niebauer, Josef A1 - Nixdorff, Uwe A1 - Oberhoffer, Renate A1 - Reibis, Rona A1 - Reiss, Nils A1 - Saure, Daniel A1 - Schlitt, Axel A1 - Völler, Heinz A1 - Känel, Roland von A1 - Weinbrenner, Susanne A1 - Westphal, Ronja T1 - Cardiac rehabilitation in German speaking countries of Europe — evidence-based guidelines from Germany, Austria and Switzerland LLKardReha-DACH — Part 1 JF - Journal of Clinical Medicine N2 - Background: Although cardiovascular rehabilitation (CR) is well accepted in general, CR-attendance and delivery still considerably vary between the European countries. Moreover, clinical and prognostic effects of CR are not well established for a variety of cardiovascular diseases. Methods: The guidelines address all aspects of CR including indications, contents and delivery. By processing the guidelines, every step was externally supervised and moderated by independent members of the “Association of the Scientific Medical Societies in Germany” (AWMF). Four meta-analyses were performed to evaluate the prognostic effect of CR after acute coronary syndrome (ACS), after coronary bypass grafting (CABG), in patients with severe chronic systolic heart failure (HFrEF), and to define the effect of psychological interventions during CR. All other indications for CR-delivery were based on a predefined semi-structured literature search and recommendations were established by a formal consenting process including all medical societies involved in guideline generation. Results: Multidisciplinary CR is associated with a significant reduction in all-cause mortality in patients after ACS and after CABG, whereas HFrEF-patients (left ventricular ejection fraction <40%) especially benefit in terms of exercise capacity and health-related quality of life. Patients with other cardiovascular diseases also benefit from CR-participation, but the scientific evidence is less clear. There is increasing evidence that the beneficial effect of CR strongly depends on “treatment intensity” including medical supervision, treatment of cardiovascular risk factors, information and education, and a minimum of individually adapted exercise volume. Additional psychologic interventions should be performed on the basis of individual needs. Conclusions: These guidelines reinforce the substantial benefit of CR in specific clinical indications, but also describe remaining deficits in CR-delivery in clinical practice as well as in CR-science with respect to methodology and presentation. KW - cardiac rehabilitation standards KW - scientific guidelines KW - secondary prevention KW - coronary artery disease KW - chronic heart failure KW - heart valve repair KW - ICD-CRT KW - ventricular assist device KW - heart transplantation KW - peripheral artery disease KW - pulmonary hypertension KW - myocarditis KW - adults with congenital heart disease Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239709 SN - 2077-0383 VL - 10 IS - 10 ER - TY - JOUR A1 - Schwaab, Bernhard A1 - Bjarnason-Wehrens, Birna A1 - Meng, Karin A1 - Albus, Christian A1 - Salzwedel, Annett A1 - Schmid, Jean-Paul A1 - Benzer, Werner A1 - Metz, Matthes A1 - Jensen, Katrin A1 - Rauch, Bernhard A1 - Bönner, Gerd A1 - Brzoska, Patrick A1 - Buhr-Schinner, Heike A1 - Charrier, Albrecht A1 - Cordes, Carsten A1 - Dörr, Gesine A1 - Eichler, Sarah A1 - Exner, Anne-Kathrin A1 - Fromm, Bernd A1 - Gielen, Stephan A1 - Glatz, Johannes A1 - Gohlke, Helmut A1 - Grilli, Maurizio A1 - Gysan, Detlef A1 - Härtel, Ursula A1 - Hahmann, Harry A1 - Herrmann-Lingen, Christoph A1 - Karger, Gabriele A1 - Karoff, Marthin A1 - Kiwus, Ulrich A1 - Knoglinger, Ernst A1 - Krusch, Christian-Wolfgang A1 - Langheim, Eike A1 - Mann, Johannes A1 - Max, Regina A1 - Metzendorf, Maria-Inti A1 - Nebel, Roland A1 - Niebauer, Josef A1 - Predel, Hans-Georg A1 - Preßler, Axel A1 - Razum, Oliver A1 - Reiss, Nils A1 - Saure, Daniel A1 - von Schacky, Clemens A1 - Schütt, Morten A1 - Schultz, Konrad A1 - Skoda, Eva-Maria A1 - Steube, Diethard A1 - Streibelt, Marco A1 - Stüttgen, Martin A1 - Stüttgen, Michaela A1 - Teufel, Martin A1 - Tschanz, Hansueli A1 - Völler, Heinz A1 - Vogel, Heiner A1 - Westphal, Ronja T1 - Cardiac rehabilitation in German speaking countries of Europe — evidence-based guidelines from Germany, Austria and Switzerland LLKardReha-DACH — part 2 JF - Journal of Clinical Medicine N2 - Background: Scientific guidelines have been developed to update and harmonize exercise based cardiac rehabilitation (ebCR) in German speaking countries. Key recommendations for ebCR indications have recently been published in part 1 of this journal. The present part 2 updates the evidence with respect to contents and delivery of ebCR in clinical practice, focusing on exercise training (ET), psychological interventions (PI), patient education (PE). In addition, special patients' groups and new developments, such as telemedical (Tele) or home-based ebCR, are discussed as well. Methods: Generation of evidence and search of literature have been described in part 1. Results: Well documented evidence confirms the prognostic significance of ET in patients with coronary artery disease. Positive clinical effects of ET are described in patients with congestive heart failure, heart valve surgery or intervention, adults with congenital heart disease, and peripheral arterial disease. Specific recommendations for risk stratification and adequate exercise prescription for continuous-, interval-, and strength training are given in detail. PI when added to ebCR did not show significant positive effects in general. There was a positive trend towards reduction in depressive symptoms for “distress management” and “lifestyle changes”. PE is able to increase patients’ knowledge and motivation, as well as behavior changes, regarding physical activity, dietary habits, and smoking cessation. The evidence for distinct ebCR programs in special patients’ groups is less clear. Studies on Tele-CR predominantly included low-risk patients. Hence, it is questionable, whether clinical results derived from studies in conventional ebCR may be transferred to Tele-CR. Conclusions: ET is the cornerstone of ebCR. Additional PI should be included, adjusted to the needs of the individual patient. PE is able to promote patients self-management, empowerment, and motivation. Diversity-sensitive structures should be established to interact with the needs of special patient groups and gender issues. Tele-CR should be further investigated as a valuable tool to implement ebCR more widely and effectively. KW - cardiac rehabilitation KW - scientific guidelines KW - secondary prevention KW - physical activity KW - exercise training KW - psychological interventions KW - education KW - gender KW - frailty KW - migration KW - old patients KW - young patients KW - tele-medicine KW - home-based-rehabilitation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-242645 SN - 2077-0383 VL - 10 IS - 14 ER - TY - THES A1 - Schmidt, Stefanie T1 - Cartilage Tissue Engineering – Comparison of Articular Cartilage Progenitor Cells and Mesenchymal Stromal Cells in Agarose and Hyaluronic Acid-Based Hydrogels T1 - Tissue Engineering von Knorpel – Vergleich von Gelenkknorpel-Vorläuferzellen und mesenchymalen Stromazellen in Agarose- und Hyaluronsäure-basierten Hydrogelen N2 - Articular cartilage damage caused by sports accidents, trauma or gradual wear and tear can lead to degeneration and the development of osteoarthritis because cartilage tissue has only limited capacity for intrinsic healing. Osteoarthritis causes reduction of mobility and chronic pain and is one of the leading causes of disability in the elderly population. Current clinical treatment options can reduce pain and restore mobility for some time, but the formed repair tissue has mostly inferior functionality compared to healthy articular cartilage and does not last long-term. Articular cartilage tissue engineering is a promising approach for the improvement of the quality of cartilage repair tissue and regeneration. In this thesis, a promising new cell type for articular cartilage tissue engineering, the so-called articular cartilage progenitor cell (ACPC), was investigated for the first time in the two different hydrogels agarose and HA-SH/P(AGE-co-G) in comparison to mesenchymal stromal cells (MSCs). In agarose, ACPCs´ and MSCs´ chondrogenic capacity was investigated under normoxic (21 % oxygen) and hypoxic (2 % oxygen) conditions in monoculture constructs and in zonally layered co-culture constructs with ACPCs in the upper layer and MSCs in the lower layer. In the newly developed hyaluronic acid (HA)-based hydrogel HA-SH/P(AGE-co-G), chondrogenesis of ACPCs and MSCs was also evaluated in monoculture constructs and in zonally layered co-culture constructs like in agarose hydrogel. Additionally, the contribution of the bioactive molecule hyaluronic acid to chondrogenic gene expression of MSCs was investigated in 2D monolayer, 3D pellet and HA-SH hydrogel culture. It was shown that both ACPCs and MSCs could chondrogenically differentiate in agarose and HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogels. In agarose hydrogel, ACPCs produced a more articular cartilage-like tissue than MSCs that contained more glycosaminoglycan (GAG), less type I collagen and only little alkaline phosphatase (ALP) activity. Hypoxic conditions did not increase extracellular matrix (ECM) production of ACPCs and MSCs significantly but improved the quality of the neo-cartilage tissue produced by MSCs. The creation of zonal agarose constructs with ACPCs in the upper layer and MSCs in the lower layer led to an ECM production in zonal hydrogels that lay in general in between the ECM production of non-zonal ACPC and MSC hydrogels. Even though zonal co-culture of ACPCs and MSCs did not increase ECM production, the two cell types influenced each other and, for example, modulated the staining intensities of type II and type I collagen in comparison to non-zonal constructs under normoxic and hypoxic conditions. In HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogel, MSCs produced more ECM than ACPCs, but the ECM was limited to the pericellular region for both cell types. Zonal HASH/P(AGE-co-G) hydrogels resulted in a native-like zonal distribution of ECM as MSCs in the lower zone produced more ECM than ACPCs in the upper zone. It appeared that chondrogenesis of ACPCs was supported by hydrogels without biological attachment sites such as agarose, and that chondrogenesis of MSCs benefited from hydrogels with biological cues like HA. As HA is an attractive material for cartilage tissue engineering, and the HA-based hydrogel HA-SH/P(AGE-co-G) appeared to be beneficial for MSC chondrogenic differentiation, the contribution of HA to chondrogenic gene expression of MSCs was investigated. An upregulation of chondrogenic gene expression was found in 2D monolayer and 3D pellet culture of MSCs in response to HA supplementation, while gene expression of osteogenic and adipogenic transcription factors was not upregulated. MSCs, encapsulated in a HA-based hydrogel, showed upregulation of gene expression for chondrogenic, osteogenic and adipogenic differentiation markers as well as for stemness markers. In a 3D bioprinting process, using the HA-based hydrogel, gene expression levels of MSCs mostly did not change. Nevertheless, expression of three tested genes (COL2A1, SOX2, CD168) was downregulated in printed in comparison to cast constructs, underscoring the importance of closely monitoring cellular behaviour during and after the printing process. In summary, it was confirmed that ACPCs are a promising cell source for articular cartilage engineering with advantages over MSCs when they were cultured in a suitable hydrogel like agarose. The performance of the cells was strongly dependent on the hydrogel environment they were cultured in. The different chondrogenic performance of ACPCs and MSCs in agarose and HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogels highlighted the importance of choosing suitable hydrogels for the different cell types used in articular cartilage tissue engineering. Hydrogels with high polymer content, such as the investigated HA-SH/P(AGE-co-G) hydrogels, can limit ECM distribution to the pericellular area and should be developed further towards less polymer content, leading to more homogenous ECM distribution of the cultured cells. The influence of HA on chondrogenic gene expression and on the balance between differentiation and maintenance of stemness in MSCs was demonstrated. More studies should be performed in the future to further elucidate the signalling functions of HA and the effects of 3D bioprinting in HA-based hydrogels. Taken together, the results of this thesis expand the knowledge in the area of articular cartilage engineering with regard to the rational combination of cell types and hydrogel materials and open up new possible approaches to the regeneration of articular cartilage tissue. N2 - Gelenkknorpeldefekte, die durch Sportverletzungen, Unfälle oder graduelle Abnutzung ent-stehen, können zu Degeneration des Gewebes und zur Entstehung von Arthrose führen, da Knorpelgewebe nur über eine eingeschränkte Fähigkeit zur Selbstheilung verfügt. Arthrose reduziert die Beweglichkeit und verursacht chronische Schmerzen. Sie ist vor allem bei älte-ren Menschen einer der häufigsten Gründe für körperliche Behinderung. Die zurzeit verfüg-baren operativen Behandlungsmöglichkeiten können die Symptome meist für einige Zeit lindern, aber das dabei gebildete Ersatzgewebe zeigt meistens nur eingeschränkte Funktiona-lität im Vergleich zu natürlichem gesunden Knorpelgewebe und bleibt nur für eine begrenzte Zeit stabil. Tissue Engineering von Gelenkknorpelgewebe ist ein vielversprechender Ansatz, um die Qualität des Ersatzgewebes und der Knorpelregeneration zu verbessern. Diese Arbeit untersuchte einen neuen vielversprechenden Zelltyp für das Tissue Engineering von Knorpelgewebe, sogenannte Gelenkknorpel-Vorläuferzellen (ACPCs). Diese Zellen wurden erstmals in zwei verschiedenen Hydrogelen, Agarose und HA-SH/P(AGE-co-G), mit mesenchymalen Stromazellen (MSCs) verglichen. Die chondrogene Kapazität von ACPCs und MSCs in Agarose wurde unter normoxischen (21 % Sauerstoff) und hypoxischen (2 % Sauerstoff) Bedingungen in Monokultur und zonal geschichteter Kokultur untersucht. In den zonalen Kokulturen befanden sich ACPCs in einer oberen Schicht und MSCs in einer unte-ren Schicht. In dem neu entwickelten Hyaluronsäure (HA)-basierten Hydrogel HA-SH/P(AGE-co-G) wurde die chondrogene Differenzierung von ACPCs und MSCs ebenfalls in Monokultur und in zonal geschichteter Kokultur, wie im Agarose-Hydrogel, analysiert. Außerdem wurde der Beitrag des biologisch aktiven Moleküls Hyaluronsäure zur chondro-genen Genexpression von MSCs in 2D-, 3D-Pellet- und HA-SH-Hydrogel-Kulturen unter-sucht. Diese Arbeit zeigte, dass sowohl ACPCs als auch MSCs in Agarose- und HA-SH/P(AGE-co-G)-Hydrogelen chondrogen differenzieren konnten. ACPCs produzierten im Agarose-Hydrogel ein Gewebe, das dem Gelenkknorpel ähnlicher war als das von MSCs produzierte Gewebe, da es mehr Glykosaminoglykane (GAG), weniger Typ I Kollagen und nur geringe Aktivität der Alkalinen Phosphatase (ALP) aufwies. Hypoxische Bedingungen konnten die Produktion von extrazellulärer Matrix (ECM) durch ACPCs und MSCs nicht erhöhen, aber sie verbesserten die Qualität des von MSCs produzierten Gewebes. Die Herstellung von zon-alen Agarose-Konstrukten mit ACPCs in der oberen Schicht und MSCs in der unteren Schicht führte zu einer ECM-Produktion in zonalen Hydrogelen, die im Allgemeinen zwi-schen der ECM-Produktion der ACPC-Monokultur und der MSC-Monokultur lag. Zonale Kokultur von ACPCs und MSCs führte zwar nicht zu einer erhöhten ECM-Produktion, al-lerdings beeinflussten die beiden Zelltypen sich gegenseitig und modulierten zum Beispiel die Intensitäten der Typ II und Typ I Kollagen Färbungen im Vergleich zu Monokulturen unter normoxischen und hypoxischen Bedingungen. Im HA-SH/P(AGE-co-G)-Hydrogel produzierten die MSCs mehr ECM als die ACPCs, allerdings war die Verteilung der gebilde-ten ECM bei beiden Zelltypen auf den perizellulären Bereich beschränkt. Zonale HA-SH/P(AGE-co-G)-Hydrogele führten zu einer zonalen Verteilung von ECM, die der natürli-chen Struktur von Gelenkknorpel ähnlich war, da die MSCs in der unteren Schicht mehr ECM produzierten als die ACPCs in der oberen Schicht. Anscheinend wurde die chondroge-ne Differenzierung von ACPCs von Hydrogelen unterstützt, die, so wie Agarose, keine bio-logischen Bindestellen aufwiesen, und die Chondrogenese von MSCs profitierte von Hydro-gelen mit biologischen Signalen wie HA. Da HA ein attraktives Material für Tissue Engineering von Knorpel darstellt und das HA-basierte Hydrogel HA-SH/P(AGE-co-G) anscheinend die chondrogene Differenzierung von MSCs begünstigte, wurde der Beitrag von HA zur chondrogenen Genexpression in MSCs untersucht. Eine Hochregulation der chondrogenen Genexpression ließ sich in 2D- und 3D-Pellet-Kulturen von MSCs als Reaktion auf HA beobachten, während die Genexpression von osteogenen oder adipogenen Transkriptionsfaktoren nicht hochreguliert wurde. Der Ein-schluss von MSCs in einem HA-basierten Hydrogel führte zu einer Erhöhung der Genex-pression von chondrogenen, osteogenen, adipogenen und Stemness-Markern. Ein 3D-Druck-Prozess mit dem HA-basierten Hydrogel veränderte die Genexpression von MSCs in den meisten Fällen nicht. Dennoch wurde die Expression von drei getesteten Genen (COL2A1, SOX2, CD168) in gedruckten im Vergleich zu gegossenen Konstrukten herunterreguliert. Dies unterstrich die Wichtigkeit einer genauen Kontrolle des Verhaltens der Zellen während und nach dem Druck-Prozess. Zusammenfassend ließen sich ACPCs als vielversprechender neuer Zelltyp für das Tissue Engineering von Gelenkknorpelgewebe bestätigen. ACPCs haben Vorteile gegenüber MSCs, vor allem, wenn sie in einem passenden Hydrogel wie Agarose kultiviert werden. Die Leis-tung der Zellen war stark von den verschiedenen Hydrogelen und der Umgebung beeinflusst, die diese den Zellen darboten. Die unterschiedliche chondrogene Leistung von ACPCs und MSCs in Agarose- und HA-SH/P(AGE-co-G)-Hydrogelen zeigte deutlich die übergeordnete Relevanz der Auswahl von passenden Hydrogelen für die verschiedenen Zelltypen, die im Tissue Engineering von Gelenkknorpel Verwendung finden. Hydrogele mit einem hohen Polymergehalt, wie das eingesetzte HA-SH/P(AGE-co-G)-Hydrogel, können die Verteilung der gebildeten ECM auf den perizellulären Bereich beschränken und sollten weiterentwickelt werden, um einen niedrigeren Polymergehalt und damit eine homogenere ECM-Verteilung durch die kultivierten Zellen zu erreichen. Der Einfluss von HA auf die chondrogene Gen-expression und auf die Balance zwischen Differenzierung und Erhaltung der Stemness in MSCs ließ sich aufzeigen. In Zukunft sollten weitere Studien die Signalfunktionen von HA und den Einfluss des 3D-Drucks in HA-basierten Hydrogelen genauer zu untersuchen. Zusammengenommen erweitern die Ergebnisse dieser Arbeit das Wissen im Bereich des Tissue Engineerings von Gelenkknorpelgewebe, vor allem in Bezug auf eine rationale Kom-bination von Zelltypen und Hydrogel-Materialien, und eröffnen neue Ansätze zur Knorpel-regeneration. KW - Hyaliner Knorpel KW - Tissue Engineering KW - Hydrogel KW - Hypoxie KW - Mesenchymzelle KW - articular cartilage progenitor cells KW - Cartilage KW - Mesenchymal stem cell KW - Hyaluronsäure KW - Agarose KW - zonal Hydrogels KW - Bioprinting KW - Cartilage Tissue Engineering KW - Oxygen partial pressure KW - chondrogene Differenzierung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-251719 ER - TY - JOUR A1 - Lilla, Nadine A1 - Kessler, Almuth F. A1 - Weiland, Judith A1 - Ernestus, Ralf-Ingo A1 - Westermaier, Thomas T1 - Case Report: A Case Series Using Natural Anatomical Gaps — Posterior Cervical Approach to Skull Base and Upper Craniocervical Meningiomas Without Bone Removal JF - Frontiers in Surgery N2 - Background: Removal of anteriorly located tumors of the upper cervical spine and craniovertebral junction (CVJ) is a particular surgical challenge. Extensive approaches are associated with pain, restricted mobility of neck and head and, in case of foramen magnum and clivus tumors, with retraction of brainstem and cerebellum. Methods: Four symptomatic patients underwent resection of anteriorly located upper cervical and lower clivus meningiomas without laminotomy or craniotomy using a minimally invasive posterior approach. Distances of natural gaps between C0/C1, C1/C2, and C2/C3 were measured using preoperative CT scans and intraoperative lateral x-rays. Results: In all patients, safe and complete resection was conducted by the opening of the dura between C0/C1, C1/C2, and C2/C3, respectively. There were no surgical complications. Local pain was reported as very moderate by all patients and postoperative recovery was extremely fast. All tumors had a rather soft consistency, allowing mass reduction prior to removal of the tumor capsule and were well separable from lower cranial nerves and vascular structures. Conclusion: If tumor consistency is appropriate for careful mass reduction before removal of the tumor capsule and if tumor margins are not firmly attached to crucial structures, then upper cervical, foramen magnum, and lower clivus meningiomas can be safely and completely removed through natural gaps in the CVJ region. Both prerequisites usually become clear early during surgery. Thus, this tumor entity may be planned using this minimally invasive approach and may be extended if tumor consistency turns out to be less unfavorable for resection or if crucial structures cannot be easily separated from the tumor. KW - minimally invasive KW - meningioma KW - cervical spine KW - spinal tumor operation KW - craniovertebral junction Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-244613 SN - 2296-875X VL - 8 ER - TY - JOUR A1 - Lenschow, Christina A1 - Fuss, Carmina Teresa A1 - Kircher, Stefan A1 - Buck, Andreas A1 - Kickuth, Ralph A1 - Reibetanz, Joachim A1 - Wiegering, Armin A1 - Stenzinger, Albrecht A1 - Hübschmann, Daniel A1 - Germer, Christoph Thomas A1 - Fassnacht, Martin A1 - Fröhling, Stefan A1 - Schlegel, Nicolas A1 - Kroiss, Matthias T1 - Case Report: Abdominal Lymph Node Metastases of Parathyroid Carcinoma: Diagnostic Workup, Molecular Diagnosis, and Clinical Management JF - Frontiers in Endocrinology N2 - Parathyroid carcinoma (PC) is an orphan malignancy accounting for only ~1% of all cases with primary hyperparathyroidism. The localization of recurrent PC is of critical importance and can be exceedingly difficult to diagnose and sometimes futile when common sites of recurrence in the neck and chest cannot be confirmed. Here, we present the diagnostic workup, molecular analysis and multimodal therapy of a 46-year old woman with the extraordinary manifestation of abdominal lymph node metastases 12 years after primary diagnosis of PC. The patient was referred to our endocrine tumor center in 2016 with the aim to localize the tumor causative of symptomatic biochemical recurrence. In view of the extensive previous workup we decided to perform [18F]FDG-PET-CT. A pathological lymph node in the liver hilus showed slightly increased FDG-uptake and hence was suspected as site of recurrence. Selective venous sampling confirmed increased parathyroid hormone concentration in liver veins. Abdominal lymph node metastasis was resected and histopathological examination confirmed PC. Within four months, the patient experienced biochemical recurrence and based on high tumor mutational burden detected in the surgical specimen by whole exome sequencing the patient received immunotherapy with pembrolizumab that led to a biochemical response. Subsequent to disease progression repeated abdominal lymph node resection was performed in 10/2018, 01/2019 and in 01/2020. Up to now (12/2020) the patient is biochemically free of disease. In conclusion, a multimodal diagnostic approach and therapy in an interdisciplinary setting is needed for patients with rare endocrine tumors. Molecular analyses may inform additional treatment options including checkpoint inhibitors such as pembrolizumab. KW - parathyroid carcinoma KW - abdominal lymph node metastases KW - molecular diagnostics KW - repeated surgery KW - [18F]FDG-PET-CT KW - immune check inhibitor KW - pembrolizumab Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233362 SN - 1664-2392 VL - 12 ER - TY - JOUR A1 - Detomas, Mario A1 - Altieri, Barbara A1 - Schlötelburg, Wiebke A1 - Appenzeller, Silke A1 - Schlaffer, Sven A1 - Coras, Roland A1 - Schirbel, Andreas A1 - Wild, Vanessa A1 - Kroiss, Matthias A1 - Sbiera, Silviu A1 - Fassnacht, Martin A1 - Deutschbein, Timo T1 - Case Report: Consecutive Adrenal Cushing’s Syndrome and Cushing’s Disease in a Patient With Somatic CTNNB1, USP8, and NR3C1 Mutations JF - Frontiers in Endocrinology N2 - The occurrence of different subtypes of endogenous Cushing’s syndrome (CS) in single individuals is extremely rare. We here present the case of a female patient who was successfully cured from adrenal CS 4 years before being diagnosed with Cushing’s disease (CD). The patient was diagnosed at the age of 50 with ACTH-independent CS and a left-sided adrenal adenoma, in January 2015. After adrenalectomy and histopathological confirmation of a cortisol-producing adrenocortical adenoma, biochemical hypercortisolism and clinical symptoms significantly improved. However, starting from 2018, the patient again developed signs and symptoms of recurrent CS. Subsequent biochemical and radiological workup suggested the presence of ACTH-dependent CS along with a pituitary microadenoma. The patient underwent successful transsphenoidal adenomectomy, and both postoperative adrenal insufficiency and histopathological workup confirmed the diagnosis of CD. Exome sequencing excluded a causative germline mutation but showed somatic mutations of the β-catenin protein gene (CTNNB1) in the adrenal adenoma, and of both the ubiquitin specific peptidase 8 (USP8) and the glucocorticoid receptor (NR3C1) genes in the pituitary adenoma. In conclusion, our case illustrates that both ACTH-independent and ACTH-dependent CS may develop in a single individual even without evidence for a common genetic background. KW - Cushing’s syndrome KW - Cushing’s disease KW - hypercortisolism KW - glucocorticoid excess KW - USP8 KW - CTNNB1 KW - NR3C1 Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-244596 SN - 1664-2392 VL - 12 ER - TY - JOUR A1 - Tendera, Lukas A1 - Helm, Moritz A1 - Krahfuss, Mirjam A1 - Kuntze-Fechner, Maximilian W. A1 - Radius, Udo T1 - Case Study of N-\(^{i}\)Pr versus N-Mes Substituted NHC Ligands in Nickel Chemistry: The Coordination and Cyclotrimerization of Alkynes at [Ni(NHC)\(_{2}\)] JF - Chemistry—A European Journal N2 - A case study on the effect of the employment of two different NHC ligands in complexes [Ni(NHC)\(_{2}\)] (NHC=\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\) 1\(^{Me}\), Mes\(_{2}\)Im 2) and their behavior towards alkynes is reported. The reaction of a mixture of [Ni\(_{2}\)(\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\))\(_{4}\)(μ-(η\(^{2}\) : η\(^{2}\))-COD)] B/ [Ni(\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\))\(_{2}\)(η\(^{4}\)-COD)] B’ or [Ni(Mes\(_{2}\)Im)\(_{2}\)] 2, respectively, with alkynes afforded complexes [Ni(NHC)\(_{2}\)(η\(^{2}\)-alkyne)] (NHC=\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\): alkyne=MeC≡CMe 3, H\(_{7}\)C\(_{3}\)C≡CC\(_{3}\)H\(_{7}\) 4, PhC≡CPh 5, MeOOCC≡CCOOMe 6, Me\(_{3}\)SiC≡CSiMe\(_{3}\) 7, PhC≡CMe 8, HC≡CC\(_{3}\)H\(_{7}\) 9, HC≡CPh 10, HC≡C(p-Tol) 11, HC≡C(4-\(^{t}\)Bu-C\(_{6}\)H\(_{4}\)) 12, HC≡CCOOMe 13; NHC=Mes\(_{2}\)Im: alkyne=MeC≡CMe 14, MeOOCC≡CCOOMe 15, PhC≡CMe 16, HC≡C(4-\(^{t}\)Bu-C\(_{6}\)H\(_{4}\)) 17, HC≡CCOOMe 18). Unusual rearrangement products 11 a and 12 a were identified for the complexes of the terminal alkynes HC≡C(p-Tol) and HC≡C(4-\(^{t}\)Bu-C\(_{6}\)H\(_{4}\)), 11 and 12, which were formed by addition of a C−H bond of one of the NHC N-\(^{i}\)Pr methyl groups to the C≡C triple bond of the coordinated alkyne. Complex 2 catalyzes the cyclotrimerization of 2-butyne, 4-octyne, diphenylacetylene, dimethyl acetylendicarboxylate, 1-pentyne, phenylacetylene and methyl propiolate at ambient conditions, whereas 1\(^{Me}\) is not a good catalyst. The reaction of 2 with 2-butyne was monitored in some detail, which led to a mechanistic proposal for the cyclotrimerization at [Ni(NHC)\(_{2}\)]. DFT calculations reveal that the differences between 1\(^{Me}\) and 2 for alkyne cyclotrimerization lie in the energy profile of the initiation steps, which is very shallow for 2, and each step is associated with only a moderate energy change. The higher stability of 3 compared to 14 is attributed to a better electron transfer from the NHC to the metal to the alkyne ligand for the N-alkyl substituted NHC, to enhanced Ni-alkyne backbonding due to a smaller C\(_{NHC}\)−Ni−C\(_{NHC}\) bite angle, and to less steric repulsion of the smaller NHC \(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\). KW - nickel complexes KW - cyclooligomerization KW - cyclotrimerization KW - alkyne complexes KW - N-heterocyclic carbenes Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-257137 VL - 27 IS - 71 ER - TY - THES A1 - Meza Chincha, Ana Lucia T1 - Catalytic Water Oxidation with Functionalized Ruthenium Macrocycles T1 - Katalytische Wasseroxidation mit funktionalisierten Ruthenium Makrozyklen N2 - In light of the rapidly increasing global demand of energy and the negative effects of climate change, innovative solutions that allow an efficient transition to a carbon-neutral economy are urgently needed. In this context, artificial photosynthesis is emerging as a promising technology to enable the storage of the fluctuating energy of sunlight in chemical bonds of transportable “solar fuels”. Thus, in recent years much efforts have been devoted to the development of robust water oxidation catalysts (WOCs) leading to the discovery of the highly reactive Ru(bda) (bda: 2,2’-bipyridine-6,6’-dicarboxylic acid) catalyst family. The aim of this thesis was the study of chemical and photocatalytic water oxidation with functionalized Ruthenium macrocycles to explore the impact of substituents on molecular properties and catalytic activities of trinuclear macrocyclic Ru(bda) catalysts. A further objective of this thesis comprises the elucidation of factors that influence the light-driven water oxidation process with this novel class of supramolecular WOCs. N2 - Innovative Ansätze zur Ermöglichung eines effizienten Übergangs zur CO2-Neutralität werden angesichts der schnell steigenden Nachfrage nach Energie und der negativen Effekte des Klimawandels dringend gesucht. In diesem Zusammenhang hat das Konzept der künstlichen Photosynthese in den letzten Jahren für besondere Aufmerksamkeit gesorgt. In dieser Hinsicht erscheinen in 2009 erstmals beschriebenen Ru(bda) (bda: 2,2’-bipyridin-6,6’-dicarbonsäure) Wasseroxidationskatalysatoren besonders vielversprechend. Das Ziel dieser Forschungsarbeit war die Untersuchung von funktionalisierten Ruthenium Makrozyklen in der chemischen und photokatalytischen Wasseroxidation, um den Einfluss der Substituenten in den Liganden auf molekulare Eigenschaften und katalytische Aktivitäten der Makrozyklen zu analysieren. Des Weiteren sollten Faktoren identifiziert werden, welche Einfluss auf die Effizienz der Photokatalyse mit dieser neuartigen Klasse von supramolekularen Katalysatoren ausüben. KW - Rutheniumkomplexe KW - Ruthenium complexes KW - Supramolekulare Chemie KW - Katalyse KW - Wasser KW - metallosupramolecular chemistry KW - catalysis KW - water oxidation KW - Oxidation KW - Wasseroxidation KW - Metallosupramolekulare Chemie Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-209620 ER - TY - JOUR A1 - Hanft, Anna A1 - Radacki, Krzysztof A1 - Lichtenberg, Crispin T1 - Cationic Bismuth Aminotroponiminates: Charge Controls Redox Properties JF - Chemistry – A European Journal N2 - The behavior of the redox‐active aminotroponiminate (ATI) ligand in the coordination sphere of bismuth has been investigated in neutral and cationic compounds, [Bi(ATI)\(_{3}\)] and [Bi(ATI)\(_{2}\)L\(_{n}\)][A] (L=neutral ligand; n=0, 1; A=counteranion). Their coordination chemistry in solution and in the solid state has been analyzed through (variable‐temperature) NMR spectroscopy, line‐shape analysis, and single‐crystal X‐ray diffraction analyses, and their Lewis acidity has been evaluated by using the Gutmann–Beckett method (and modifications thereof). Cyclic voltammetry, in combination with DFT calculations, indicates that switching between ligand‐ and metal‐centered redox events is possible by altering the charge of the compounds from 0 in neutral species to +1 in cationic compounds. This adds important facets to the rich redox chemistry of ATIs and to the redox chemistry of bismuth compounds, which is, so far, largely unexplored. KW - aminotroponiminates KW - bismuth KW - cationic species KW - redox chemistry KW - redox-active ligands Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225669 VL - 27 IS - 20 SP - 6230 EP - 6239 ER - TY - JOUR A1 - Page, Lukas A1 - Wallstabe, Julia A1 - Lother, Jasmin A1 - Bauser, Maximilian A1 - Kniemeyer, Olaf A1 - Strobel, Lea A1 - Voltersen, Vera A1 - Teutschbein, Janka A1 - Hortschansky, Peter A1 - Morton, Charles Oliver A1 - Brakhage, Axel A. A1 - Topp, Max A1 - Einsele, Hermann A1 - Wurster, Sebastian A1 - Loeffler, Juergen T1 - CcpA- and Shm2-Pulsed Myeloid Dendritic Cells Induce T-Cell Activation and Enhance the Neutrophilic Oxidative Burst Response to Aspergillus fumigatus JF - Frontiers in Immunology N2 - Aspergillus fumigatus causes life-threatening opportunistic infections in immunocompromised patients. As therapeutic outcomes of invasive aspergillosis (IA) are often unsatisfactory, the development of targeted immunotherapy remains an important goal. Linking the innate and adaptive immune system, dendritic cells are pivotal in anti-Aspergillus defense and have generated interest as a potential immunotherapeutic approach in IA. While monocyte-derived dendritic cells (moDCs) require ex vivo differentiation, antigen-pulsed primary myeloid dendritic cells (mDCs) may present a more immediate platform for immunotherapy. To that end, we compared the response patterns and cellular interactions of human primary mDCs and moDCs pulsed with an A. fumigatus lysate and two A. fumigatus proteins (CcpA and Shm2) in a serum-free, GMP-compliant medium. CcpA and Shm2 triggered significant upregulation of maturation markers in mDCs and, to a lesser extent, moDCs. Furthermore, both A. fumigatus proteins elicited the release of an array of key pro-inflammatory cytokines including TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8, and CCL3 from both DC populations. Compared to moDCs, CcpA- and Shm2-pulsed mDCs exhibited greater expression of MHC class II antigens and stimulated stronger proliferation and IFN-γ secretion from autologous CD4\(^+\) and CD8\(^+\) T-cells. Moreover, supernatants of CcpA- and Shm2-pulsed mDCs significantly enhanced the oxidative burst in allogeneic neutrophils co-cultured with A. fumigatus germ tubes. Taken together, our in vitro data suggest that ex vivo CcpA- and Shm2-pulsed primary mDCs have the potential to be developed into an immunotherapeutic approach to tackle IA. KW - antigens KW - dendritic cells KW - cytokines KW - host defense KW - immunotherapy KW - Aspergillus Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239493 SN - 1664-3224 VL - 12 ER - TY - THES A1 - Krakow, Sören T1 - CD14-Reexpression definiert einen immunregulatorischen Phänotyp Monozyten-gereifter Zellen nach IL-10/R848-Stimulation T1 - Re-expression of CD14 in Response to a Combined IL-10/TLR Stimulus Defines Monocyte-Derived Cells With an Immunoregulatory Phenotype N2 - Dendritische Zellen können als antigenpräsentierende Zellen sowohl immunogene als auch tolerogene Funktionen im Immunsystem wahrnehmen und werden in der Therapie von Tumorerkrankungen und Autoimmunerkrankungen eingesetzt. IL-10 gilt als Induktor tolerogener dendritischer Zellen. Diese werden in der Literatur oft als unreif bezeichnet und stehen im Gegensatz zu den reifen immunogenen dendritischen Zellen, die durch die Expression des Reifungsmarkers CD83 gekennzeichnet sind. Ausdifferenzierte dendritische Zellen exprimieren zudem das Antigen CD86, das der T-Zell-Aktivierung dient. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von IL-10 auf den Reifungsprozess dendritischer Zellen in vitro untersucht. Zur Generierung unreifer dendritischer Zellen wurden humane Monozyten nach etabliertem Protokoll mit IL-4 und GM-CSF stimuliert. Nach anschließender IL-10-Stimulation, insbesondere in Kombination mit einem TLR-Agonisten, bildeten sich zwei exklusive Zellpopulationen: eine CD14+ Population und eine CD83+ Population. Unreife CD14-CD83- dendritische Zellen reexprimierten einerseits CD14 oder exprimierten andererseits CD83. Dabei zeigte sich, dass das kostimulierende Antigen CD86 gleichermaßen sowohl mit als auch ohne IL-10-Inkubation hoch exprimiert wurde und IL-10 folglich keinen zusätzlichen Einfluss auf dessen Expression hat. Insgesamt waren Veränderungen bezüglich der Oberflächenantigene, die bei der Betrachtung der Gesamtheit aller Zellen auffallen, auf eine quantitative Verschiebung der beiden Zellpopulationen zurückzuführen. IL-10 beeinflusst also nicht direkt einzelne kostimulierende oder inhibitorische Moleküle, sondern beeinflusst den Anteil der CD14+ Zellen gegenüber den CD83+ dendritischen Zellen. Funktionell betrachtet zeigten die CD14+ Zellen eine gesteigerte Makropinozytose im Gegensatz zu den reifen CD83+ dendritischen Zellen. Zusammenfassend führt IL-10 zu einer Reexpression von CD14 auf unreifen dendritischen Zellen und aktiviert einen alternativen Differenzierungsweg. Die CD14+ Zellen weisen einen stabilen immunregulatorischen Phänotyp auf und unterscheiden sich somit von reifen dendritischen Zellen, die nach Inkubation mit IL-10 nicht reguliert werden. Damit muss die Begrifflichkeit und Klassifikation tolerogener dendritischer Zellen weiter diskutiert werden. N2 - Dendritic cells (DCs) are antigen-presenting cells and play a critical role in innate and acquired immunity as far as they can initiate and boost T cell responses. They also maintain the balance between tolerance and immunity. However, the phenotypic and functional diversity of dendritic cell subsets still are the main subject of research. Interleukin 10 is a central regulator of the antigen-presenting function of myeloid cells. It exerts immunomodulatory effects in vivo and induces a regulatory phenotype in monocyte-derived cells in vitro. In this study, the phenotype and function of monocytic cells are analyzed in vitro in relation to the cytokine milieu and the timing of TLR-based activation. In GM-CSF/IL-4 cultured human monocytic cells, two mutually exclusive cell populations - arising from undifferentiated cells - are identified: CD83+ fully activated dendritic cells and CD14+ macrophage like cells. Re-expression of CD14 occurs primarily after a sequential trigger with a TLR signal following IL-10 preincubation. This cell population with re-expressed CD14 substantially differs in phenotype and function from the CD83+ cells. Detailed analysis of individual subpopulations reveals that exogenous IL-10 is critical for inducing the shift toward the CD14+ population but does not affect individual changes in marker expression or cell function in most cases. Thus, plasticity of CD14 expression, defining a subset of immunoregulatory cells, is highly relevant for the composition of cellular products (such as DC vaccines) as it affects the function of the total product. KW - Dendritische Zelle KW - Monozyt KW - Makrophage KW - IL-10 Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224280 ER - TY - JOUR A1 - Dirks, Johannes A1 - Fischer, Jonas A1 - Haase, Gabriele A1 - Holl-Wieden, Annette A1 - Hofmann, Christine A1 - Girschick, Hermann A1 - Morbach, Henner T1 - CD21\(^{lo/−}\)CD27\(^−\)IgM\(^−\) Double-Negative B Cells Accumulate in the Joints of Patients With Antinuclear Antibody-Positive Juvenile Idiopathic Arthritis JF - Frontiers in Pediatrics N2 - Juvenile idiopathic arthritis (JIA) encompasses a heterogeneous group of diseases. The appearance of antinuclear antibodies (ANAs) in almost half of the patients suggests B cell dysregulation as a distinct pathomechanism in these patients. Additionally, ANAs were considered potential biomarkers encompassing a clinically homogenous subgroup of JIA patients. However, in ANA+ JIA patients, the site of dysregulated B cell activation as well as the B cell subsets involved in this process is still unknown. Hence, in this cross-sectional study, we aimed in an explorative approach at characterizing potential divergences in B cell differentiation in ANA+ JIA patients by assessing the distribution of peripheral blood (PB) and synovial fluid (SF) B cell subpopulations using flow cytometry. The frequency of transitional as well as switched-memory B cells was higher in PB of JIA patients than in healthy controls. There were no differences in the distribution of B cell subsets between ANA- and ANA+ patients in PB. However, the composition of SF B cells was different between ANA- and ANA+ patients with increased frequencies of CD21\(^{lo/−}\)CD27\(^−\)IgM\(^−\) “double negative” (DN) B cells in the latter. DN B cells might be a characteristic subset expanding in the joints of ANA+ JIA patients and are potentially involved in the antinuclear immune response in these patients. The results of our explorative study might foster further research dissecting the pathogenesis of ANA+ JIA patients. KW - juvenile idiopathic arthritis KW - B cells KW - antinuclear antibodies KW - synovial fluid KW - double negative B cells Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236286 SN - 2296-2360 VL - 9 ER - TY - JOUR A1 - Bankoglu, Ezgi Eyluel A1 - Schuele, Carolin A1 - Stopper, Helga T1 - Cell survival after DNA damage in the comet assay JF - Archives of Toxicology N2 - The comet assay is widely used in basic research, genotoxicity testing, and human biomonitoring. However, interpretation of the comet assay data might benefit from a better understanding of the future fate of a cell with DNA damage. DNA damage is in principle repairable, or if extensive, can lead to cell death. Here, we have correlated the maximally induced DNA damage with three test substances in TK6 cells with the survival of the cells. For this, we selected hydrogen peroxide (H\(_{2}\)O\(_{2}\)) as an oxidizing agent, methyl methanesulfonate (MMS) as an alkylating agent and etoposide as a topoisomerase II inhibitor. We measured cell viability, cell proliferation, apoptosis, and micronucleus frequency on the following day, in the same cell culture, which had been analyzed in the comet assay. After treatment, a concentration dependent increase in DNA damage and in the percentage of non-vital and apoptotic cells was found for each substance. Values greater than 20-30% DNA in tail caused the death of more than 50% of the cells, with etoposide causing slightly more cell death than H\(_{2}\)O\(_{2}\) or MMS. Despite that, cells seemed to repair of at least some DNA damage within few hours after substance removal. Overall, the reduction of DNA damage over time is due to both DNA repair and death of heavily damaged cells. We recommend that in experiments with induction of DNA damage of more than 20% DNA in tail, survival data for the cells are provided. KW - Cell death and comet assay KW - DNA damage KW - DNA repair Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-265339 VL - 95 IS - 12 ER - TY - JOUR A1 - Wagner, Michael A1 - Sadek, Mirna S. A1 - Dybkova, Nataliya A1 - Mason, Fleur E. A1 - Klehr, Johann A1 - Firneburg, Rebecca A1 - Cachorro, Eleder A1 - Richter, Kurt A1 - Klapproth, Erik A1 - Kuenzel, Stephan R. A1 - Lorenz, Kristina A1 - Heijman, Jordi A1 - Dobrev, Dobromir A1 - El-Armouche, Ali A1 - Sossalla, Samuel A1 - Kämmerer, Susanne T1 - Cellular mechanisms of the anti-arrhythmic effect of cardiac PDE2 overexpression JF - International Journal of Molecular Sciences N2 - Background: Phosphodiesterases (PDE) critically regulate myocardial cAMP and cGMP levels. PDE2 is stimulated by cGMP to hydrolyze cAMP, mediating a negative crosstalk between both pathways. PDE2 upregulation in heart failure contributes to desensitization to β-adrenergic overstimulation. After isoprenaline (ISO) injections, PDE2 overexpressing mice (PDE2 OE) were protected against ventricular arrhythmia. Here, we investigate the mechanisms underlying the effects of PDE2 OE on susceptibility to arrhythmias. Methods: Cellular arrhythmia, ion currents, and Ca\(^{2+}\)-sparks were assessed in ventricular cardiomyocytes from PDE2 OE and WT littermates. Results: Under basal conditions, action potential (AP) morphology were similar in PDE2 OE and WT. ISO stimulation significantly increased the incidence of afterdepolarizations and spontaneous APs in WT, which was markedly reduced in PDE2 OE. The ISO-induced increase in I\(_{CaL}\) seen in WT was prevented in PDE2 OE. Moreover, the ISO-induced, Epac- and CaMKII-dependent increase in I\(_{NaL}\) and Ca\(^{2+}\)-spark frequency was blunted in PDE2 OE, while the effect of direct Epac activation was similar in both groups. Finally, PDE2 inhibition facilitated arrhythmic events in ex vivo perfused WT hearts after reperfusion injury. Conclusion: Higher PDE2 abundance protects against ISO-induced cardiac arrhythmia by preventing the Epac- and CaMKII-mediated increases of cellular triggers. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-arrhythmic therapeutic strategy in HF. KW - PDE2 KW - arrhythmia KW - CaMKII KW - heart failure Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-285888 SN - 1422-0067 VL - 22 IS - 9 ER - TY - THES A1 - Solger, Franziska T1 - Central role of sphingolipids on the intracellular survival of \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) in epithelial cells T1 - Die zentrale Rolle von Sphingolipiden auf das intrazelluläre Überleben von \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) in Epithelzellen N2 - Neisseria gonorrhoeae are Gram-negative bacteria with diplococcal shape. As an obligate human pathogen, it is the causative agent of gonorrhoea, a sexually transmitted disease. Gonococci colonize a variety of mucosal tissues, mainly the urogenital tract in men and women. Occasionally N. gonorrhoeae invades the bloodstream, leading to disseminated gonococcal infection. These bacteria possess a repertoire of virulence factors, which expression patterns can be adapted to the environmental conditions of the host. Through the accumulation of antibiotic resistances and in absence of vaccines, some neisserial strains have the potential to spread globally and represent a major public health threat. Therefore, it is necessary to understand the exact molecular mechanisms underlying the successful infection and progression of gonococci within their host. This deeper understanding of neisserial infection and survival mechanisms is needed for the development of new therapeutic agents. In this work, the role of host-cell sphingolipids on the intracellular survival of N. gonorrhoeae was investigated. It was shown that different classes of sphingolipids strongly interact with invasive gonococci in epithelial cells. Therefore, novel and highly specific clickable sphingolipid analogues were applied to study these interactions with this pathogen. The formation of intra- and extracellular sphingosine vesicles, which were able to target gonococci, was observed. This direct interaction led to the uptake and incorporation of sphingosine into the neisserial membrane. Together with in vitro results, sphingosine was identified as a potential bactericidal reagent as part of the host cell defence. By using different classes of sphingolipids and their clickable analogues, essential structural features, which seem to trigger the bacterial uptake, were detected. Furthermore, effects of key enzymes of the sphingolipid signalling pathway were tested in a neutrophil infection model. In conclusion, the combination of click chemistry and infection biology made it possible to shed some light on the dynamic interplay between cellular sphingosine and N. gonorrhoeae. Thereby, a possible “catch-and-kill” mechanism could have been observed. N2 - Neisseria gonorrhoeae ist ein Gram-negatives Bakterium, welches als Diplokokke vorkommt. Als ein ausschließliches Humanpathogen sind Neisserien der Erreger für die sexuell übertragbare Infektionskrankheit Gonorrhö. Gonokokken besiedeln eine Vielzahl von Schleimhäuten, jedoch hauptsächlich den Urogenitaltrakt bei Männern und Frauen. Gelegentlich kann N. gonorrhoeae in die Blutbahn invadieren, was zu einer disseminierten Infektion führen kann. Diese Bakterien verfügen über ein Repertoire an Virulenzfaktoren, deren Expressionskombination den Umgebungsbedingungen des Wirts angepasst werden können. Durch die Anhäufung von Antibiotikaresistenzen und durch das Fehlen eines Impfstoffes, besteht die Gefahr, dass spezielle Neisserienstämme sich weltweit verbreiten und daher eine ernstzunehmende Bedrohung des Menschen sind. Daher ist es notwendig die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der erfolgreichen Infektion und Ausbreitung der Gonokokken im Wirt genauestens zu verstehen. Das detaillierte Wissen über die Neisserieninfektion und Überlebensmechanismen ist nötig für die Entwicklung neuer Therapieansätze. In dieser Arbeit wurde der Effekt von Sphingolipiden der Wirtszelle auf das intrazelluläre Überleben von N. gonorrhoeae untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Klassen von Sphingolipiden stark mit invasiven Gonokokken in Epithelzellen interagieren. Um dies zu tun, wurden neue und hochspezifische clickbare Sphingolipidanaloge eingesetzt, um deren Interaktionen mit diesem Pathogen zu studieren. Die Formation von intra- als auch extrazellulären Sphingosinvesikeln, welche Gonokokken gezielt erreichten, konnte beobachtet werden. Diese direkte Interaktion führte zu einer Aufnahme und Einbau des Sphingosins in die Neisserienmembran. Zusammen mit in vitro Ergebnissen, konnte Sphingosin als potenzieller und antibakterieller Bestandteil des zellulären Abwehrsystems identifiziert werden. Weiterhin wurde durch die Verwendung unterschiedlicher Sphingolipidklassen und deren clickbaren Analoge wichtige Strukturen erkannt, die die bakterielle Aufnahme auslösen. Des Weiteren wurden die Auswirkungen von Schlüsselenzymen des Sphingolipidsignalwegs in einem Infektionsmodell mit Neutrophilen getestet. Abschließend ist zu sagen, dass die Kombination aus Click Chemie und Infektionsbiologie es ermöglicht hat, die dynamischen Wechselwirkungen zwischen zellulären Sphingosin und N. gonorrhoeae zu beleuchten. Dadurch konnte ein möglicher „catch-and-kill”-Mechanismus entdeckt werden. KW - Neisseria gonorrhoeae KW - Sphingosinkinase KW - Sphingosinanaloga KW - Click-Chemie KW - sphingosine KW - sphingolipids KW - Neisseria KW - intracellular KW - vesicles Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247534 ER - TY - JOUR A1 - Koelmel, Wolfgang A1 - Kuper, Jochen A1 - Kisker, Caroline T1 - Cesium based phasing of macromolecules: a general easy to use approach for solving the phase problem JF - Scientific Reports N2 - Over the last decades the phase problem in macromolecular x-ray crystallography has become more controllable as methods and approaches have diversified and improved. However, solving the phase problem is still one of the biggest obstacles on the way of successfully determining a crystal structure. To overcome this caveat, we have utilized the anomalous scattering properties of the heavy alkali metal cesium. We investigated the introduction of cesium in form of cesium chloride during the three major steps of protein treatment in crystallography: purification, crystallization, and cryo-protection. We derived a step-wise procedure encompassing a "quick-soak"-only approach and a combined approach of CsCl supplement during purification and cryo-protection. This procedure was successfully applied on two different proteins: (i) Lysozyme and (ii) as a proof of principle, a construct consisting of the PH domain of the TFIIH subunit p62 from Chaetomium thermophilum for de novo structure determination. Usage of CsCl thus provides a versatile, general, easy to use, and low cost phasing strategy. KW - structural biology KW - X-ray crystallography Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-261644 VL - 11 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Döllinger, Nina A1 - Wienrich, Carolin A1 - Latoschik, Marc Erich T1 - Challenges and opportunities of immersive technologies for mindfulness meditation: a systematic review JF - Frontiers in Virtual Reality N2 - Mindfulness is considered an important factor of an individual's subjective well-being. Consequently, Human-Computer Interaction (HCI) has investigated approaches that strengthen mindfulness, i.e., by inventing multimedia technologies to support mindfulness meditation. These approaches often use smartphones, tablets, or consumer-grade desktop systems to allow everyday usage in users' private lives or in the scope of organized therapies. Virtual, Augmented, and Mixed Reality (VR, AR, MR; in short: XR) significantly extend the design space for such approaches. XR covers a wide range of potential sensory stimulation, perceptive and cognitive manipulations, content presentation, interaction, and agency. These facilities are linked to typical XR-specific perceptions that are conceptually closely related to mindfulness research, such as (virtual) presence and (virtual) embodiment. However, a successful exploitation of XR that strengthens mindfulness requires a systematic analysis of the potential interrelation and influencing mechanisms between XR technology, its properties, factors, and phenomena and existing models and theories of the construct of mindfulness. This article reports such a systematic analysis of XR-related research from HCI and life sciences to determine the extent to which existing research frameworks on HCI and mindfulness can be applied to XR technologies, the potential of XR technologies to support mindfulness, and open research gaps. Fifty papers of ACM Digital Library and National Institutes of Health's National Library of Medicine (PubMed) with and without empirical efficacy evaluation were included in our analysis. The results reveal that at the current time, empirical research on XR-based mindfulness support mainly focuses on therapy and therapeutic outcomes. Furthermore, most of the currently investigated XR-supported mindfulness interactions are limited to vocally guided meditations within nature-inspired virtual environments. While an analysis of empirical research on those systems did not reveal differences in mindfulness compared to non-mediated mindfulness practices, various design proposals illustrate that XR has the potential to provide interactive and body-based innovations for mindfulness practice. We propose a structured approach for future work to specify and further explore the potential of XR as mindfulness-support. The resulting framework provides design guidelines for XR-based mindfulness support based on the elements and psychological mechanisms of XR interactions. KW - virtual reality KW - augmented reality KW - mindfulness KW - XR KW - meditation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259047 VL - 2 ER - TY - THES A1 - Kessie, David Komla T1 - Characterisation of Bordetella pertussis virulence mechanisms using engineered human airway tissue models T1 - Charakterisierung der Virulenzmechanismen von Bordetella pertussis mit humanen Gewebemodellen der Atemwege N2 - Pertussis is a highly contagious acute respiratory disease of humans which is mainly caused by the gram-negative obligate human pathogen Bordetella pertussis. Despite the availability and extensive use of vaccines, the disease persists and has shown periodic re-emergence resulting in an estimated 640,000 deaths worldwide in 2014. The pathogen expresses various virulence factors that enable it to modulate the host immune response, allowing it to colonise the ciliated airway mucosa. Many of these factors also directly interfere with host signal transduction systems, causing damage to the ciliated airway mucosa and increase mucous production. Of the many virulence factors of B. pertussis, only the tracheal cytotoxin (TCT) is able to recapitulate the pathophysiology of ciliated cell extrusion and blebbing in animal models and in human nasal biopsies. Furthermore, due to the lack of appropriate human models and donor materials, the role of bacterial virulence factors has been extrapolated from studies using animal models infected with either B. pertussis or with the closely related species B. bronchiseptica which naturally causes respiratory infections in these animals and produces many similar virulence factors. Thus, in the present work, in vitro airway mucosa models developed by co-culturing human airway epithelia cells and fibroblasts from the conduction zone of the respiratory tract on a decellularized porcine small intestine submucosa scaffold (SISser®) were used, since these models have a high correlation to native human conducting zone respiratory epithelia. The major aim was to use the engineered airway mucosa models to elucidate the contribution of B. pertussis TCT in the pathophysiology of the disease as well as the virulence mechanism of B. pertussis in general. TCT and lipopolysaccharide (LPS) either alone or in combination were observed to induce epithelial cell blebbing and necrosis in the in vitro airway mucosa model. Additionally, the toxins induced viscous hyper-mucous secretion and significantly disrupted barrier properties of the in vitro airway mucosa models. This work also sought to assess the invasion and intracellular survival of B. pertussis in the polarised epithelia, which has been critically discussed for many years in the literature. Infection of the models with B. pertussis showed that the bacteria can adhere to the models and invade the epithelial cells as early as 6 hours post inoculation. Invasion and intracellular survival assays indicated the bacteria could invade and persist intracellularly in the epithelial cells for up to 3 days. Due to the novelty of the in vitro airway mucosa models, this work also intended to establish a method for isolating individual cells for scRNA-seq after infection with B. pertussis. Cold dissociation with Bacillus licheniformis subtilisin A was found to be capable of dissociating the cells without inducing a strong fragmentation, a problem which occurs when collagenase and trypsin/EDTA are used. In summary, the present work showed that TCT acts possibly in conjunction with LPS to disrupt the human airway mucosa much like previously shown in the hamster tracheal ring models and thus appears to play an important role during the natural B. pertussis infection. Furthermore, we established a method for infecting and isolating infected cells from the airway mucosa models in order to further investigate the effect of B. pertussis infection on the different cell populations in the airway by single cell analytics in the future. N2 - Pertussis ist eine hoch ansteckende akute Atemwegserkrankung des Menschen, die durch das gramnegative obligat humanpathogene Bakterium Bordetella pertussis verursacht wird. Obwohl seit langer Zeit effektive Impfstoffe verfügbar sind und weltweit eingesetzt werden, stellt die Krankheit nach wie vor ein großes Problem dar und tritt seit einiger Zeit auch in Ländern mit guten Impfraten wieder vermehrt auf. Allein in den letzten 10 Jahren wurden weltweit etwa 24 Millionen Neuinfektionen mit 640,000 Todesfällen pro Jahr gezählt. Die Bakterien exprimieren verschiedene Virulenzfaktoren, die es ihnen ermöglichen, die Immunantwort des Wirts zu modulieren, wodurch sie die Schleimhaut der oberen Atemwege besiedeln können. Viele dieser Faktoren stören auch direkt die Signaltransduktionssysteme des Zellen der oberen Atemwege, was zu einer Schädigung des Flimmerepithels der Atemwege und zu einer starken Erhöhung der Schleimproduktion führt. Von den vielen bekannten Virulenzfaktoren von B. pertussis kann soweit bekannt nur das Tracheale Cytotoxin (TCT) die typische Pathophysiologie des Flimmerepithels verursachen, die durch massive Gewebszerstörung gekennzeichnet ist und z.B. das Herauslösen von Epithelzellen aus der Epithelschicht oder die Ausbildung von bläschenförmigen Epithelzellen beinhaltet. Aufgrund des Mangels an geeigneten menschlichen Modellsystemen bzw. an Spendermaterialien wurden die Virulenzeigenschaften des Erregers entweder mit Hilfe von einfachen Zellkultursystemen oder in Tiermodellen untersucht, die keine natürlichen Wirte für B. pertussis darstellen. Alternativ hierzu wurden auch Daten, die mit dem eng verwandten tierpathogenen Bakterium B. bronchiseptica, das viele aus B. pertussis bekannte Virulenzfaktoren produziert, in entsprechenden Tiermodellen erhoben wurden, genutzt, um auf die Virulenzeigenschaften von B. pertussis zu schließen. Die vorliegende Arbeit verwendet In-vitro-Atemwegsschleimhautmodelle, die durch Co-Kultivierung von menschlichen Atemwegsepithelzellen und Fibroblasten auf einem dezellularisierten Schweine-Dünndarm-Submukosa-Gerüst (SISser®) entwickelt wurden. Die in-vitro-Atemwegsschleimhautmodelle weisen eine hohe Korrelation mit nativen menschlichen Epithelien der oberen Atemwege auf. Mithilfe dieser neuartigen Atemwegsschleimhautmodelle sollte der Beitrag von B. pertussis TCT zur Pathophysiologie der Krankheit und die Bedeutung von TCT als relevanter Virulenzfaktor aufgeklärt werden. Es wurde beobachtet, dass TCT und das bakterielle Lipopolysaccharid (LPS) entweder alleine oder in Kombination die Bildung von Epithelzellbläschen und Nekrose in diesen in-vitro-Atemwegsschleimhautmodellen induzieren. Zusätzlich induzierten diese Toxine eine viskose Hyperschleimsekretion und störten die Barriereeigenschaften der in-vitro-Atemwegsschleimhautmodelle signifikant. Zudem wurde in dieser Arbeit versucht, die Invasion und das intrazelluläre Überleben von B. pertussis in den polarisierten Epithelien zu bewerten, das in der einschlägigen Fachliteratur kritisch diskutiert wird. Die Infektion der Modelle mit B. pertussis zeigte, dass die Bakterien bereits 6 Stunden nach der Inokulation an den Modellen adhärieren und in diese eindringen können. Invasions- und intrazelluläre Überlebenstests zeigten, dass die Bakterien bis zu 3 Tage intrazellulär in die Epithelzellen überleben können. Aufgrund der Neuheit der in dieser Arbeit entwickelten in-vitro-Atemwegsschleimhautmodelle sollte auch eine Methode zur Isolierung einzelner Zellen für scRNA-seq Analysen nach Infektion mit B. pertussis etabliert werden. Dabei wurde festgestellt, dass die Inkubation der Modelle mit Subtilisin A von Bacillus licheniformis in der Kälte eine sehr gute Methode darstellt, um die Zellen zu dissoziieren, ohne eine starke Fragmentierung zu induzieren, wie sie unter Verwendung von Kollagenase und Trypsin / EDTA auftritt. Zusammenfassend wird in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass TCT gemeinsam mit LPS eine extrem destruktive Wirkung auf die menschliche Atemwegsschleimhaut besitzt, die der früher gezeigten Wirkung in Tiermodellen stark ähnelt. TCT sollte deshalb tatsächlich als ein wichtiger Virulenzfaktor von B. pertussis eingeschätzt werden. Darüber hinaus wurden Methoden zur Infektion und Isolierung von infizierten Zellen aus den Atemwegsschleimhautmodellen entwickelt, um künftig die Auswirkung einer B. pertussis Infektion auf die verschiedenen Zellpopulationen in den Atemwegen durch Einzelzellanalytik noch besser erforschen zu können. KW - Tissue engineering KW - Pertussis KW - Airway epithelia KW - Bordetella KW - tracheal cytotoxin KW - 3D models Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-235717 ER -