TY  - JOUR
A1  - Kraft, Peter
A1  - Drechsler, Christiane
A1  - Gunreben, Ignaz
A1  - Heuschmann, Peter Ulrich
A1  - Kleinschnitz, Christoph
T1  - Regulation of Blood Coagulation Factors XI and XII in Patients with Acute and Chronic Cerebrovascular Disease: A Case-Control Study
JF  - Cerebrovascular Diseases
N2  - Background: Animal models have implicated an integral role for coagulation factors XI (FXI) and XII (FXII) in thrombus formation and propagation of ischemic stroke (IS). However, it is unknown if these molecules contribute to IS pathophysiology in humans, and might be of use as biomarkers for IS risk and severity. This study aimed to identify predictors of altered FXI and FXII levels and to determine whether there are differences in the levels of these coagulation factors between acute cerebrovascular events and chronic cerebrovascular disease (CCD). Methods: In this case-control study, 116 patients with acute ischemic stroke (AIS) or transitory ischemic attack (TIA), 117 patients with CCD, and 104 healthy volunteers (HVs) were enrolled between 2010 and 2013 at our University hospital. Blood sampling was undertaken once in the CCD and HV groups and on days 0, 1, and 3 after stroke onset in patients with AIS or TIA. Correlations between serum FXI and FXII levels and demographic and clinical parameters were tested by linear regression and analysis of variance. Results: The mean age of AIS/TIA patients was 70 ± 12. Baseline clinical severity measured with NIHSS and Barthel Index was 4.8 ± 6.0 and 74 ± 30, respectively. More than half of the patients had an AIS (58%). FXI levels were significantly correlated with different leukocyte subsets (p < 0.05). In contrast, FXII serum levels showed no significant correlation (p > 0.1). Neither FXI nor FXII levels correlated with CRP (p > 0.2). FXII levels were significantly higher in patients with CCD compared with those with AIS/TIA (mean ± SD 106 ± 26% vs. 97 ± 24%; univariate analysis: p < 0.05); these differences did not reach significance in multivariate analysis adjusted for sex and age. FXI levels did not differ significantly between study groups. Sex and age were significantly associated with FXI and/or FXII levels in patients with AIS/TIA (p < 0.05). In contrast, no statistical significant influence was found for treatment modality (thrombolysis or not), pre-treatment with platelet inhibitors, and severity of stroke. Conclusions: In this study, there was no differential regulation of FXI and FXII levels between disease subtypes but biomarker levels were associated with patient and clinical characteristics. FXI and FXII levels might be no valid biomarker for predicting stroke risk.
KW  - biomarker
KW  - factor XI
KW  - factor XII
KW  - ischemic stroke
KW  - chronic cerebrovascular disease
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-199076
SN  - 1015-9770
SN  - 1421-9786
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 38
IS  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schmid, Michael
A1  - Steinlein, Claus
A1  - Haaf, Thomas
A1  - Mijares-Urrutia, Abraham
T1  - Nascent ZW Sex Chromosomes in Thecadactylus rapicauda (Reptilia, Squamata, Phyllodactylidae)
JF  - Cytogenetic and Genome Research
N2  - The chromosomes of the turnip-tailed gecko Thecadactylus rapicauda from the Falcón State in northern Venezuela were examined by means of conventional staining, a variety of banding techniques and in situ hybridization with an 18S + 28S rDNA probe. In female specimens, C-banding analyses detected a cryptic W sex chromosome-associated interstitial heterochromatic segment which is absent in the Z sex chromosome. These ZW sex chromosomes are considered to be in a nascent stage of morphological differentiation and are absent in T. rapicauda collected in Guatemala. The amount, location and fluorochrome affinities of constitutive heterochromatin, the position of the nucleolus organizer region, and the genome sizes of female and male individuals were determined. The previously published cytogenetic data on T. rapicauda are discussed.
KW  - ZW sex chromosomes
KW  - Gecko
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-199041
SN  - 1424-8581
SN  - 1424-859X
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 143
IS  - 4
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Papenfort, Kai
A1  - Vogel, Jörg
T1  - Small RNA functions in carbon metabolism and virulence of enteric pathogens
JF  - Frontiers in Cellular and Infection Microbiology
N2  - Enteric pathogens often cycle between virulent and saprophytic lifestyles. To endure these frequent changes in nutrient availability and composition bacteria possess an arsenal of regulatory and metabolic genes allowing rapid adaptation and high flexibility. While numerous proteins have been characterized with regard to metabolic control in pathogenic bacteria, small non-coding RNAs have emerged as additional regulators of metabolism. Recent advances in sequencing technology have vastly increased the number of candidate regulatory RNAs and several of them have been found to act at the interface of bacterial metabolism and virulence factor expression. Importantly, studying these riboregulators has not only provided insight into their metabolic control functions but also revealed new mechanisms of post-transcriptional gene control. This review will focus on the recent advances in this area of host-microbe interaction and discuss how regulatory small RNAs may help coordinate metabolism and virulence of enteric pathogens.
KW  - sRNA
KW  - carbon metabolism
KW  - Hfq
KW  - CsrA
KW  - virulence
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-197520
SN  - 2235-2988
VL  - 4
IS  - 91
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schneider, Eberhard
A1  - El Hajj, Nady
A1  - Haaf, Thomas
T1  - Epigenetic Information from Ancient DNA Provides New Insights into Human Evolution
BT  - Commentary on Gokhman D et al. (2014): Reconstructing the DNA 
Methylation Maps of the Neanderthal and the Denisovan. Science 344:523–527
JF  - Brain, Behavior and Evolution
N2  - No abstract available.
KW  - human evolution
KW  - Neanderthal
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196800
SN  - 0006-8977
SN  - 1421-9743
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 84
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schraven, Sebastian P.
A1  - Dalhoff, Ernst
A1  - Wildenstein, Daniela
A1  - Hagen, Rudolf
A1  - Gummer, Anthony W.
A1  - Mlynski, Robert
T1  - Alternative Fixation of an Active Middle Ear Implant at the Short Incus Process
JF  - Audiology and Neurotology
N2  - Introduction: Since 1996, the preferred approach for positioning the active middle-ear implant Vibrant Soundbridge© is a mastoidectomy and a posterior tympanotomy. With this device, placement of the floating mass transducer (FMT) on the long incus process is the standard method for treatment of mild-to-severe sensorineural hearing loss in the case of normal middle-ear anatomy. The aim of this study was to determine the vibrational effectiveness of FMT placement at the short incus process. Materials and Methods: An extended antrotomy and a posterior tympanotomy were performed in 5 fresh human temporal bones. As a control for normal middle-ear function, the tympanic membrane was stimulated acoustically and the vibration of the stapes footplate and the round-window (RW) membrane were (sequentially) measured by laser Doppler vibrometry. Vibration responses for coupling of an FMT to the long incus process (standard coupling) were compared to those for coupling to the short incus process. Results: Apart from narrow frequency bands near 3 and 9 kHz for the stapes footplate and RW membrane, respectively, the velocity responses presented no significant differences between standard coupling of the FMT and coupling to the short incus process. Conclusion: Coupling the FMT to the short incus process may be a viable alternative in cases where the surgical approach is limited to an extended antrotomy. A reliable technique for attachment to the short incus process has yet to be developed.
KW  - middle-ear surgery
KW  - active middle-ear implant
KW  - floating mass transducer
KW  - incus
KW  - Laser Doppler vibrometer
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196823
SN  - 1420-3030
SN  - 1421-9700
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 19
IS  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schneider, Andreas
A1  - Gutjahr-Lengsfeld, Lena
A1  - Ritz, Eberhard
A1  - Scharnagl, Hubert
A1  - Gelbrich, Götz
A1  - Pilz, Stefan
A1  - Macdougall, Iain C.
A1  - Wanner, Christoph
A1  - Drechsler, Christiane
T1  - Longitudinal Assessments of Erythropoietin-Stimulating Agent Responsiveness and the Association with Specific Clinical Outcomes in Dialysis Patients
JF  - Nephron Clinical Practice
N2  - Background: Dose requirements of erythropoietin-stimulating agents (ESAs) can vary considerably over time and may be associated with cardiovascular outcomes. We aimed to longitudinally assess ESA responsiveness over time and to investigate its association with specific clinical end points in a time-dependent approach. Methods: The German Diabetes and Dialysis study (4D study) included 1,255 diabetic dialysis patients, of whom 1,161 were receiving ESA treatment. In those patients, the erythropoietin resistance index (ERI) was assessed every 6 months during a median follow-up of 4 years. The association between the ERI and cardiovascular end points was analyzed by time-dependent Cox regression analyses with repeated ERI measures. Results: Patients had a mean age of 66 ± 8.2 years; 53% were male. During follow-up, a total of 495 patients died, of whom 136 died of sudden death and 102 of infectious death. The adjusted and time-dependent risk for sudden death was increased by 19% per 5-unit increase in the ERI (hazard ratio, HR = 1.19, 95% confidence interval, CI = 1.07-1.33). Similarly, mortality increased by 25% (HR = 1.25, 95% CI = 1.18-1.32) and infectious death increased by 27% (HR = 1.27, 95% CI = 1.13-1.42). Further analysis revealed that lower 25-hydroxyvitamin D levels were associated with lower ESA responsiveness (p = 0.046). Conclusions: In diabetic dialysis patients, we observed that time-varying erythropoietin resistance is associated with sudden death, infectious complications and all-cause mortality. Low 25-hydroxyvitamin D levels may contribute to a lower ESA responsiveness.
KW  - dialysis
KW  - erythropoietin
KW  - diabetes
KW  - epidemiology
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196511
SN  - 1660-2110
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 128
IS  - 1-2
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ono, Mitsuaki
A1  - Sonoyama, Wataru
A1  - Nema, Kazuki
A1  - Hara, Emilio Satoshi
A1  - Oida, Yasutaka
A1  - Pham, Hai Thanh
A1  - Yamamoto, Katushi
A1  - Hirota, Kazuo
A1  - Sugama, Kazushige
A1  - Sebald, Walter
A1  - Kuboki, Takuo
T1  - Regeneration of calvarial defects with Escherichia coli-derived rhBMP-2 adsorbed in PLGA membrane
JF  - Cells Tissues Organs
N2  - Objective: Escherichia coli-derived recombinant human bone morphogenetic protein-2 (E-BMP-2) has been shown to be as effective as mammalian cell-derived BMP-2. However, several in vitro and in vivo experiments are still necessary to validate the effectiveness of E-BMP-2 due to the difference in synthesis process, mainly related to protein nonglycosylation. The objective of this study was to investigate whether biodegradable polylactide-co-glycolide (PLGA) membrane is a suitable carrier for E-BMP-2 delivery for bone regeneration of critical-sized defects in rat calvaria. Materials and Methods: First, the osteoinductive effect of E-BMP-2 was confirmed in vitro in mouse bone marrow stromal cells by analysis of osteocalcin mRNA levels, and calcium deposition was detected by alizarin red staining. Before in vivo experiments, the release profile of E-BMP-2 from PLGA membranes was determined by ELISA. E-BMP-2 (0, 1, 5 and 10 μg/μl) was applied for ectopic and orthotopic bone formation and was analyzed by X-ray, micro-CT and histology. Results: Release-profile testing showed that PLGA membrane could retain 94% of the initially applied E-BMP-2. Ectopic bone formation assay revealed that combination of E-BMP-2/PLGA membrane strongly induced bone formation. Stronger osteoinductivity with complete repair of critical-sized defects was observed only with PLGA membranes adsorbed with 5 and 10 μg/μl of E-BMP-2, whereas no bone formation was observed in the groups that received no membrane or 0-μg/μl dose of E-BMP-2. Conclusion: PLGA membrane was shown to be a suitable carrier for sustained release of E-BMP-2, and the E-BMP-2/PLGA membrane combination was demonstrated to be efficient in bone regeneration in a model of critical-sized defects.
KW  - Escherichia coli-derived recombinant human bone morphogenetic protein-2
KW  - Bone regeneration
KW  - Polylactide-co-glycolide
KW  - Ectopic bone formation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196680
SN  - 1422-6405
SN  - 1422-6421
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 198
IS  - 5
SP  - 367
EP  - 376
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schmid, Michael
A1  - Steinlein, Claus
A1  - Feichtinger, Wolfgang
A1  - Haaf, Thomas
A1  - Mijares-Urrutia, Abraham
A1  - Schargel, Walter E.
A1  - Hedges, S. Blair
T1  - Cytogenetic Studies on Gonatodes (Reptilia, Squamata, Sphaerodactylidae)
JF  - Cytogenetic and Genome Research
N2  - Mitotic and meiotic chromosomes of 5 species of the reptile genus Gonatodes are described by means of conventional staining, banding analyses and in situ hybridization using a synthetic telomeric DNA probe. The amount, location and fluorochrome affinities of constitutive heterochromatin, the number and positions of nucleolus organizer regions, and the patterns of telomeric DNA sequences were determined for most of the species. The karyotypes of G. falconensis and G. taniae from northern Venezuela are distinguished by their extraordinarily reduced diploid chromosome number of 2n = 16, which is the lowest value found so far in reptiles. In contrast to most other reptiles, both species have exclusively large biarmed (meta- and submetacentric) chromosomes. Comparison of the karyotypes of G. falconensis and G. taniae with those of other Gonatodes species indicates that the exceptional 2n = 16 karyotype originated by a series of 8 centric fusions. The karyotypes of G. falconensis and G. taniae are further characterized by the presence of considerable amounts of (TTAGGG)<sub>n</sub> telomeric sequences in the centromeric regions of all chromosomes. These are probably not only relics of the centric fusion events, but a component of the highly repetitive DNA in the constitutive heterochromatin of the chromosomes. The genome sizes of 4 Gonatodes species were determined using flow cytometry. For comparative purposes, all previously published cytogenetic data on Gonatodes and other sphaerodactylids are included and discussed.
KW  - banding analyses
KW  - FISH
KW  - geckos
KW  - karyotype evolution
KW  - meiotic chromosomes
KW  - mitotic chromosomes
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196753
SN  - 1424-8581
SN  - 1424-859X
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 144
IS  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schmid, Michael
A1  - Steinlein, Claus
A1  - Feichtinger, Wolfgang
A1  - Bogart, James P.
T1  - Chromosome Banding in Amphibia. XXXI. The Neotropical Anuran Families Centrolenidae and Allophrynidae
JF  - Cytogenetic and Genome Research
N2  - The mitotic chromosomes of 11 species from the anuran families Centrolenidae and Allophrynidae were analyzed by means of conventional staining, banding techniques, and in situ hybridization. The amount, location, and fluorochrome affinities of constitutive heterochromatin, the number and positions of nucleolus organizer regions, and the patterns of telomeric DNA sequences were determined for most of the species. The karyotypes were found to be highly conserved with a low diploid chromosome number of 2n = 20 and morphologically similar chromosomes. The sister group relationship between the Centrolenidae and Allophrynidae (unranked taxon Allocentroleniae) is clearly corroborated by the cytogenetic data. The existence of heteromorphic XY♂/XX♀ sex chromosomes in an initial stage of morphological differentiation was confirmed in Vitreorana antisthenesi. The genome sizes of 4 centrolenid species were determined using flow cytometry. For completeness and for comparative purposes, all previously published cytogenetic data on centrolenids are included.
KW  - Allophrynidae
KW  - Anura
KW  - chromosome evolution
KW  - sex chromosomes
KW  - Centrolenidae
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196763
SN  - 1424-8581
SN  - 1424-859X
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 142
IS  - 4
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hohmann, Cynthia
A1  - Pinart, Mariona
A1  - Tischer, Christina
A1  - Gehring, Ulrike
A1  - Heinrich, Joachim
A1  - Kull, Inger
A1  - Melén, Eric
A1  - Smit, Henriette A.
A1  - Torrent, Maties
A1  - Wijga, Alet H.
A1  - Wickman, Magnus
A1  - Bachert, Claus
A1  - Lødrup Carlsen, Karin C.
A1  - Carlsen, Kai-Håkon
A1  - Bindslev-Jensen, Carsten
A1  - Eller, Esben
A1  - Esplugues, Ana
A1  - Fantini, Maria Pia
A1  - Annesi-Maesano, Isabella
A1  - Momas, Isabelle
A1  - Porta, Daniela
A1  - Vassilaki, Maria
A1  - Waiblinger, Dagmar
A1  - Sunyer, Jordi
A1  - Antó, Josep M.
A1  - Bousquet, Jean
A1  - Keil, Thomas
T1  - The Development of the MeDALL Core Questionnaires for a Harmonized Follow-Up Assessment of Eleven European Birth Cohorts on Asthma and Allergies
JF  - International Archives of Allergy and Immunology
N2  - Background: Numerous birth cohorts have been initiated in the world over the past 30 years using heterogeneous methods to assess the incidence, course and risk factors of asthma and allergies. The aim of the present work is to provide the stepwise proceedings of the development and current version of the harmonized MeDALL-Core Questionnaire (MeDALL-CQ) used prospectively in 11 European birth cohorts. Methods: The harmonization of questions was accomplished in 4 steps: (i) collection of variables from 14 birth cohorts, (ii) consensus on questionnaire items, (iii) translation and back-translation of the harmonized English MeDALL-CQ into 8 other languages and (iv) implementation of the harmonized follow-up. Results: Three harmonized MeDALL-CQs (2 for parents of children aged 4-9 and 14-18, 1 for adolescents aged 14-18) were developed and used for a harmonized follow-up assessment of 11 European birth cohorts on asthma and allergies with over 13,000 children. Conclusions: The harmonized MeDALL follow-up produced more comparable data across different cohorts and countries in Europe and will offer the possibility to verify results of former cohort analyses. Thus, MeDALL can become the starting point to stringently plan, conduct and support future common asthma and allergy research initiatives in Europe.
KW  - harmonization
KW  - MeDALL
KW  - european birth cohorts
KW  - asthma
KW  - allergy
KW  - questionnaire assessment
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-196594
SN  - 1018-2438
SN  - 1423-0097
VL  - 163
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kiesler, Reinhard
T1  - Anja Overbeck / Wolfgang Schweickard / Harald Völker (edd.), Lexikon, Varietät, Philologie: Romanistische Studien. Günter Holtus zum 65. Geburtstag, Berlin, De Gruyter, 2011, XLIV + 824 p.
JF  - Zeitschrift für romanische Philologie
N2  - Kein Abstract verfügbar.
KW  - Rezension
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-195505
SN  - 1865-9063
SN  - 0049-8661
N1  - Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.
VL  - 130
IS  - 4
SP  - 1165
EP  - 1170
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Reber, Elisabeth
T1  - Constructing evidence at Prime Minister's Question Time: An analysis of the grammar, semantics and pragmatics of the verb see
JF  - Intercultural Pragmatics
N2  - Abstract
Constructing evidence constitutes a practice to establish the speaker's authority at Prime Minister's Question Time (PMQT), a weekly half-hour session in the British House of Commons. Here the verb see constitutes a resource for both the questioning Leader of the Opposition (LO) and Members of Parliament (MP) as well as for the responding Prime Minister (PM) to claim first-hand perceptual experience. This paper takes an integrated approach, offering a combined analysis of the grammatical formatting, semantics and pragmatics of the verb see in the context of evidential moves at PMQT. It shows how the verb see is functional in referring to the perceptual basis of a claim made and how its grammatical formatting is reflective of the contingencies of the local interactional context. The analysis is grounded in 32 sessions of PMQT (ca. 16 hrs of video-recordings). The results can be summarised as follows: 1) The evidential function of the verb is achieved through its context-specific grammatical formatting and semantics. 2) The reference to the perceptual basis of a claim evoked by see may co-occur with epistemic qualification and evaluative expressions. 3) The formatting of the verb may be indexical of the political relationship between the questioner and the responding PM.
KW  - parliamentary interaction
KW  - perception
KW  - evidentiality
KW  - epistemic modality
KW  - see
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-195549
SN  - 1613-365X
SN  - 1612-295X
N1  - Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.
VL  - 11
IS  - 3
SP  - 357
EP  - 387
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Karremann, Isabel
T1  - April London.The Cambridge Introduction to the Eighteenth-Century Novel. Cambridge Introductions to Literature. Cambridge: Cambridge University Press, 2012, 260 pp., $ 26.99 pb.
JF  - Anglia
N2  - No abstract available.
KW  - novel
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-195307
SN  - 1865-8938
SN  - 0340-5222
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 132
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gwosdek, Hedwig
T1  - Nicholas Orme. English School Exercises, 1420–1530. Studies and Texts 181. Toronto: Pontifical Institute of Mediaeval Studies, 2013, xi + 441 pp., $ 95.00.
JF  - Anglia
N2  - No abstract available.
KW  - exercise
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-195318
SN  - 1865-8938
SN  - 0340-5222
N1  - This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.
VL  - 132
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Cull, Benjamin
A1  - Lima Prado Godinho, Joseane
A1  - Fernandes Rodrigues, Juliany Cola
A1  - Frank, Benjamin
A1  - Schurigt, Uta
A1  - Williams, Roderick AM
A1  - Coombs, Graham H
A1  - Mottram, Jeremy C
T1  - Glycosome turnover in Leishmania major is mediated by autophagy
JF  - Autophagy
N2  - Autophagy is a central process behind the cellular remodeling that occurs during differentiation of Leishmania, yet the cargo of the protozoan parasite's autophagosome is unknown. We have identified glycosomes, peroxisome-like organelles that uniquely compartmentalize glycolytic and other metabolic enzymes in Leishmania and other kinetoplastid parasitic protozoa, as autophagosome cargo. It has been proposed that the number of glycosomes and their content change during the Leishmania life cycle as a key adaptation to the different environments encountered. Quantification of RFP-SQL-labeled glycosomes showed that promastigotes of L. major possess ~20 glycosomes per cell, whereas amastigotes contain ~10. Glycosome numbers were significantly greater in promastigotes and amastigotes of autophagy-defective L. major Δatg5 mutants, implicating autophagy in glycosome homeostasis and providing a partial explanation for the previously observed growth and virulence defects of these mutants. Use of GFP-ATG8 to label autophagosomes showed glycosomes to be cargo in ~15% of them; glycosome-containing autophagosomes were trafficked to the lysosome for degradation. The number of autophagosomes increased 10-fold during differentiation, yet the percentage of glycosome-containing autophagosomes remained constant. This indicates that increased turnover of glycosomes was due to an overall increase in autophagy, rather than an upregulation of autophagosomes containing this cargo. Mitophagy of the single mitochondrion was not observed in L. major during normal growth or differentiation; however, mitochondrial remnants resulting from stress-induced fragmentation colocalized with autophagosomes and lysosomes, indicating that autophagy is used to recycle these damaged organelles. These data show that autophagy in Leishmania has a central role not only in maintaining cellular homeostasis and recycling damaged organelles but crucially in the adaptation to environmental change through the turnover of glycosomes.
KW  - ATG8
KW  - Leishmania
KW  - TEM
KW  - glycosome
KW  - protozoan parasite
KW  - ATG
KW  - autophagy-related
KW  - GFP
KW  - green fluorescent protein
KW  - MVT
KW  - multivesicular tubule
KW  - RFP
KW  - red fluorescent protein
KW  - transmission electron microscopy
KW  - adaptation
KW  - autophagy
KW  - mC
KW  - mCherry
KW  - fluorescent protein
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150277
VL  - 10
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kuhtz, Juliane
A1  - Schneider, Eberhard
A1  - El Hajj, Nady
A1  - Zimmermann, Lena
A1  - Fust, Olga
A1  - Linek, Bartosz
A1  - Seufert, Rudolf
A1  - Hahn, Thomas
A1  - Schorsch, Martin
A1  - Haaf, Thomas
T1  - Epigenetic heterogeneity of developmentally important genes in human sperm: Implications for assisted reproduction outcome
JF  - Epigenetics
N2  - The molecular basis of male infertility is poorly understood, the majority of cases remaining unsolved. The association of aberrant sperm DNA methylation patterns and compromised semen parameters suggests that disturbances in male germline epigenetic reprogramming contribute to this problem. So far there are only few data on the epigenetic heterogeneity of sperm within a given sample and how to select the best sperm for successful infertility treatment. Limiting dilution bisulfite sequencing of small pools of sperm from fertile donors did not reveal significant differences in the occurrence of abnormal methylation imprints between sperm with and without morphological abnormalities. Intracytoplasmic morphologically selected sperm injection was not associated with an improved epigenetic quality, compared to standard intracytoplasmatic sperm injection. Deep bisulfite sequencing (DBS) of 2 imprinted and 2 pluripotency genes in sperm from men attending a fertility center showed that in both samples with normozoospermia and oligoasthenoteratozoospermia (OAT) the vast majority of sperm alleles was normally (de)methylated and the percentage of epimutations (allele methylation errors) was generally low (<1%). However, DBS allowed one to identify and quantify these rare epimutations with high accuracy. Sperm samples not leading to a pregnancy, in particular in the OAT group, had significantly more epimutations in the paternally methylated GTL2 gene than samples leading to a live birth. All 13 normozoospermic and 13 OAT samples leading to a child had <1% GTL2 epimutations, whereas one (7%) of 14 normozoospermic and 7 (50%) of 14 OAT samples without pregnancy displayed 1–14% GTL2 epimutations.
KW  - ART outcome
KW  - deep bisulfite sequencing
KW  - epigenetic heterogeneity
KW  - GTL2
KW  - sperm DNA methylation
KW  - IMSI
KW  - ICSI
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150261
VL  - 9
IS  - 12
ER  - 
TY  - THES
A1  - Makgotlho, Phuti Edward
T1  - Molecular characterization of the staphylococcal two component system sae and its role in the regulation of the adhesin Eap under SDS stress stimulation
T1  - Die molekulare charakterisierung des zwei komponenten-systems sae in staphylokokken und seiner rolle in der Regulation des Eap adhäsins unter SDS vermittelten stress bedingungen
N2  - The Staphylococcus aureus two component system (TCS) sae governs expression of numerous virulence factors, including Eap (extracellular adherence protein), which in turn among other functions also mediates invasion of host cells. The sae TCS is encoded by the saePQRS operon, with saeS coding for the sensor histidine kinase (SaeS) and saeR encoding the response regulator (SaeR). The saeRS system is preceded by two additional open reading frames (ORFs), saeP and saeQ, which are predicted to encode a lipoprotein (SaeP) and a membrane protein (SaeQ), respectively. Earlier, we have shown that SDS-containing subinhibitory concentrations of biocides (Perform®) and SDS alone activate sae transcription and increase cellular invasiveness in S. aureus strain Newman. The effect is associated with an amino acid exchange in the N-terminus of SaeS (L18P), specific to strain Newman.
 
In this work, the role of whether the two additional genes, saePQ coding for the accessory proteins SaeP and SaeQ, respectively, are involved in SDS-mediated saeRS was investigated. It could demonstrated that the lack of the SaeP protein resulted in an increased saeRS transcription without SDS stress in both SaeSL/P variants, while the SDS effect was less pronounced on sae and eap expression compared to the Newman wildtype, suggesting that the SaeP protein represses the sae system. Also, SDS-mediated inductions of sae and eap transcription along with enhanced invasion were found to be dependent on presence of the SaeSP variant in Newman wildtype. On the other hand, the study also shows that the saePQ region of the sae operon is required for fully functional two-component system saeRS under normal growth conditions, but it is not involved in SDS-mediated activation of the saeS signaling and sae-target class I gene, eap.
 
In the second approach, the study investigates whether SDS-induced sae expression and host cell invasion is common among S. aureus strains not carrying the (L18P) point mutation. To demonstrate this strain Newman, its isogenic saeS mutants, and various S. aureus isolates were analysed for sae, eap expression and cellular invasiveness. Among the strains tested, SDS exposure resulted only in an increase of sae transcription, Eap production and cellular invasiveness in strain Newman wild type and MRSA strain ST239-635/93R, the latter without an increase in Eap. Interestingly, the epidemic community-associated MRSA strain, USA300 LAC showed a biphasic response in sae transcription at different growth stages, which, however, was not accompanied by increased invasiveness. All other clinical isolates investigated displayed a decrease of the parameters tested. While in strain Newman the SDS effect was due to the saeSP allele, this was not the case in strain ST239-635/93R and the biphasic USA300 strains. Also, increased invasiveness of ST239-635/93R was found to be independent of Eap production. Furthermore, to investigate the global effect of SDS on sae target gene expression, strain Newman wild-type and Newman ∆sae were treated with SDS and analyzed for their transcription profiles of sae target genes using microarray assays. We could show that subinhibitory concentrations of SDS upregulate and downregulate gene expression of several signaling pathways involved in biosynthetic, metabolic pathways as well as virulence, host cell adherence, stress reponse and many hypothetical proteins.

In summary, the study sheds light on the role of the upstream region saePQ in SDS-mediated saeRS and eap expression during S. aureus SDS stress. Most importantly, the study also shows that subinhibitory SDS concentrations have pronounced strain-dependent effects on sae transcription and subsequent host cell invasion in S. aureus, with the latter likely to be mediated in some strains by other factors than the known invasin Eap and FnBP proteins. Moreover, there seems to exist more than the saeSP-mediated mechanism for SDS-induced sae transcription in clinical S. aureus isolates. These results help to further understand and clarify virulence and pathogenesis mechanisms and their regulation in S. aureus.
N2  - Das Zwei Komponenten-Systems (TCS) Sae in S. aureus reguliert die Expression einer Vielzahl von Virulenzfaktoren, dazu gehört unter anderem das extrazelluläre Adhärenzprotein Eap, welches neben weiteren Funktionen, die Invasion in eukaryotische Wirtszellen vermittelt. Die Gene des sae TCS sind in einem Operon organisiert (saePQRS), wobei saeS für die sensorische Histidinkinase (SaeS) und saeR für den „Response Regulator“ (SaeR) kodieren. Diesen Genen sind zwei weitere Genabschnitte, saeP und saeQ, vorangestellt, wobei saeP vermutlich für ein Lipoprotein (SaeP) und saeQ für ein Membranprotein (RelQ) kodieren. In einer früheren Arbeit konnten wir zeigen, dass SDS-haltige Biozide (Perform©) unter sub- inhibitorischen Konzentrationen, sowie reines SDS, die sae Transkription aktiviert und dadurch zu einer erhöhten Invasion des S. aureus Stamms Newman in Wirtszellen führt. Dieser Effekt ist assoziiert mit einem spezifischen Aminosäureaustausch im N-terminus von SaeS (L18P) des Stamm Newman.

In dieser Arbeit soll nun die Beteiligung der zwei zusätzlichen Gene, saeP und saeQ, an der SDS vermittelten transkriptionellen Induktion von saeR/S untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass ohne SaeP, die saeR/S Transkription in beiden SaeL/P Varianten erhöht war, wobei eine zusätzliche SDS Behandlung hierfür nicht notwendig war. Im Gegenteil, es zeigte sich, dass der SDS Effekt auf die sae und eap Expression in der saeP Mutante deutlich weniger ausgeprägt ist als im Wildtyp Stamm. Das läßt vermuten, dass das Lipoprotein SaeP repremierend auf das sae System einwirkt. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die SDS vermittelte transkriptionelle Induktion von sae und eap, zusammen mit der erhöhten Invasion, abhängig vom vorhanden sein der SaeSP Variante im Newman Wildtyp Stamm ist. Die Arbeit zeigt, dass die saePQ Region wichtig ist für die vollständige Funktion des Zwei Komponenten Systems SaeRS unter  normalen Wachstumsbedingungen. Jedoch ist  diese Region nicht involviert in der Aktivierung von SaeS, mit SDS als Signalgeber, sowie der darauffolgenden Aktivierung des sae Zielgens eap.

In einem zweiten Ansatz wurde untersucht, ob die SDS induzierte sae Expression und Wirtszellinvasion   auch   häufig   in   S.   aureus   Stämmen   auftritt,   welche   keine   (L18P)
 

Punktmutation besitzen. Dafür wurde Stamm Newman, die isogene saeS Mutante und verschiedene S. aureus Klinikisolate auf ihre sae, eap Expression, sowie zelluläre Invasionsfähigkeit hin analysiert. Von den getesteten Stämmen reagiert nur Wildtyp Stamm Newman und ein MRSA Stamm ST239-635/93R mit gesteigerter sae Transkription, Eap Produktion und zellulärer Invasion. Der MRSA Stamm jedoch ohne erhöhte Eap Produktion. Interessanterweise zeigt der „community- associated“ MRSA Stamm USA300 LAC eine biphasische sae Transkription in verschiedenen Wachstumsphasen, welche jedoch nicht einhergeht mit erhöhter Invasion. Alle anderen Klinikisolate zeigten abnehmende Tendenzen
in den getesteten Parametern. Während im Stamm Newman der SDS Effekt auf das saeSP
Allel zurückzuführen ist, gilt dies nicht für den Stamm ST239-635/93R, sowie den biphasischen Stamm USA300. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die erhöhte Invasion des Stamms ST239-635/93R unabhängig von seiner Eap Produktion ist. Des Weiteren zeigten wir den globalen Effekt von SDS auf die sae Zielgenexpression. Dafür behandelten wir Wildtyp Stamm Newman mit SDS und analysierten die Transkription der sae Zielgene mittels Microarray Analyse. Wir konnten zeigen, dass subinhibitorische SDS Konzentrationen, induzierende als auch repremierende Auswirkungen auf die Genexpression haben. Dabei sind Gene betroffen, die involviert sind in verschiedene Signalwege, Biosynthese/Metabolismus als auch in Virulenz, Wirtzelladhärenz und Stressantwort.

Zusammenfassend gibt die Arbeit Aufschluss über die Rolle der „upstream“ Region saePQ hinsichtlich der SDS-abhängigen saeRS und eap Expression in S. aureus. Am wichtigsten ist hierbei die Erkenntnis, das subinhibitorische SDS Konzentrationen einen deutlichen stammabhängigen Effekt auf die sae Transkription und daraus folgernd auf die Wirtszellinvasion von S. aureus haben. Letzteres wird vermutlich in manchen Stämmen durch andere Faktoren als die bekannten Invasinproteine Eap und FnBP vermittelt. Außerdem scheint es in den klinischen S. aureus Isolaten mehr als nur den saeSP abhängigen Mechanismus der sae Induktion durch SDS zu geben. Diese Ergebnisse helfen uns die Virulenz und pathogenen Mechanismen als auch deren Regulation in S. aureus zu verstehen. Die Beobachtungen tragen zu unserem Verständnis bei, wie das sae System Signale der Umgebung detektieren kann. Dies ist bis jetzt eine Fragestellung mit vielen Unbekannten.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Eap
KW  - Newman strain sae
KW  - virulence
KW  - Cellular invasion
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-149403
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schulze, Daniel
T1  - Josephine Machon. Immersive Theatres: Intimacy and Immediacy in Contemporary Performance. Basingstoke: Palgrave, 2013, xix + 324 pp., € 22,30.
JF  - Journal of Contemporary Drama in English
N2  - No abstract available.
KW  - Rezension
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-194050
SN  - 2195-0164
SN  - 2195-0156
VL  - 2
IS  - 2
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pasquet, Vivian
T1  - Characterization of thioredoxin and glutathione reductase activities of Mesocestoides vogae, a flatworm parasite useful as a laboratory model for the screening of drugs.
T1  - Charakterisierung von Thioredoxin- und Glutathionreduktase Aktivitäten von Mesocestoides vogae, einem parasitären Plattwurm der als Labormodell für die Testung von Arzneistoffen verwendet werden kann
N2  - Flatworm parasites (platyhelminths) cause serious infection diseases in humans, such as schistosomiasis and hydatid disease, mainly prevalent in developing countries. However, the current repertoire of drug armamentarium used to combat flatworm infections is limited. For instance, praziquantel is the only drug available for mass treatment of Schistosoma infections. In contrast to their hosts, flatworm parasites possess a distinct redox arrangement of redox pathways in which the selenoenzyme thioredoxin glutathione reductase (TGR) controls the overall redox homeostasis. Interference with this enzyme leads to parasite death. Hence, this key redox enzyme seems to be a new promising drug target against flatworm infections. 
Because most flatworms are difficult to cultivate in the laboratory (e.g. Echinococcus granulosus experimental infection in mice takes about 10 month to develop into cysts), this work was focused on Mesocestoides vogae (syn. corti), a non-human flatworm parasite which is an interesting laboratory model to study other flatworm infections: it is very rare in humans, can be easily manipulated both in vivo and in vitro and grows extremely fast in mice.  With the aim to assess TGR inhibitors as possible drugs to treat flatworm infections, the thioredoxin and glutathione pathways of M.vogae were studied. Here, the objectives were to study whether the biochemical pathways that maintain the redox homeostasis in M. vogae conform to the general biochemical scenario proposed for other platyhelminth parasites.
Here, it was proven that M. vogae extracts possess both thioredoxin and glutathione reductase activities.  The thioredoxin and glutathione reductase activities were partially purified from total extracts by a combination of ammonium sulfate precipitation, anion exchange and hydroxyapatite chromatography. Both activities co-purified in all steps which strongly indicates the existence of TGR rather than a single TR and GR. Furthermore partially purified activities could be inhibited by the organogold compound auranofin, a known TGR inhibitor. Moreover, the glutathione reductase activity displays hysteresis (a peculiar kinetic behavior) at high concentrations of oxidised glutathione, a feature typical of flatworm TGRs, but not of conventional GR. Although M. vogae activities could not be purified to homogeneity, the overall results strongly indicate that this flatworm possesses TGR and lacks conventional GR and TR. 
Furthermore the thiadiazole WPQ75 and the N-oxide VL16E (a furoxan derivate) were identified as inhibitors of TGR activity of M.vogae at a 10 µM concentration. These inhibitors were able to kill M.vogae larval worms in vitro as well as in experimental infection in mice.
Due to the existence of TGR activity in M.vogae, the possibility to inhibit this activity with recently discovered inhibitors of flatworm TGR and the successes achieved by testing these inhibitors both in vitro and in vivo, it is strongly evident that M. vogae would be an excellent model to assess TGR inhibitors in flatworm infections.
N2  - Charakterisierung von Thioredoxin- und Glutathionreduktase Aktivitäten von Mesocestoides vogae, einem parasitären Plattwurm der als Labormodell für die Testung von Arzneistoffen verwendet werden kann
KW  - Thioredoxin
KW  - Mesocestoides vogae
KW  - Glutathione
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106759
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kaiser, Dorkas
T1  - Termites and ants in BURKINA FASO (WEST AFRICA): taxonomic and functional diversity along land-use gradients; ecosystem services of termites in the traditional ZAÏ SYSTEM
T1  - Termiten und Ameisen in Burkina Faso (West Africa): Taxonomische und funktionelle Diversität entlang Landnutzungs-Gradienten, Ökosystemdienste von Termiten im traditionellen Zai system
N2  - The consequences of habitat change for human well-being are assumed to be especially extreme in Burkina Faso. The country is located in a highly drought-sensitive zone of West Africa, and small‐scale subsistence farmers may be especially affected if losses of biodiversity lead to changes in ecosystem functioning; many depend on more or less degraded lands for agricultural production. 
The overall aim of the present thesis consequently was to characterize the functional traits of soil-organisms which are crucial for a productive and balanced soil environment in the study region – termites and ants. They are true ecosystem engineers whose activity alters the habitat. Through soil-turnover in the course of constructing biogenic structures of varying size and nature (mounds, nests, galleries, soil-sheetings, foraging-holes), they bioturbate huge amounts of soil masses and exert massive effects on soil structure, positively influencing the fertility, stability, aeration and water infiltration rate into soils; and they provide habitats for other species. In sub-Saharan Africa, ants and termites are the only active soil macrofauna during the long dry season; in the sub-Sahel zone of Burkina Faso, termites even represent the only active, quantitatively remarkable decomposers all year round. Since no information was available about the actual diversity of the focal arthropods, I divided the thesis in two main parts: In the first part, a baseline study, I assessed the local termite and ant fauna, and investigated their quantitative and qualitative response to changing habitat parameters resulting from increasing human impact (‘functional response traits’). In the second and applied part, I addressed the impact of the biogenic structures which are important for the restoration of degraded soils (‘functional effect traits’). 
Two traditional agricultural systems characteristic for the study region were selected. Each system represented a land-use intensification gradient comprising four distinct habitats now differing in the magnitude of human intervention but formerly having the same initial state. The first disturbance gradient, the temporal cross-section of a traditional soil water conservation technique to restore degraded heavily encrusted, barren soil named Zaï in Ouahigouya (Yatenga province, sub-Sahel zone); the second disturbance gradient, an agriculture type using crop rotation and fallow as nutrient management techniques near Fada N’Gourma (Gourma province, North-Sudanese zone). 
No standard protocol existed for the assessment of termite and ant diversity in semi-arid (agro-) ecosystems; two widely accepted standard protocols provided the basis for the newly revised and combined rapid assessment protocol ‘RAP’: the ALL protocol for leaf litter ants of Agosti and Alonso (2000), and the transect protocol for termites in tropical forests of Jones and Eggleton (2000). In each study site, three to four replicate transects were conducted during the rainy seasons (2004—2008). 
The RAP-protocol turned out to be very effective to characterize, compare and monitor the taxonomic and functional diversity of termites and ants; between 70% and 90% of the estimated total species richness were collected on all levels (transects, habitats, regions). Together in both regions, 65 ant species (25 genera) and 39 termite species (13 genera) were collected. These findings represent the first records for Burkina Faso. The data indicate a high sensitivity of termites and ants to land-use intensification. The diversity strongly decreased with increasing anthropogenic impact in the North-Sudan region. In total, 53 ant species (23 genera) and 31 termite species (12 genera) were found. Very promising results concerning the recovery potential of the soil-arthropods’ diversity were gathered in the Zaï system. The diversity of both taxa strongly increased with increasing habitat rehabilitation – in total, 41 ant species (16 genera) and 33 termite species (11 genera) were collected. For both taxa significant differences could be noted in the shape of the density variations along the gradient. For instance termites: Fungus-growers showed the greatest adaptability to different management practices. The greatest variations between the habitats were observed in soil and grass-feeding termites. Whole functional groups were missing in heavily impacted habitats, e.g. soil-, grass-, and wood-feeders were absent in the degraded site in the sub-Sahel zone. Several environmental parameters could be identified which significantly explained a great part of the variations in the composition of the arthropods’ communities; they indicate the importance of the habitats’ structural complexity (vegetation structure) and concomitant effects on diurnal temperature and moisture fluctuations, the availability of food sources, and the soil-structure. The diversity of termites in the sub-Sahel region was strongly correlated with the crown-cover percentages, the topsoils’ sand-content, and the availability of litter; in the North-Sudan region with the cumulated woody plant basal area, the topsoils’ clay- and organic matter-content. The parameters identified for ant communities in the Zaï system, were the height of trees, the topsoils’ clay-content and air humidity; in the North-Sudan region the habitats’ crown-cover percentages, the quantity of litter and again the height of trees.
In the second part of the thesis, I first rapidly assessed the (natural) variations in the amount of epigeal soil-structures along the two disturbance gradients in order to judge the relative importance of termites and ants for soil-turnover. The results illustrated impressively that a) in all study sites, termites were the main bioturbators while ant structures were of minor importance for soil turn-over; b) earthworms and grass-feeding termites contributed significantly to soil turn-over in the more humid North-Sudan region; and c) the bioturbated soil mass varied between seasons and years, however, the relative importance of the different taxa seemed to be fairly constant. In the sub-Sahel zone, fungus-growing Odontotermes and Macrotermes species fully take over the important function of bioturbation, leading to the transport of huge amounts of fine-textured soil material to the surface; with increasing habitat restoration, coarse fragments decreased in the upper horizons and became concentrated deeper along the soil profile. 
Consequently, in the applied part, I concentrated on the bioturbation activity of fungus-growing termites in the four main stages of the Zaï system: crusted bare soil (initial stage), millet field, young and old forest. In each of the four Zaï sites nine experimental blocks (each comprising four plots of 1m2) were used to stimulate the foraging activity of fungus-growing termites with different, locally available organic materials (Aristida kerstingii hay, Bombax costatum wooden blocks, compost and a control without any organic amendment). The experiment was conducted twice for the duration of four weeks (rainy season 2005, dry season 2006). The plots were regularly checked and the increase of the area covered by sheetings chronologically followed. After four weeks a) all sheeting-soil was collected, air dried and separately weighed according to the different genera, and b) the foraging-holes were counted and their diameter measured. Additionally, c) ponded water infiltration was measured in selected plots, and d) the physicochemical properties of sheeting-soil were analyzed. In case of complete consumption of the offered hay during the experimental 4-weeks-duration, the same procedure (a, b) was followed before adding new hay to the respective plot. 
The comparison between the different plots, sites and seasons revealed clearly that hay was the most attractive bait; for each gram of hay removed, Odontotermes brought about 12 g soil to the surface, Macrotermes 4 g. Odontotermes was the only genus attracted by organic material to the degraded area, and was therefore the decisive primary physical ecosystem engineer in the Zaï system, initiating the restoration process. The mass of soil bioturbated in the course of foraging increased strongly from the degraded, barren towards the most rehabilitated reforested site. Combining all 36 experimental plots per Zaï stage, Odontotermes bioturbated 31.8 tons of soil per hectare and month dry season in the degraded area, and 32.4 tons ha-1 mon-1 in the millet fields; both genera moved 138.9 tons ha-1 mon-1 in the young and 215.5 tons ha-1 mon-1 in the old Zaï forest. Few comparable figures were found in the literature. In northern Burkina Faso, both genera constructed 20 tons of sheetings ha-1 mon-1 after mulching with a straw-wood mixture (Mando & Miedema 1997), and in Senegal, around 10 tons ha-1 mon-1 were moved in heavily foraged plots (Rouland et al. 2003). Within a site, soil turn-over and the number of foraging holes created was always highest in hay, followed by compost, then by wood and in the end control. The fungus-growers’ foraging-activity was leading to an enormous increase in surface pore space – after one month of induced foraging activity in hay-plots, the median number of foraging-holes increased from 142 m-2 in the degraded site up to 921 m-2 in the old Zaï forest. The creation of subterranean galleries and macropores significantly increased the water infiltration rate by a mean factor 2–4. 
Laboratory analyses revealed that sheeting-soil differed strongly from the respective control soil as well as between the seasons, the food-type covered, and the two genera. Odontotermes-sheetings differed in more parameters than Macrotermes-sheetings, and dry season sheetings differed in more parameters (and more strongly) than rainy season sheetings. In the present study, soil organic matter, carbon and nitrogen contents were significantly increased in all dry season sheetings; in the rainy season mainly in those built on compost. Texture analysis pointed out that both genera used topsoil and soil from deeper horizons in varying mixture ratios, thereby supporting findings of Jouquet et al. (2006).
To summarize, the present thesis contributes to a better understanding of the functional response traits of termites and ants to changing environmental parameters resulting from increasing human impact. The RAP-protocol represents an easy-to-learn and very effective method to representatively characterize, compare and monitor the taxonomic and functional diversity of termites and ants. The experiment has provided conclusive evidence of the importance of the consideration of fungus-growing termites (particularly Odontotermes and Macrotermes species) when aiming to restore infertile, degraded and crusted soils and to maintain a sustainable agricultural production in the Sahel‐Sudanese zone of West Africa.
N2  - Die Folgen von Lebensraumveränderungen für die Lebensqualität der Bevölkerung sind vermutlich besonders extrem in Burkina Faso. Das Land liegt in einem für Dürren sehr anfälligen Gebiet von Westafrika. Die Kleinbauern, welche die Hauptproduzenten für Lebensmittel der Region sind, können besonders betroffen sein, wenn Verluste der biologischen Vielfalt zu Veränderungen in den Ökosystemfunktionen führen, da viele von degradierten Flächen für die landwirtschaftliche Produktion abhängen. 
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war daher, die funktionellen Merkmale derjenigen Bodenorganismen zu charakterisieren, die im Untersuchungsgebiet von entscheidender Bedeutung für ertragreiche und ausgewogene Böden sind: Termiten und Ameisen. Sie sind wahre Ökosystem‐Ingenieure, deren Aktivität den Lebensraum verändert. Durch Bodenumwälzung während des Baus von biogenen Strukturen unterschiedlicher Größe und Natur (Hügel, Nester, unterirdischer Gänge, Schutzschichten aus Erde, sogenannte „soil-sheetings“, Furagierlöcher, etc.) bewegen sie riesige Bodenmassen und haben enorme Auswirkungen auf die Bodenstruktur. Dies wirkt sich wiederrum positiv auf die Bodenfruchtbarkeit, die Stabilität, die Bodenbelüftung und die Wasserinfiltration aus, und bietet so auch Lebensraum für andere Arten. In den afrikanischen Ländern südlich der Sahara sind Ameisen und Termiten die einzige nennenswerte aktive Bodenmakrofauna während des gesamten Jahres. In der Sub-Sahelregion von Burkina Faso sind während der Trockenzeit Termiten die einzigen aktiven Primärzersetzer. Da keine Informationen über den Artenreichtum der Termiten- und Ameisen-Fauna in Burkina Faso vorlagen, setzte ich in der Dissertation zwei Schwerpunkte: Im ersten Teil, einer Grundlagenstudie, erfasste ich die lokale Termiten und Ameisenfauna in verschiedenen Landnutzungssystemen und untersuchte deren quantitative und qualitative Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen, die aus dem zunehmenden Einfluss des Menschen resultieren ("funktionelle Reaktionsmerkmale"). Im zweiten und anwendungsbezogenen Teil befasste ich mich mit dem Einfluss der für die Regeneration degradierter Böden wichtigen biogenen Strukturen ("funktionelle Wirkungsmerkmale").
Es wurden zwei für die Untersuchungsregion typische traditionelle Landwirtschafts-formen ausgewählt. Jede stellte einen Landnutzungsgradienten dar, der vier verschiedene Habitate umfasste, welche sich in der Stärke des anthropogenen Einflusses unterschieden, ursprünglich aber den gleichen Anfangszustand hatten. Der erste Nutzungsgradient in Ouahigouya (Provinz Yatenga, Sub-Sahel-Zone) – namens Zaï – war ein zeitlicher Querschnitt durch eine traditionelle Boden- und Wasserschutztechnik zur Regeneration stark verkrusteter, degradierter Böden. Der zweite Nutzungsgradient nahe der Stadt Fada N’Gourma (Provinz Gourma, Nord-Sudan Region) war ein Landwirtschaftstyp, der Fruchtfolge und Brachzeiten für das Nährstoffmanagement  nutzte. 
Zur Erhebung der Termiten- und Ameisen-Diversität in semi-ariden (Agrar-) Ökosystemen existierte kein Standardprotokoll; zwei international akzeptierte Protokolle bildeten die Grundlage für das neu überarbeitete und kombinierte Protokoll „RAP“ zur schnellen Erhebung der Termiten- und Ameisenfauna: Das ALL-Protokoll für Ameisen der Laubstreuschicht von Agosti and Alonso (2000) und das Transektprotokoll für Termiten in tropischen Wäldern von Jones and Eggleton (2000). In meiner Untersuchung wurden zwischen 2004 und 2008 während der Regenzeit in jedem der Untersuchungsgebiete drei bis vier Transekte abgesammelt.
Das RAP-Protokoll erwies sich als sehr effektive Methode, um die taxonomische und funktionelle Vielfalt von Termiten und Ameisen zu beschreiben, zu vergleichen und zu überwachen. Zwischen 70% und 90% der geschätzten Gesamtartenzahl wurden auf allen Ebenen (Transekte, Lebensräume, Regionen) gesammelt. 
Insgesamt wurden in beiden Regionen 65 Ameisenarten (25 Gattungen) und 39 Termitenarten (13 Gattungen) gesammelt. Dies sind bislang die ersten Nachweise für Burkina Faso. Die Daten weisen auf eine hohe Sensitivität von Termiten und Ameisen gegenüber einer  Landnutzungsintensivierung hin. Mit zunehmendem anthropogenem Einfluss nahm die Artenvielfalt in der Nord-Sudanregion stark zu. Insgesamt wurden 53 Ameisenarten (23 Gattungen) und 31 Termitenarten (12 Gattungen) gefunden. Sehr vielversprechende Ergebnisse wurden bezüglich des Erholungspotenzials der Bodenarthropoden-Diversität im Zaï-System gesammelt; die Vielfalt beider Taxa nahm in mit zunehmender Lebensraumsanierung stark zu: Insgesamt wurden 41 Ameisenarten (16 Gattungen) und 33 Termitenarten (11 Gattungen) dieser Region gefunden. Entlang der Landnutzungsgradienten zeigten sich signifikante Unterschiede im Vorkommen von Termiten und Ameisen. So bewiesen bei Termiten beispielsweise die Pilzzüchter die größte Anpassungsfähigkeit an die unterschiedlichen Bewirtschaftungspraktiken. Die größten Unterschiede zwischen den Lebensräumen wurden bei den boden- und den grasfressenden Termiten beobachtet. In stark vom Menschen beeinflussten Lebensräumen fehlten ganze funktionelle Gruppen, beispielsweise kamen in der degradierten Fläche der Sub-Sahelregion weder Bodenfresser noch Grasfresser oder Holzfresser vor. Mehrere Umweltparameter wurden identifiziert, welche einen großen Teil der Veränderungen in der Zusammensetzung der Arthropoden-Gemeinschaften entlang der Gradienten signifikant erklärten; sie lassen auf eine große Bedeutung der strukturellen Habitat-Komplexität (Vegetationsstruktur) und den damit verbundenen mikroklimatischen Schwankungen (Temperatur- und Feuchtigkeit), der Nahrungsverfügbarkeit und der Bodenstruktur schließen. Die Termitenvielfalt in der Sub-Sahelzone korrelierte stark mit dem Überschirmungsgrad, dem Sandgehalt im Oberboden und der Verfügbarkeit von Streu. Ihre Vielfalt in der Nord-Sudanregion korrelierte stark mit der kumulierten Gehölzpflanzen-Grundfläche, dem Tongehalt und dem organischen Material im Oberboden. Die identifizierten Parameter für die Ameisen-Gemeinschaften im Zaï-System waren die Höhe der Bäume, der Sandgehalt im Oberboden und die Luftfeuchte. Ihre Vielfalt in der Nord-Sudanregion korrelierte stark mit dem Überschirmungsgrad, dem Trockengewicht der verfügbaren Streu und der Baumhöhe.
Um die relative Bedeutung von Termiten und Ameisen für die Bodenumwälzung beurteilen zu können, erfasste ich im zweiten Teil der Arbeit zunächst die natürlichen Schwankungen im Trockengewicht der in jedem Untersuchungsgebiet oberirdisch vorhandenen biogenen Strukturen. 
Die Ergebnisse veranschaulichen eindrucksvoll, dass:
1.	Termiten in allen Untersuchungsgebieten die Hauptumwälzer, Ameisenstrukturen dagegen von untergeordneter Bedeutung für die Bioturbation waren; 
2.	Regenwürmer und grasfressende Termiten in der regenreicheren Nord-Sudanregion wesentlich zur Bodenumwälzung beitrugen; 
3.	die Gesamtmasse der umgewälzten Erde von Jahr zu Jahr schwankte, die relative Bedeutung beider Taxa für die Bioturbation jedoch ziemlich konstant war;
4.	in der Sub-Sahelzone die wichtige Funktion der Bodenumwälzung vollständig von pilzzüchtenden Macrotermes- und Odontotermes-Arten übernommen wird, die zusammen große Mengen von feinkörnigem Bodenmaterial an die Oberfläche transportieren. Dadurch sank mit zunehmender Habitat-Rehabilitation der Gehalt an grobkörnigem Bodenmaterial in den oberen Bodenschichten und reicherte sich zunehmend in den tieferen Horizonten an. 
Im anwendungsbezogen Teil der Arbeit konzentrierte ich mich daher auf die Bioturbationsleistung pilzzüchtender Termiten in den vier Hauptstadien des Zaï-Systems: der degradierten Fläche (Ausgangsstadium der vier Sukzessionsstadien), dem Hirsefeld, dem jungen und dem alten Zaï-Wald. In jedem dieser vier Sukzessionsstadien wurde die Furagiertätigkeit von pilzzüchtenden Termiten folgendermaßen angeregt: Es wurden neun Versuchsblöcke installiert, mit je vier Unterquadraten mit einer Fläche von 1 m2. Drei der Unterquadrate wurde mit unterschiedlichen, lokal verfügbaren organischen Materialien bedeckt (mit Aristida kerstingii Stroh, Bombax costatum Holz, Kompost), eines blieb als Kontrolle ohne organisches Material. Das vierwöchige Experiment wurde zweimal durchgeführt (Regenzeit 2005, Trockenzeit 2006). Dabei wurden die Untersuchungsflächen regelmäßig auf Termitenaktivität überprüft und die Zunahme der “soil-sheetings“ kartiert. 
Nach vier Wochen wurde:
i.	Die gesamte Termitenerde gesammelt, luftgetrocknet und für jede Gattung getrennt gewogen; 
ii.	die Furagierlöcher gezählt und ihr Durchmesser vermessen; 
iii.	in ausgewählten Flächen die Wasserinfiltrationsrate gemessen;
iv.	die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Sheeting-Erde analysiert. 
Sobald das Stroh in einem Unterquadrat abgetragen war, wurde nach den betreffenden Messungen (s. oben i. und ii.) neues aufgebracht. 
Der Vergleich der Ergebnisse beider Durchläufe zeigte deutlich, dass Stroh der attraktivste Köder war. Für jedes Gramm abgetragenes Stroh wurden von Odontotermes etwa 12 g, von Macrotermes etwa 4 g Erde an die Oberfläche gebracht. Odontotermes war die einzige Gattung, die in der degradierten Fläche von organischem Material angelockt wurde. Sie ist damit der entscheidende primäre physikalische Ökosystem-Ingenieur im Zaï-System, der den Restaurierungsprozess anstößt. Mit zunehmender Habitatsanierung nahm die Menge der umgewälzten Erde stark zu: In den 36 Unterquadraten der degradierten Fläche bewegte Odontotermes insgesamt 31,8 Tonnen Erde pro Hektar und Monat Trockenzeit, in denen der Hirsefelder insgesamt 32,4 Tonnen. Beide Gattungen zusammen bewegten im jungen Zaï-Wald insgesamt 138,9 Tonnen, im alten Wald 215,5 Tonnen Erde pro Hektar und Monat Trockenzeit. In jedem Sukzessionsstadium waren sowohl die Bodenumwälzung als auch die Anzahl der Furagierlöcher in den Versuchsflächen mit Stroh am größten, gefolgt von denen mit Kompost, dann denen mit Holz und zuletzt den Kontrollflächen. Die Furagiertätigkeit der pilzzüchtenden Termiten führte zu einer starken Zunahme der Makroporosität des Oberbodens. Nach einem Monat induzierter Fraßaktivität stieg im Mittel die Anzahl der Furagierlöcher pro Quadratmeter von 142 in der degradierten Fläche auf 921 Löcher im alten Zaï Wald. Die bei der Nahrungssuche gegrabenen Gänge und Löcher führten zu einem signifikanten Anstieg der Wasserinfiltrationsrate, im Mittel um den Faktor 2–4. Nur wenige vergleichbare Zahlen konnten in der Literatur gefunden werden. Bei den Untersuchungen von Mando and Miedema (1997) im Norden von Burkina Faso wälzten die beiden Gattungen nach Mulchen mit einem Holz-Stroh-Gemisch Sheetings mit einem Trockengewicht von insgesamt 20 Tonnen je Hektar und Monat Trockenzeit um. Im Senegal wurden in Versuchsflächen mit starker Furagieraktivität rund 10 Tonnen Erde bewegt (Rouland et al. 2003). 
Laboranalysen ergaben, dass sich Sheeting-Erde stark sowohl von der entsprechenden Kontroll-Erde unterschied als auch dem überdeckten Futtertyp und ebenso zwischen den beiden Gattungen. Dabei unterschied sich Sheeting-Erde von Odontotermes in mehr Parametern als Sheeting-Erde von Macrotermes, und Sheetings aus der Trockenzeit unterschieden sich in mehreren Parametern und in stärkerem Maße als Sheetings aus der Regenzeit. Der Gehalt an organischem Material, an Kohlenstoff und Stickstoff war in allen Trockenzeit-Sheetings deutlich erhöht, in der Regenzeit vor allem in Sheetings, die über Kompost gebaut wurden. Die Analyse der Korngrößenverteilung ließ darauf schließen, dass beide Gattungen Erde aus dem Oberboden und aus tieferen Horizonten in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen nutzten. Dies bestätigt Beobachtungen von Jouquet et al. (2006).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die vorliegende Untersuchung zu einem besseren Verständnis der funktionellen Reaktionsmerkmale von Termiten und Ameisen auf sich ändernde Umweltparameter beiträgt, die aus dem zunehmenden Einfluss des Menschen resultieren. Das RAP-Protokoll erwies sich als eine einfach zu erlernende und sehr effektive Methode, um die taxonomische und funktionelle Vielfalt von Termiten und Ameisen in semi-ariden Savannen  und Agrarökosystemen repräsentativ zu charakterisieren, zu vergleichen und zu überwachen. Das Experiment erbrachte schlüssige Beweise für die Bedeutung pilzzüchtender Termiten (insbesondere Odontotermes und Macrotermes-Arten) für die Sanierung vollständig degradierter und verkrusteter Böden, und für eine nachhaltige landwirtschaftliche Produktion in der Sub-Sahelzone in Westafrika.
KW  - Termiten
KW  - termites
KW  - Ameisen
KW  - Biodiversität
KW  - menschlicher Einfluss
KW  - ants
KW  - diversity
KW  - human impact
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107001
ER  - 
TY  - THES
A1  - Koziol, Uriel
T1  - Molecular and developmental characterization of the Echinococcus multilocularis stem cell system
T1  - Molekulare und entwicklungsbiologische Charakterisierung des Echinococcus multilocularis Stammzellsystems
N2  - The metacestode larva of Echinococcus multilocularis is the causative agent of alveolar echinococcosis (AE), one of the most dangerous zoonotic diseases in the Northern Hemisphere. Unlike “typical” metacestode larvae from other tapeworms, it grows as a mass of interconnected vesicles which infiltrates the liver of the intermediate host, continuously forming new vesicles in the periphery. From these vesicles, protoscoleces (the infective form for the definitive host) are generated by asexual budding. It is thought that in E. multilocularis, as in other flatworms, undifferentiated stem cells (so-called germinative cells in cestodes and neoblasts in free-living flatworms) are the sole source of new cells for growth and development. Therefore, this cell population should be of central importance for the progression of AE. 
In this work, I characterized the germinative cells of E. multilocularis, and demonstrate that they are indeed the only proliferating cells in metacestode vesicles. The germinative cells are a population of undifferentiated cells with similar morphology, and express high levels of transcripts of a novel non-autonomous retrotransposon family (ta-TRIMs). Experiments of recovery after hydroxyurea treatment suggest that individual germinative cells have extensive self-renewal capabilities. However, germinative cells also display heterogeneity at the molecular level, since only some of them express conserved homologs of fgfr, nanos and argonaute genes, suggesting the existence of several distinct sub-populations. Unlike free-living flatworms, cestode germinative cells lack chromatoid bodies. Furthermore, piwi and vasa orthologs are absent from the genomes of cestodes, and there is widespread expression of some conserved neoblast markers in E. multilocularis metacestode vesicles. All of these results suggest important differences between the stem cell systems of free-living flatworms and cestodes. 
Furthermore, I describe molecular markers for differentiated cell types, including the nervous system, which allow for the tracing of germinative cell differentiation. Using these molecular markers, a previously undescribed nerve net was discovered in metacestode vesicles. Because the metacestode vesicles are non-motile, and the nerve net of the vesicle is independent of the nervous system of the protoscolex, we propose that it could serve as a neuroendocrine system. By means of bioinformatic analyses, 22 neuropeptide genes were discovered in the E. multilocularis genome. Many of these genes are expressed in metacestode vesicles, as well as in primary cell preparations undergoing complete metacestode regeneration. This suggests a possible role for these genes in metacestode development. In line with this hypothesis, one putative neuropeptide (RGFI-amide) was able to stimulate the proliferation of primary cells at a concentration of 10-7 M, and the corresponding gene was upregulated during metacestode regeneration.
N2  - Das Metazestoden Larvenstadium von Echinococcus multilocularis ist die Ursache für die alveoläre Echinokokkose (AE), eine der gefährlichsten Zoonosen in der nördlichen Hemisphäre. Im Gegensatz zu Metazestoden anderer Bandwürmer wächst es zu einem Labyrinth verknüpfter Vesikel, die in der Peripherie permanent neu gebildet werden und dabei die Leber des Wirts infilitrieren. In diesen Vesikeln werden die Protoskolizes (das infizierende Stadium für den Endwirt) durch asexuelle Knospung aus der Vesikelwand heraus gebildet. Man geht davon aus dass in E. multilocularis, wie in anderen Plattwürmen, undifferenzierte Stammzellen (so gennante „Germinative cells” in Bandwürmern und Neoblasten in Turbellarien) der einzige Ursprung neuer Zellen für Wachstum und Entwicklung sind. Deshalb sollte diese Zellpopulation eine zentrale Rolle im Fortschritt der AE spielen.
In dieser Arbeit habe ich die Germinative cells von E. multilocularis charakterisiert und zeige, dass sie tatsächlich die einzigen sich vermehrenden Zellen in Metazestodenvesikeln sind. Die Germinative cells sind eine Population von undifferenzierten Zellen mit ähnlicher Morphologie, die eine hohe Zahl an Transkripten einer neuen Retrotransposonfamilie (ta-TRIMs) exprimieren.  Experimente nach Behandlung mit Hydroxyurea deuten darauf hin, dass einzelne Germinative cells die Fähigkeit haben sich selbst zu erneuern. Allerdings, zeigen die Germinative cells auch Heterogenität auf molekurarer Ebene, da nur manche von Ihnen konservierte Homologe von fgfr, nanos und argonaute Genen exprimieren, was auf die Existenz eindeutiger Subpopulationen hinweist. Im Gegensatz zu Turbellarien fehlen den Germinative cells von Zestoden “Chromatoid bodies”, weiterhin fehlen dem Genom der Zestoden Orthologe von piwi und vasa und es werden einige Neoblastenmarker in den Metazestodenvesikeln von E. multilocularis umfassend exprimiert. All diese Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede zwischen den Stammzellsystemen von Turbellarien und Zestoden auf.
Ich beschreibe ausserdem molekulare Marker für differenzierte Zelltypen, inklusive solche des Nervensystems. Mit diesen Markern wurde ein Nervennetz in Metazestodenvesikeln endeckt, das bis dato unbeschrieben war.  Da die Vesikel unbeweglich sind und ihr Nervennetz unabhängig vom Nervensystem des Protoscolex ist wird angenommen dass es als Neuroendokrinsystem dient. Mit Hilfe von Genomanalysen wurden 22 Neuropeptidgene im Genom von E. multilocularis entdeckt. Viele von ihnen werden sowohl in Metazestodenvesiklen exprimiert als auch in Primärzellpräparationen, die zu kompletten Vesikeln regenerieren.  Das weist auf eine mögliche Rolle dieser Gene in der Metazestodenentwicklung hin. Einhergehend mit dieser Hypothese war ein putatives Neuropeptid (RGFIamide) in der Lage die Vermehrung von Primärzellen bei einer Konzentration von 10-7 M zu stimulieren, dabei war das korrespondierende Gen während der Metazestodenregeneration hochreguliert.
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Echinococcus multilocularis
KW  - Stammzelle
KW  - Larve
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105040
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sun, Kaipeng
T1  - Six Degrees of Freedom Object Pose Estimation with Fusion Data from a Time-of-flight Camera and a Color Camera
T1  - 6DOF Posenschätzung durch Datenfusion einer Time-of-Flight-Kamera und einer Farbkamera
N2  - Object six Degrees of Freedom (6DOF) pose estimation is a fundamental problem in many practical robotic applications, where the target or an obstacle with a simple or complex shape can move fast in cluttered environments. In this thesis, a 6DOF pose estimation algorithm is developed based on the fused data from a time-of-flight camera and a color camera. The algorithm is divided into two stages, an annealed particle filter based coarse pose estimation stage and a gradient decent based accurate pose optimization stage. In the first stage, each particle is evaluated with sparse representation. In this stage, the large inter-frame motion of the target can be well handled. In the second stage, the range data based conventional Iterative Closest Point is extended by incorporating the target appearance information and used for calculating the accurate pose by refining the coarse estimate from the first stage. For dealing with significant illumination variations during the tracking, spherical harmonic illumination modeling is investigated and integrated into both stages. The robustness and accuracy of the proposed algorithm are demonstrated through experiments on various objects in both indoor and outdoor environments. Moreover, real-time performance can be achieved with graphics processing unit acceleration.
N2  - Die 6DOF Posenschätzung von Objekten ist ein fundamentales Problem in vielen praktischen Robotikanwendungen, bei denen sich ein Ziel- oder Hindernisobjekt, einfacher oder komplexer Form, schnell in einer unstrukturierten schwierigen Umgebung bewegt. In dieser Forschungsarbeit wird zur Lösung des Problem ein 6DOF Posenschätzer entwickelt, der auf der Fusion von Daten einer Time-of-Flight-Kamera und einer Farbkamera beruht. Der Algorithmus ist in zwei Phasen unterteilt, ein Annealed Partikel-Filter bestimmt eine grobe Posenschätzung, welche mittels eines Gradientenverfahrens in einer zweiten Phase optimiert wird. In der ersten Phase wird jeder Partikel mittels sparse represenation ausgewertet, auf diese Weise kann eine große Inter-Frame-Bewegung des Zielobjektes gut behandelt werden. In der zweiten Phase wird die genaue Pose des Zielobjektes mittels des konventionellen, auf Entfernungsdaten beruhenden, Iterative Closest Point-Algorithmus aus der groben Schätzung der ersten Stufe berechnet. Der Algorithmus wurde dabei erweitert, so dass auch Informationen über das äußere Erscheinungsbild des Zielobjektes verwendet werden. Zur Kompensation von signifikanten Beleuchtungsschwankungen während des Trackings, wurde eine Modellierung der Ausleuchtung mittels Kugelflächenfunktionen erforscht und in beide Stufen der Posenschätzung integriert. Die Leistungsfähigkeit, Robustheit und Genauigkeit des entwickelten Algorithmus wurde in Experimenten im Innen- und Außenbereich mit verschiedenen Zielobjekten gezeigt. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Schätzung mit Hilfe von Grafikprozessoren in Echtzeit möglich ist.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 10 
KW  - Mustererkennung
KW  - Maschinelles Sehen
KW  - Sensor
KW  - 3D Vision
KW  - 6DOF Pose Estimation
KW  - Visual Tracking
KW  - Pattern Recognition
KW  - Computer Vision
KW  - 3D Sensor
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105089
SN  - 978-3-923959-97-6
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brüne, Christoph
T1  - HgTe based topological insulators
T1  - HgTe basierte topologische Isolatoren
N2  - Recently a new state of matter was discovered in which the bulk insulating state in a material is accompanied by conducting surface or edge states. This new state of matter can be distinguished from a conventional insulator phase by the topological properties of its band structure which led to the name "topological insulators". Experimentally, topological insulator states are mostly found in systems characterized by a band inversion compared to conventional systems. In most topological insulator systems, this is caused by a combination of energetically close bands and spin orbit coupling. Such properties are found in systems with heavy elements like Hg and Bi. And indeed, the first experimental discovery of a topological insulator succeeded in HgTe quantum wells and later also in BiSb bulk systems.

Topological insulators are of large interest due to their unique properties: In 2-dimensional topological insulators one dimensional edge states form without the need of an external magnetic field (in contrast to the quantum Hall effect). These edge states feature a linear band dispersion, a so called Dirac dispersion. The quantum spin Hall states are helical edge states, which means they consist of counterpropagating oppositely spin polarized edge channels. They are therefore of great potential for spintronic applications as well as building blocks for new more exotic states like Majorana Fermions. 3-dimensional topological insulators feature 2-dimensional surface states with only one Dirac band (also called Dirac cone) on each surface and an interesting spin texture where spin and momentum are locked perpendicular to each other in the surface plane. This unique surface band structure is predicted to be able to host several exotic states like e.g. Majorana Fermions (in combination with superconductors) and magnetic monopole like excitations.

This PhD thesis will summarize the discovery of topological insulators and highlights the developments on their experimental observations. The work focuses on HgTe which is up to now the only topological insulator material where the expected properties are unambiguously demonstrated in transport experiments. In HgTe, the topological insulator properties arise from the inversion of the Gamma_6 and Gamma_8 bands. The band inversion in HgTe is due to a combination of a high spin orbit splitting in Te and large energy corrections (due to the mass-velocity term) to the energy levels in Hg. Bulk HgTe, however, is a semimetal, which means for the conversion into a topological insulator a band gap has to be opened. In two dimensions (HgTe quantum well structures) this is achieved via quantum confinement, which opens a band gap between the quantum well subbands. In three dimensions, strain is used to lift the degeneracy of the semimetallic Gamma_8 bands opening up a band gap.

The thesis is structured as follows:

- The first chapter of this thesis will give a brief overview on discoveries in the field of topological insulators. It focuses on works relevant to experimental results presented in the following chapters. This includes a short outline of the early predictions and a summary of important results concerning 2-dimensional topological insulators while the final section discusses observations concerning 3-dimensional topological insulators.

- The discovery of the quantum spin Hall effect in HgTe marked the first experimental observation of a topological insulator. Chapter 2 will focus on HgTe quantum wells and the quantum spin Hall effect.

Above a critical thickness, HgTe quantum wells are predicted to host the quantum spin Hall state, the signature of a 2-dimensional topological insulator. HgTe quantum wells exhibiting low carrier concentrations and at the same time high carrier mobilities are required to be able to measure the quantum spin Hall effect. The growth of such high quality HgTe quantum wells was one of the major goals for this work. Continuous optimization of the substrate preparation and growth conditions resulted in controlled carrier densities down to a few 10^10 cm^-2. At the same time, carrier mobilities exceeding 1 x 10^6 cm^2/Vs have been achieved, which provides mean free paths of several micrometers in the material. Thus the first experimental evidence for the existence of the quantum spin Hall edge states succeeded in transport experiments on microstructures: When the Fermi energy was located in the bulk band gap a residual quantized resistance of 2e^2/h was found. Further experiments focused on investigating the nature of transport in this regime. By non-local measurements the edge state character could be established. The measured non-local resistances corresponded well with predictions from the Landauer-Büttiker theory applied to transport in helical edge channels.

In a final set of experiments the spin polarization of the edge channels was investigated. Here, we could make use of the advantage that HgTe quantum well structures exhibit a large Rashba spin orbit splitting. In systems with a large Rashba spin orbit splitting a spin accumulation is expected to occur at the edge of the sample perpendicular to a current flow. This so-called spin Hall effect was then used as a spin injector and detector. Using split gate devices it was possible to bring spin Hall and quantum spin Hall state into direct contact, which enabled an all electrical detection of the spin polarization of the quantum spin Hall edge channels.

- HgTe as a 3-dimensional topological insulator will be presented in chapter 3. Straining the HgTe layer enables the observation of topological insulator behavior. It was found that strain can be easily implemented during growth by using CdTe substrates. CdTe has a slightly larger lattice constant than HgTe and therefore leads to tensile strain in the HgTe layer as long as the growth is pseudomorphic. Magnetotransport studies showed the emergence of quantum Hall transport with characteristic signatures of a Dirac type bandstructure. Thus, this result marks the first observation of the quantum Hall effect in the surface states of a 3-dimensional topological insulator.

Transport experiments on samples fitted with a top gate enabled the identification of contributions from individual surfaces. Furthermore, the surface state quantum Hall effect was found to be surprisingly stable, perturbations due to additional bulk transport could not be found, even at high carrier densities of the system.

- Chapters 4 - 6 serve as in depth overviews of selected works: Chapter 4 presents a detailed overview on the all electrical detection of the spin Hall effect in HgTe quantum wells. The detection of the spin polarization of the quantum spin Hall effect is shown in chapter 5 and chapter 6 gives a detailed overview on the quantum Hall effect originating from the topological surface state in strained bulk HgTe.

The investigations discussed in this thesis pioneered the experimental work on the transport properties of topological insulator systems. The understanding of the fundamental properties of topological insulators enables new experiments in which e.g. the inclusion of magnetic dopants or the interplay between topological insulator and superconductors can be investigated in detail.
N2  - Vor kurzem wurde entdeckt, dass Festkörper einen bisher unbekannten Zustand einnehmen können in welchem das Innere des Körpers isolierend ist während Oberflächen bzw. Ränder leitend bleiben. Materialien, die diese Eigenschaften aufweisen, werden "topologische Isolatoren" genannt, da ihre besonderen Eigenschaften auf eine gegenüber von konventionellen Materialien veränderten Topologie zurückgeführt werden kann. Die große Mehrheit an Materialien, in denen topologische Isolatorzustände gefunden wurden, zeichnen sich durch eine veränderte Abfolge der Energiebänder, im Vergleich mit gewöhnlichen Isolatoren, aus. Diese veränderte Anordnung der Bänder resultiert in den meisten Fällen aus einem Zusammenwirken von energetisch nahe zusammenliegenden Bändern und Spin-Bahn Wechselwirkung. Aus diesem Grund wurden Topologische Isolatoren bisher vor allem in Materialien gefunden, die schwere Elementen wie Hg und Bi enthalten: Erstmals experimentell nachgewiesen wurde die Existenz von topologischen Isolatoren an HgTe Quantentrögen und später auch in BiSb Volumensystemen.

 

Topologische Isolatoren sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften von großem Interesse: 2-dimensionale topologische Isolatoren sind durch das Auftreten eindimensionaler Randzustände gekennzeichnet, ohne dass hierfür ein Magnetfeld nötig wäre (im Gegensatz zum Quanten-Hall-Effekt). Diese sogenannten helikalen Randzustände sind gegenläufige und entgegengesetzt spin-polarisierte Randzustände, wodurch sie besonders für spintronische Anwendungen interessant sind. Des Weiteren sind sie auch potenzielle Bausteine zur Verwirklichung weiterer exotischer Zustände wie zum Beispiel Majorana Fermionen. 3-dimensionale topologische Isolatoren zeichnen sich durch das Auftreten von 2-dimensionalen Oberflächenzuständen aus. Diese Oberflächenzustände haben eine Dirac-Bandstruktur mit einer besonderen Spin-Textur in der Spin und Impuls rechtwinklig zueinander stehen (beide in der Oberfächenebene). Diese besondere Bandstruktur sollte es ermöglichen in diesen Materialen exotische Zustände zu entdecken wie zum Beispiel Majorana Fermionen (im Zusammenspiel mit Supraleitern) oder Anregungen, die magnetischen Monopolen gleichen.

 

Diese Doktorarbeit wird die Entdeckung topologischer Isolatoren sowie Entwicklungen die im Bereich der experimentellen Untersuchung stattfanden vorstellen. Im Besonderen wird sich diese Arbeit auf das Materialsystem HgTe konzentrieren, dem einzigen Materialsystem in dem es bisher gelungen ist topologische Isolatoreigenschaften eindeutig in Transportstudien nachzuweisen. Die topologischen Isolatoreigenschaften von HgTe entstehen durch die Inversion der Gamma_6 und Gamma_8 Bänder. Diese Inversion wird durch die starke Spin-Bahn-Wechselwirkung in Te und durch die großen relativistischen Korrekturen der Energiepositionen der Bänder in Hg erzeugt. Da HgTe im Volumenmaterial allerdings semimetallisch ist, muss zur Beobachtung von topologischen Isolatoreigenschaften eine Bandlücke geöffnet werden. Im 2-dimensionalen Zustand (HgTe Quantentröge) geschieht dies durch das quantenmechanische Confinement, wodurch eine Bandlücke zwischen den Subbändern des Quantentrogs geöffnet wird. In 3-dimensionalen topologischen Isolatoren kann eine Bandlücke durch das Verspannen der HgTe Schicht gebildet werden, da in diesem Fall die Entartung der Gamma_8 Bänder aufgehoben wird.

Diese Doktorarbeit ist wie folgt gegliedert:

 

-        Im ersten Kapitel wird eine kurze Übersicht über Entdeckungen und Entwicklungen im Bereich topologischer Isolatoren gegeben mit besonderem Fokus auf Arbeiten mit Relevanz zu den in den weiteren Kapiteln vorgestellten Ergebnissen. Die Übersicht beginnt mit einem kurzen Überblick über die ersten Voraussagen, die zur Entdeckung von topologischen Isolatoren und zum Verständnis dieses neuen Zustandes geführt haben. Im Weiteren wird eine kurze Übersicht über wichtige Ergebnisse im Bereich der 2- und 3-dimensionalen topologischen Isolatoren gegeben.

 

-         Die Entdeckung des Quanten-Spin-Hall-Effekts in HgTe markiert auch gleichzeitig den ersten experimentellen Nachweis der Existenz topologischer Isolatoren. Kapitel 2 wird daher Eigenschaften von HgTe Quantentrögen und den Quanten-Spin-Hall-Effekt behandeln.

 

Die Existenz des Quanten-Spin-Hall-Effekts, das charakteristische Merkmal 2-dimensionaler topologischer Isolatoren, wurde für HgTe Quantentröge oberhalb einer kritischen Dicke vorausgesagt. Der experimentelle Nachweis dieses Effekts setzt voraus, dass die zu vermessenden Quantentröge über eine möglichst geringe Ladungsträgerdichte und gleichzeitig hohe Ladungsträgerbeweglichkeit verfügen. Das Wachstum von Quantentrögen mit diesen Eigenschaften war eine der Hauptaufgaben, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden. Durch diese Anstrengungen ist es mittlerweile möglich Quantentröge mit intrinsischen Ladungsträgerdichten weit unterhalb von 1x 10^11 cm^-2 bis in den mittleren 10^12 cm^-2 Bereich herzustellen, während die Ladungsträgerbeweglichkeiten 1x 10^6 cm^2/Vs überschreiten können. Dies ermöglicht ballistischen Transport über mehrere Mikrometer in solchen Proben.

 

Es wurden Transportexperimente an solch hoch qualitativen Quantentrögen durchgeführt um den Quanten-Spin-Hall-Effekt experimentell nachweisen zu können. Dies führte zur Entdeckung erster experimenteller Beweise für die Existenz des Effekts bei Transportuntersuchungen an Mikrostrukturen. Befand sich das Fermi-Level in diesen Strukturen innerhalb der Energielücke zwischen Leitungs- und Valenzband wurde eine endliche Leitfähigkeit von circa 2e^2/h gemessen. Dies entspricht dem erwarteten Wert für elektrischen Transport in einem System mit zwei Randkanälen. In einer nachfolgenden Serie von Experimenten wurde nachgewiesen, dass der elektrische Transport in der Tat durch Randkanäle stattfindet. Zu diesem Zweck wurden nicht-lokale Transportmessungen durchgeführt, in denen erfolgreich untersucht wurde, ob die Resultate für Transport in verschiedenen nicht-lokalen Probengeometrien mit den Ergebnissen übereinstimmen, die im Rahmen des Landauer-Büttiker Formalismus, angewandt auf helikale Randzustände, erwartet werden. Im Weiteren wurde auch die Spinpolarisierung der Randzustände untersucht. Ermöglicht wurde dies durch die Nutzung des Spin-Hall-Effekts, mit dessen Hilfe Spininjektion und Spindetektion in die Randkanäle möglich ist. Der Spin-Hall-Effekt beschreibt das Auftreten von Spinströmen in Systemen mit starker Spin-Bahn-Kopplung, die sich senkrecht zum elektrischen Strom ausbreiten. In HgTe Quantentrögen konnte dieser Effekt durch ein rein elektrisches Experiment für Transport im metallischen Bereich nachgewiesen werden. Im Weiteren wurde dieser Effekt dann in weiteren nicht-lokalen Experimenten genutzt um die Spinpolarisierung der Randkanäle nachzuweisen.

              

-         Kapitel 3 stellt die 3-dimensionalen topologischen Isolatoreigenschaften von HgTe vor. Wie bereits erwähnt ermöglicht die Nutzung von verspannten HgTe Schichten die Beobachtung von 3-dimensionalen topologischen Isolatorverhalten in HgTe Volumenmaterial. Wie sich im Rahmen dieser Arbeit herausstellte, kann Verspannung in diesen Schichten sehr einfach durch das pseudomorphe Wachstum auf gitter-fehlangepassten CdTe Substraten realisiert werden. CdTe hat eine größere Gitterkonstante als HgTe und erzeugt daher tensile Verspannung in den gewachsenen HgTe Schichten. In den so erhaltenen Schichten wurde bei Magnetotransportmessungen der Quanten-Hall-Effekt beobachtet. Des Weiteren zeigte sich, dass der Quanten-Hall-Effekt in diesen Schichten charakteristische Merkmale für Dirac-Bandstrukturen aufweist. Dies bedeutet, dass auf diese Weise zum ersten Mal der Quanten-Hall-Effekt in den Oberflächenzuständen eines 3-dimensionalen topologischen Isolators detektiert werden konnte.

 

In weiteren Transportexperimenten wurde der Einfluss einer über der Struktur angebrachten Gateelektrode untersucht. Hierdurch wurde die Identifizierung von Beiträgen der einzelnen Oberflächen zum Transport möglich. Zudem stellte sich heraus, dass der Oberflächen-Quanten-Hall-Effekt sehr stabil ist und keine Anzeichen von einsetzendem Volumentransport sichtbar sind, selbst bei sehr hohen Gesamtladungsträgerdichten der Proben.

              

-         In den Kapiteln 4 - 6 werden einige ausgewählte Arbeiten detailiert dargestellt: Kapitel 4 behandelt die rein-elektronische Detektion des Spin-Hall-Effekts in HgTe Quantentrögen genauer, während Kapitel 5 die Messung der Spinpolarization der Quanten-Spin-Hall-Kanäle detailiert vorstellt. In Kapitel 6 wird der Quanten-Hall-Effekt in den topologischen Oberflächenzuständen von verspanntem bulk HgTe beleuchtet.

              

 

Die in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen waren Wegbereiter im Bereich der experimentellen Arbeiten, die sich mit den Transporteigenschaften topologischer Isolatoren beschäftigen. Das hierdurch gewonnene Verständnis für die fundamentalen Eigenschaften von topologischen Isolatoren ermöglicht viele weiterführende Experimente, zum Beispiel durch die Untersuchung des Einflusses von magnetischer Dotierung in topologischen Isolatoren oder deren Zusammenspiel mit Supraleitern.
KW  - Topologischer Isolator
KW  - topological insulator
KW  - quantum transport
KW  - HgTe
KW  - quantum spin Hall effect
KW  - molecular beam epitaxy
KW  - Quecksilbertellurid
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105127
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hertlein, Tobias
T1  - Visualization of Staphylococcus aureus infections and antibiotic therapy by bioluminescence and 19F magnetic resonance imaging with perfluorocarbon emulsions
T1  - Darstellung von Staphylococcus aureus Infektionen und Antibiotikatherapie durch Biolumineszenzbildgebung und 19F-Kernspintomografie mit Perfluorcarbon-Emulsionen
N2  - Staphylococcus aureus is a major threat to public health systems all over the globe. This second most cause of nosocomial infections is able to provoke a wide variety of different types of infection in humans and animals, ranging from superficial skin and skin structure infections to invasive disease like sepsis or pneumonia. But not enough, this pathogen is also notorious in acquiring and/or developing resistance to antimicrobial compounds, thus limiting available treatment options severely. Therefore, development of new compounds and strategies to fight S. aureus is of paramount importance. But since only 1 out of 5 compounds, which entered clinical trials, becomes a drug, the preclinical evaluation of promising compounds has to be reconsidered, too. The aim of this thesis was to address both sides of this problem: first, to improve preclinical testing by incorporating in vivo imaging technologies to the preclinical testing procedure in order to acquire additional and clearer data about efficacy of promising compounds and second, by evaluating lysostaphin, which is a promising, new option to fight S. aureus infections.
The first aim of this thesis focused on the establishment of a dual modality in vivo imaging platform, consisting of Bioluminescence Imaging (BLI) and Magnetic Resonance Imaging (MRI), to offer detailed insights into the course and gravity of S. aureus infection in the murine thigh infection model. Since luciferase-expressing S. aureus strains were generated in former studies and enabled thus bioluminescence imaging of bacterial infection, this technology should be implemented into the compound evaluation platform in order to non-invasively track the bacterial burden over time. MRI, in contrast, was only rarely used in earlier studies to visualize and measure the course of infection or efficacy of anti-bacterial therapy. Thus, the first set of experiments was performed to identify benefits and drawbacks of visualizing S. aureus infections in the mouse model by different MR methods. Native, proton-based MR imaging showed in this regard increased T2 relaxation times in the infected thigh muscles, but it was not possible to define a clear border between infected and uninfected tissue. Iron oxide nanoparticles and perfluorocarbon emulsions, two MR contrast agents or tracer, in contrast, offered this distinction. Iron oxide particles were detected in this regard by their distortion of 1H signal in proton-based MRI, while perfluorocarbon emulsion was identified by 19F MRI. Mammals do not harbor sufficient intrinsic amounts of 19F to deliver specific signal and therefore, 19F MR imaging visualizes only the signal of administered perfluorocarbon emulsion. The in vivo accumulation of perfluorocarbon emulsion can be imaged by 19F MRI and overlayed on a simultaneously acquired 1H MR image, which shows the anatomical context in clear detail. Since this is advantageous compared to contrast agent based MR methods like iron oxide particle-based MRI, further experiments were performed with perfluorocarbon emulsions and 19F MRI.
Experimental studies to elucidate the accumulation of perfluorocarbon emulsion at the site of infection showed robust 19F MR signals after administration between day 2 and at least day 8 p.i.. Perfluorocarbon emulsion accumulated in all investigated mice in the shape of a ‘hollow sphere’ at the rim of the abscess area and the signal remained stable as long as the infection prevailed. In order to identify the mechanism of accumulation, flow cytometry, cell sorting and histology studies were performed. Flow cytometry and cell sorting analysis of immune cells at the site of infection showed that neutrophils, monocytes, macrophages and dendritic cells carried contrast media at the site of infection with neutrophils accounting for the overwhelming portion of perfluorocarbon signal. In general, most of the signal was associated with immune cells, thus indicating specific immune cell dependent accumulation. Histology supported this observation since perfluorocarbon emulsion related fluorescence could only be visualized in close proximity to immune cell nuclei.
After establishing and testing of 19F MRI with perfluorocarbon emulsions as infection imaging modality, the effects of antibiotic therapy upon MR signal was investigated in order to evaluate the capability of this modality for preclinical testing procedure. Thus, the efficacy of vancomycin and linezolid, two clinically highly relevant anti - S. aureus compounds, were tested in the murine thigh infection model. Both of them showed reduction of the colony forming units and bioluminescence signal, but also of perfluorocarbon emulsion accumulation strength and volume at the site of infection, which was visualized and quantified by 19F MRI. The efficacy pattern with linezolid being more efficient in clearing bacterial infection was shown similarly by all three methods. In consequence, 19F MRI with perfluorocarbon emulsion as MR tracer proved to be capable to visualize antibacterial therapy in preclinical testing models.
The next step was consequently to evaluate a promising new compound against S. aureus infections. Thus, lysostaphin, an endo-peptidase that cleaves the cell wall of S. aureus, was tested in different concentrations alone or in combination with oxacillin for efficacy in murine thigh and catheter associated infection models. Lysostaphin only in the concentration of 5 mg/kg body weight or combined with oxacillin in the concentration of 2 mg/kg showed strong reduction of bacterial burden by colony forming unit determination and bioluminescence imaging in both models. The perfluorocarbon accumulation was investigated in the thigh infection model by 19F MRI and was strongly reduced in terms of volume and signal strength in both above-mentioned groups. In general, lysostaphin showed comparable or superior efficacy than vancomycin or oxacillin alone. Therefore, further development of lysostaphin for the treatment of S. aureus infections is recommended by these experiments. Overall, the antibiotic efficacy pattern of all applied antibiotic regimens was similar with all three applied methods, demonstrating the usefulness of MRI for antibiotic efficacy testing. Importantly, treatment with oxacillin either alone or in combination with lysostaphin resulted in stronger perfluorocarbon emulsion accumulation at the site of infection than expected compared to the results from bioluminescence imaging and colony forming unit determination. This might be an indication for immunomodulatory properties of oxacillin.
Further murine infection experiments demonstrated in this context a differential release of cytokine and chemokines in the infected thigh muscle in dependence of the applied antibacterial therapy. Especially treatment with oxacillin, but to a less degree with minocycline or linezolid, too, exhibited high levels of various cytokines and chemokines, although they reduced the bacterial burden efficiently. In consequence, possible immunomodulatory effects of antibacterial compounds have to be taken into account for future applications of imaging platforms relying on the visualization of the immune response. However, this observation opens a new field for these imaging modalities since it might be extraordinary interesting to study the immunomodulatory effects of compounds or even bacterial factors in vivo. And finally, a two modality imaging platform which combines methods to visualize on the one hand the bacterial burden and on the other hand the immune response offers an innovative, new platform to study host-pathogen interaction in vivo in a non-invasive fashion.
In summary, it could be shown that perfluorocarbon emulsions accumulate in immune cells at the site of infection in the murine S. aureus thigh infection model. The accumulation pattern shapes a ‘hollow sphere’ at the rim of the abscess area and its size and perfluorocarbon content is dependent on the severity of disease and/or efficacy of antibiotic therapy. Thus, 19F MRI with perfluorocarbon emulsions is a useful imaging modality to visualize sites and course of infection as well as to evaluate promising antibacterial drug candidates. Furthermore, since the accumulation of tracer depends on immune cells, it might be additionally interesting for studies regarding the immune response to infections, auto-immune diseases or cancer, but also to investigate the efficacy of immunomodulatory compounds and immunization.
N2  - Staphylococcus aureus ist als zweithäufigste Ursache nosokomialer Infektionen eine ernste Bedrohung für Gesundheitssysteme weltweit. Dieses Pathogen ist in der Lage eine Vielzahl verschiedener Krankheitsformen, von oberflächlichen Wund- und Gewebsinfektionen bis hin zu invasiven Erkrankungen wie Bakteriämie oder Pneumonie, in Mensch und Tier zu verursachen. Zudem erwies sich dieser Krankheitserreger in der Vergangenheit als höchst anpassungsfähig durch den Erwerb oder die Entwicklung von Resistenzen gegenüber antibakterieller Substanzen, wodurch die Verfügbarkeit wirksamer Therapiemöglichkeiten drastisch eingeschränkt wurde. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer Antibiotika und Behandlungsstrategien gegen S. aureus Infektionen von enormem gesellschaftlichem Interesse. Da aber lediglich eine von fünf Substanzen, die in klinische Studien eintreten, später als Medikament zugelassen wird, sollte die präklinische Evaluierung neuer, vielversprechender Therapeutika ebenso verbessert und überdacht werden. Diese Doktorarbeit addressiert in diesem Zusammenhang beide Facetten: zum einen wurde durch Einbeziehung von in vivo Bildgebungstechnologien ein deutlicheres Bild von der Effizienz neuer Substanzen während der präklinischen Evaluierung ermöglicht, zum anderen wurde mit Lysostaphin eine neuartige Substanzklasse zur Behandlung von S. aureus Infektionen getestet.
Primärziel dieser Arbeit war deshalb die Entwicklung und Etablierung einer dualen Bildgebungsplattform bestehend aus Biolumineszenz- (BLI) und Kernspintomografischer (MRI) Bildgebung, um detaillierte Einblicke in Verlauf und Schwere von S. aureus Infektionen im Muskelinfektionsmodell der Maus zu ermöglichen. Die Biolumineszenzbildgebung bakterieller Infektionen wurde durch die Entwicklung von Luziferase-exprimierenden S. aureus Stämmen bereits in früheren Arbeiten ermöglicht und wurde in die Bildgebungsplatform integriert, um die Entwicklung der Bakterienlast nicht-invasiv verfolgen zu können. Kernspintomografie wurde in früheren Arbeiten hingegen kaum zur Darstellung der Effizienz anti-bakterieller Therapien während der Präklinik verwendet. Aus diesem Grund dienten die ersten Experimente zur Erkennung von Vor- und Nachteilen der Darstellung von S. aureus Infektionen im Tiermodell durch verschiedene Kernspintomografische Bildgebungsmethoden. Native, Protonen-basierte Kernspintomografie wies verlängerte T2 Relaxationszeiten im infizierten Muskelgewebe nach, doch eine klare Eingrenzung des infizierten Bereiches war nicht möglich. Die Anwendung von Eisenoxid und Perfluorcarbon Nanopartikeln, zwei Kontrastmittel zur Kernspintomografie, ermöglichte ebendiese. Eisenoxid Nanopartikel wurden durch ihren Signalstöreffekt auf das MR Protonensignal detektiert, während Perfluorcarbon Emulsionen durch 19F basierte Kernspintomografie nachgewiesen wurden. Säugetiere verfügen nicht über ausreichende Mengen von 19F Atomen, um ein spezifisches Signal zu liefern, weshalb 19F Kernspintomografie lediglich applizierte Perfluorcarbon Emulsion in vivo abbilden kann. Dieses Bild kann dann über ein zugleich aufgenommenes Protonen MR Bild gelegt werden, wodurch die Akkumulation des Kontrastmittels im Detail in anatomischer Umgebung dargestellt werden kann. Da es sich hierbei um einen Vorteil gegenüber anderen Kontrastmittel-basierten MR Bildgebungsmethoden wie Eisenoxid Nanopartikel gestützter Kernspintomografie handelt, wurden nachfolgende Experimente mit Perfluorcarbon Emulsionen durchgeführt. Studien zur Bildgebung der Perfluorcarbon Akkumulation am Infektionsherd des Muskelabszessmodels von S. aureus in der Maus zeigten deutliches 19F MR Signal nach Gabe zwischen Tag 2 und Tag 8 p.i.. In allen untersuchten Tieren zeigte sich eine Ansammlung des Kontrastmittels in Form einer Hohlkugel um den Abszessbereich, wobei das Signal während der gesamten Infektion stabil war. Um den Akkumulationsmechanismus zu identifizieren, wurden Durchflusszytometrie-, Zellseparations- und histologische Experimente durchgeführt. In diesem Zusammenhang erwiesen sich Neutrophile, Makrophagen, Monozyten und Dendritische Zellen als Perfluorcarbon-tragende Immunzelltypen, wobei das Gros an Kontrastmittel in Neutrophilen nachgewiesen werden konnte. Im Allgemeinen war der Großteil des Perfluorcarbonsignals mit Immunzellen assoziert, weshalb eine spezifische Immunzell-abhängige Akkumulation wahrscheinlich erscheint. Die histologischen Untersuchungen stützten diese Beobachtung, da die Kontrastmittel assoziierten Fluoreszenzmarker nur in der Nähe von Immunzellnuclei gefunden werden konnten.
Die Etablierung von 19F Kernspintomografie mit Perfluorcarbon Emulsionen als Infektionsbildgebungsmethode ermöglichte im nächsten Schritt die Untersuchung von antibakterieller Therapie auf das MR Signal, um die Eignung dieser Methode für die Präklinik zu evaluieren. Deshalb wurden die Wirksamkeit von Vancomycin und Linezolid, zweier klinisch höchst relevanter Antibiotika zur Behandlung von S. aureus Infektionen, im Muskelabszessmodel der Maus untersucht. Beide erwiesen sich als effizient in der Verringerung der bakteriellen Last im infizierten Muskel und des Bakterien-Biolumineszenzsignals, aber auch bei der Reduktion der Stärke und des Volumens der Perfluorcarbon Akkumulation am Infektionsherd, die durch 19F Kernspintomografie dargestellt und vermessen wurde. Alle drei Methoden zeigten dabei das gleiche Effizienzmuster nach dem Linezolid wirksamer bei der Bekämpfung der Infektion war. Folglich erwies sich 19F Kernspintomografie mit Perfluorcarbon Emulsionen als effektiv um den antibakteriellen Effekt von Antibiotika in präklinischen Modellen zu untersuchen.
Konsequenterweise wurde im nächsten Schritt eine neuartige Substanz zur Behandlung von S. aureus Infektionen mit Hilfe der Bildgebungsplattform untersucht: Lyostaphin. Diese Endopeptidase schneidet spezifisch die Zellwand von S. aureus und wurde in verschiedenen Konzentrationen oder in Kombination mit Oxacillin im Muskelabszess- oder Katheterinfektionsmodell der Maus gestestet. Lysostaphin in der Konzentration von 5 mg/kg Körpergewicht (Maus) oder Lysostaphin in der Konzentration von 2 mg/kg in Kombination mit Oxacillin führten zu einer starken Verringerung der Bakterienlast und des Biolumineszenzsignals in beiden Modellen. Die Ansammlung von Perfluorcarbon Kontrastmittel war zudem in diesen beiden Gruppen stark reduziert im Vergleich zur Negativkontrolle und den mit Vancomycin und Oxacillin behandelten Tieren. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass Lysostaphin eine vergleichbare oder bessere Wirksamkeit als Vancomycin oder Oxacillin alleine lieferte. Aus diesem Grund scheint eine Weiterentwicklung dieser Substanz zur Behandlung von S. aureus empfohlen. Der Nutzen der Bildgebungsplattform wurde in diesen Experimenten zudem dadurch deutlich, dass alle drei Methoden zur Bestimmung der Schwere der Erkrankung ähnliche Wirksamkeiten der Antibiotika anzeigten. Dennoch muss festgestellt werden, dass die Gruppen, die Oxacillin entweder alleine oder in Kombination mit Lysostaphin erhielten, stärkere Perfluorocarbon Akkumulation am Infektionsherd aufwiesen als von den Bakterienlast- oder Biolumineszenz-Ergebnissen zu erwarten gewesen wäre. Ein Grund hierfür könnten mögliche immunomodulatorischen Effekte von Oxacillin sein. Tatsächlich zeigten weitere Experimente Variationen in den Konzentrationen von Cytokinen und Chemokinen im infizierten Muskel in Abhängigkeit der verwendeten Antibiotikatherapie. Besonders die Behandlung mit Oxacillin, in geringerem Maße aber auch mit Minocyclin oder Linezolid, führte zu erhöhten Konzentrationen, wenngleich die Bakterienlast deutlich reduziert werden konnte. Folglich sollten mögliche immuno-modulatorischen Effekte antibakterieller Substanzen bei zukünftiger Anwendung von Bildgebungsplattform, die auf dem Markieren von Immunzellen basieren, mit ins Kalkül gezogen werden. Auf der anderen Seite eröffnet diese Beobachtung ein neues Anwendungsfeld für diese Bildgebungsmethoden, da es außerordentlich interessant erscheint, damit immuno-modulatorische Substanzen oder bakterielle Faktoren in vivo zu untersuchen. Zu guter Letzt, ermöglicht diese Bildgebungsplattform, die Methoden zur Darstellung der bakteriellen Last auf der einen und des Immunsystems auf der anderen Seite verknüpft, eine innovative, neue Möglichkeit Wirt-Pathogen Interaktionen nicht-invasiv und in vivo studieren zu können.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass Perfluorcarbon Emulsionen in Immunzellen am Infektionsherd des S. aureus Muskelabszessmodells der Maus akkumulieren. Die Ansammlung formt eine Hohlkugel am Rand des Abszessbereiches, deren Größe und Fluorgehalt von der Schwere der Erkrankung und/oder der Wirksamkeit der angewandten Antibiotikatherapie abhängt. Aus diesem Grund erwies sich 19F Kernspintomografie mit Perfluorcarbon Emulsionen als Kontrastmittel als nützliche Platform zur präklinischen Evaluierung antibakterieller Substanzen. Weiterhin erscheint diese Methode wegen der Akkumulation des Kontrastmittels in Immunzellen, als interessant zum Studium der Immunantwort gegenüber Infektionen, aber auch Krebs oder Autoimmunerkrankungen sowie zur Erforschung von immuno-modulatorischen Substanzen und Impfansätzen.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Kernspintomographie
KW  - Infektion
KW  - In vivo Imaging
KW  - Infection imaging
KW  - Infektionsbildgebung
KW  - Antibiotikum
KW  - Bilderzeugung
KW  - Molekulare Bildgebung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105349
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fackler, Marc
T1  - Biochemical characterization of GAS2L3, a target gene of the DREAM complex
T1  - Biochemische Charakterisierung von GAS2L3, ein Zielgen des DREAM Komplex
N2  - GAS2L3 was identified recently as a target gene of the DREAM complex (Reichert et al., 2010; Wolter et al., 2012). It was shown that GAS2L3 is expressed in a cell cycle specific manner and that depletion of the protein leads to defects in cytokinesis and genomic instability (Wolter et al., 2012).
Major aim of this thesis was, to further characterize the biochemical properties and physiological function of GAS2L3.
By in vitro co-sedimentation and bundling assays, GAS2L3 was identified as a cytoskeleton associated protein which bundles, binds and crosslinks F-actin and MTs. GST pulldown assays and co-immunoprecipitation experiments revealed that GAS2L3 interacts in vitro and in vivo with the chromosomal passenger complex (CPC), a very important regulator of mitosis and cytokinesis, and that the interaction is mediated by the GAR domain of GAS2L3 and the C-terminal part of Borealin and the N-terminal part of Survivin. Kinase assays showed that GAS2L3 is not a substrate of the CPC but is strongly phosphorylated by CDK1 in vitro. Depletion of GAS2L3 by shRNA influenced protein stability and activity of the CPC. However pharmacological studies showed that the decreased CPC activity is not responsible for the observed cytokinesis defects upon GAS2L3 depletion. Immunofluorescence experiments revealed that GAS2L3 is localized to the constriction zone by the CPC in a GAR dependent manner and that the GAR domain is important for proper protein function.
New interacting proteins of GAS2L3 were identified by stable isotope labelling by amino acids in cell culture (SILAC) in combination with tandem affinity purification and subsequent mass spectrometrical analysis. Co-immunoprecipitation experiments further confirmed the obtained mass spectrometrical data.
To address the physiological function of GAS2L3 in vivo, a conditional and a non-conditional knockout mouse strain was established. The non-conditional mouse strain showed a highly increased mortality rate before weaning age probably due to heart failure. The physiological function of GAS2L3 in vivo as well as the exact reason for the observed heart phenotype is not known at the moment.
N2  - GAS2L3 wurde vor kurzem als Zielgen des DREAM Komplex identifiziert (Reichert et al., 2010; Wolter et al., 2012). Es konnte gezeigt werden, dass die Expression von GAS2L3 Zellzyklus abhängig reguliert wird und dass Depletion des Proteins zu Fehlern in der Zytokinese und genomischer Instabilität führt (Wolter et al., 2012).
Hauptziel dieser Doktorarbeit war es, GAS2L3 hinsichtlich seiner biochemischen Eigenschaften und physiologischer Funktion näher zu charakterisieren.
Unter Verwendung verschiedener in vitro Experimente konnte gezeigt werden, dass GAS2L3 sowohl F-Aktin als auch Mikrotubuli binden, bündeln und quervernetzen kann. In vitro und in vivo Protein-Protein Interaktionsexperimente zeigten, dass GAS2L3 mit dem „chromosomal passenger complex“ (CPC), einem wichtigen Mitose- und Zytokineseregulator, interagiert und dass diese Interaktion durch die GAR Domäne von GAS2L3 und den C-Terminus von Borealin beziehungsweise den N-terminus von Survivin vermittelt wird. Phosphorylierungsexperimente zeigten deutlich, dass GAS2L3 kein Substrat des CPC ist, jedoch von CDK1 phosphoryliert wird. Zellbiologische Experimente belegten, dass Depletion von GAS2L3 mittels shRNA die Proteinstabilität und Aktivität des CPC beeinflusst. Experimente mit einem chemischen Aurora B Inhibitor dokumentierten, dass die verringerte CPC Aktivität nicht die Ursache der beobachteten Zytokinesefehler nach GAS2L3 Depletion ist. Immunfluoreszenzexperimente machten deutlich, dass GAS2L3 mit Hilfe des CPC an der Abschnürungszone lokalisiert wird und dass die Lokalisation abhängig von der GAR Domäne erfolgt.
Mit Hilfe von SILAC in Kombination mit Tandem-Affinitätsaufreinigung und anschließender massenspektrometrischer Auswertung wurden neue Proteininteraktoren von GAS2L3 identifiziert. Protein-Protein Interaktionsexperimente bestätigten die massenspektrometrisch ermittelten Daten.
Um die physiologische Funktion von GAS2L3 in vivo näher analysieren zu können, wurden verschiedene Knockout Mauslinien etabliert. Die nicht-konditionelle Mauslinie zeigte erhöhte Sterblichkeit vor dem Absetzalter wahrscheinlich verursacht durch Herzversagen. Die genaue physiologische Funktion von GAS2L3 und der Grund für den beobachteten Herzphänotyp sind momentan noch unbekannt.
KW  - Zellzyklus
KW  - Zellteilung
KW  - Cytoskeleton Chromosomal Passenger Complex Interaction GAR Domain
KW  - Regulation
KW  - Molekulargenetik
KW  - GAS2L3
KW  - Chromosomal Passenger Complex
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103394
ER  - 
TY  - THES
A1  - Xu, Zhihao
T1  - Cooperative Formation Controller Design for Time-Delay and Optimality Problems
T1  - Reglerentwurf der kooperativen Formation für Zeitverzögerungs- und Optimalitäts Probleme
N2  - This dissertation presents controller design methodologies for a formation of cooperative mobile robots to perform trajectory tracking and convoy protection tasks. Two major problems related to multi-agent formation control are addressed, namely the time-delay and optimality problems. For the task of trajectory tracking, a leader-follower based system structure is adopted for the controller design, where the selection criteria for controller parameters are derived through analyses of characteristic polynomials. The resulting parameters ensure the stability of the system and overcome the steady-state error as well as the oscillation behavior under time-delay effect. In the convoy protection scenario, a decentralized coordination strategy for balanced deployment of mobile robots is first proposed. Based on this coordination scheme, optimal controller parameters are generated in both centralized and decentralized fashion to achieve dynamic convoy protection in a unified framework, where distributed optimization technique is applied in the decentralized strategy. This unified framework takes into account the motion of the target to be protected, and the desired system performance, for instance, minimal energy to spend, equal inter-vehicle distance to keep, etc. 

Both trajectory tracking and convoy protection tasks are demonstrated through simulations and real-world hardware experiments based on the robotic equipment at Department of Computer Science VII, University of Würzburg.
N2  - Diese Dissertation handelt sich um Controller Entwurfsmethoden für eine Bildung von kooperativen mobile Roboter auf Bahnverfolgung und Konvoischutz Aufgaben. Zwei große Probleme zu Multi-Agenten-Formation Steuerung werden angesprochen, nämlich die Zeitverzögerung und Optimalitätsprobleme. Für die Aufgabe der Bahnverfolgung wird eine Leader-Follower-basiertes System für den Reglerentwurf angenommen, in dem die Auswahlkriterien für die Reglerparameter durch Analysen von charakteristischen Polynome abgeleitet werden. Die herauskommenden Parameter sorgen für die Stabilität des Systems und vermeiden die Steady-State Fehler sowie das Schwingungsverhalten unter Zeitverzögerungseffekt. In der Konvoischutz Szenario wird eine dezentrale Koordinationsstrategie zur ausgewogenen Einsatz mobiler Roboter zum ersten Mal vorgeschlagen. Auf der Grundlage dieser Abstimmungsschema werden optimale Reglerparameter in zentrale und dezentrale Weise für den dynamischen Konvoischutz in einem einheitlichen Rahmen erzeugt, in dem verteilten Optimierungstechnik in der dezentralen Strategie angewendet ist. Diese einheitlichen Rahmen berücksichtigt die Bewegung des zuschützenden Ziels, und die gewünschte Systemleistung, zum Beispiel, einen minimalen ausgegebene Energie, und einen gleichen Zwischenfahrzeugabstand, usw. 

Die Aufgaben der Bahnverfolgung und des Konvoischutzes werden durch Simulationen und realen Hardware-Experimente auf der Basis der Roboterausrüstungen am Institut für Informatik VII, Universität Würzburg demonstriert.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 9 
KW  - Optimalwertregelung
KW  - Robotik
KW  - Autonomer Roboter
KW  - Geleitzug
KW  - Optimal control
KW  - Decentralized  formation control
KW  - Trajectory tracking
KW  - Convoy Protection
KW  - Optimale Regelung
KW  - Konvoi
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105555
SN  - 978-3-923959-96-9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tzschichholz, Tristan
T1  - Relative pose estimation of known rigid objects using a novel approach to high-level PMD-/CCD- sensor data fusion with regard to applications in space
T1  - Relative Lagebestimmung bekannter fester Objekte unter Verwendung eines neuen Ansatzes zur anwendungsnahen Sensordatenfusion einer PMD- und CCD-Kamera hinsichtlich ihrer Anwendungen im Weltraum
N2  - In this work, a novel method for estimating the relative pose of a known object is presented, which relies on an application-specific data fusion process. A PMD-sensor in conjunction with a CCD-sensor is used to perform the pose estimation. Furthermore, the work provides a method for extending the measurement range of the PMD sensor along with the necessary calibration methodology. Finally, extensive measurements on a very accurate Rendezvous and Docking testbed are made to evaluate the performance, what includes a detailed discussion of lighting conditions.
N2  - In der Arbeit wird eine neuartige Methode zur Bestimmung der relativen Lage eines bekannten Objektes vorgestellt, welche auf einem anwendungsspezifischen Datenfusionsprozess basiert. Dabei wird ein PMD-Sensor zusammen mit einem CCD-Sensor benutzt, um die Lagebestimmung vorzunehmen. Darüber hinaus liefert die Arbeit eine Methode, den Messbereich des PMD-Sensors zu erhöhen zusammen mit der notwendigen Kalibrierungsmethoden. Schließlich werden detailierte und weitreichende Messungen aus einer sehr genauen Rendezvous und Docking-Testanlage gemacht, um die Leistungsfähigkeit des Algorithmus zu demonstrieren, was auch eine detaillierte Behandung der Beleuchtungsbedingungen einschließt.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 8 
KW  - Bildverarbeitung
KW  - PMD
KW  - phase unwrapping
KW  - rendezvous and docking
KW  - data fusion
KW  - pose estimation
KW  - Sensor
KW  - Raumfahrt
KW  - Image Processing
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103918
SN  - 978-3-923959-95-2
SN  - 1868-7474
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sander, Bodo
T1  - Structural and biochemical characterization of gephyrin and various gephyrin-ligand complexes
T1  - Strukturelle und biochemische Charakterisierung von Gephyrin und verschiedenen Gephyrin-Liganden-Komplexen
N2  - Efficient synaptic neurotransmission requires the exact apposition of presynaptic terminals and matching neurotransmitter receptor clusters on the postsynaptic side. The receptors are embedded in the postsynaptic density, which also contains scaffolding and regulatory proteins that ensure high local receptor concentrations. At inhibitory synapses the cytosolic scaffolding protein gephyrin assumes an essential organizing role within the postsynaptic density by the formation of self-oligomers which provide a high density of binding sites for certain -amino butyric acid type A (GABAA) and the large majority of glycine receptors (GlyR). Gephyrin contains two oligomerization domains: In isolation, the 20 kDa N-terminal G domain (GephG) and the 46 kDa E domain (GephE) trimerize and dimerize, respectively. In the full-length protein the domains are interconnected by a central ~150 amino acid linker, and only GephG trimerization is utilized, whereas GephE dimerization is prevented, thus suggesting the need for a trigger to release GephE autoinhibition, which would pave the way for the formation of higher oligomers and for efficient receptor clustering. The structural basis for this GephE autoinhibition has remained elusive so far, but the linker was reported to be sufficient for autoinhibition. This work dealt with the biochemical and structural characterization of apo-gephyrin and gephyrin in complexes with ligands which are known to promote the formation of synaptic gephyrin clusters (collybistin and neuroligin 2) and reorganize them (dynein light chain 1).
For full-length gephyrin no structural information has been available so far. Atomic force microscopy (AFM) and small-angle X-ray scattering (SAXS) analyses described in this thesis disclosed that the gephyrin trimer forms a highly flexible assembly, which, due to the long linker, can switch between compact and extended conformational states in solution, with a preference for compact states. This partial compaction and potentially GephE autoinhibition are achieved by interactions of parts of the linker with the G and E domains, as suggested by circular dichroism spectroscopy. However, the linker on its own cannot account for GephE blockage, as size exclusion chromatography experiments coupled with multi angle light scattering detection (SEC-MALS) and SAXS analyses revealed that a gephyrin variant only encompassing the linker and GephE (GephLE) forms dimers and not monomers as suggested by an earlier study. The oligomeric state of GephLE and the observation that several gephyrin variants, in which linker segments of varying length were deleted, predominantly formed trimers, suggested the presence of a linker independent mechanism of GephE dimerization blockade. Taken together, the data indicated that linker-dependent and linker-independent mechanisms mediate gephyrin autoinhibition.
In the second project gephyrin’s interaction with DYNLL1 (Dynein LC8 Light Chain 1) was characterized. DYNLL1 is a 25 kDa dimer incorporated into the dynein motor and provides two binding sites, each of which can accommodate an octapeptide derived from gephyrin’s linker region (referred to as GephDB). Originally, DYNLL1 was regarded as a cargo adaptor, linking gephyrin-GlyR complexes to the dynein motor, thus driving their retrograde transport and leading to  a decrease of synaptic gephyrin-GlyR complexes.
Building on these studies, this thesis assessed the cargo hypothesis as well as the so far unclear stoichiometry of the gephyrin-DYNLL1 complex. The cargo scenario would require ternary complex formation between gephyrin, DYNLL1 and the dynein intermediate chain (DIC) of the dynein motor. However, such a complex could not be detected by analytical size exclusion chromatography (aSEC) experiments – presumably because gephyrin and DIC competed for a common binding site in DYNLL1. This finding was consistent with a single DYNLL1 dimer capturing two linker segments of a single gephyrin trimer as suggested by a 26 kDa mass increase of the gephyrin species in the presence of DYNLL1 in SEC-MALS experiments. aSEC experiments at even higher concentrations (~20 µM gephyrin and ~80 µM DYNLL1) indicated that the affinity of GephDB was significantly impaired in the context of full-length gephyrin but also in a variant that bears only GephG and the first 39 residues of the linker (GephGL220). Presumably due to avidity effects two linkers stably associated with a single DYNLL1 dimer, whereas the third DYNLL1 binding motif remained predominantly unoccupied unless high concentrations of GephGL220 (50 µM) and DYNLL1 (200 µM) were used. These findings indicate that an interplay between GephG and the N-terminal linker segment mediates the attenuation of GephDB affinity towards DYNLL1 and that preventing DYNLL1 from the induction of higher gephyrin oligomers is either advantageous for DYNLL1-mediated reorganization of gephyrin-GlyR clusters or that DYNLL1 exerts possibly two (concentration-dependent) actions on gephyrin.
The gephyrin-collybistin-neuroligin 2 complex was the subject of the third project. Previously, collybistin and gephyrin were observed to mutually trigger their translocation to the postsynaptic membrane, where the disordered cytoplasmic tail of the postsynaptic cell adhesion molecule NL2 (NL2cyt) causes the anchoring of collybistin 2 (CB2) by binding to its SH3 domain, thereby releasing SH3 domain mediated autoinhibiton of CB2 binding to the membrane phospholipid phosphatidylinositol-3-phosphate. Critical for this event is the binding of gephyrin to both CB2 and NL2, presumably via GephE.
Following up on these previous studies biochemical data presented in this thesis confirm the formation of the ternary complex. Unexpectedly, analyses by means of native polyacrylamide gel electrophoresis pointed to: (1) The existence of a complex containing NL2cyt and CB2 lacking the SH3 domain and consequently an additional NL2 binding site in CB2. (2) Attenuated gephyrin-collybistin complex formation in the presence of the SH3 domain. (3) A requirement for high NL2cyt concentrations (> 30 µM) during the formation of the ternary complex. This might allow for the regulation by other factors such as additional binding partners or posttranslational modifications. Although of preliminary character, these results provide a starting point for future studies, which will hopefully elucidate the interplay between gephyrin, collybistin, NL2 and certain GABAA receptors.
N2  - Eine effiziente synaptische Neurotransmission macht es erforderlich, dass sich presynaptische Nervenenden und die Schar (engl. Cluster) der dazugehörigen Neurotransmitterrezeptoren auf der postsynaptischen Seite exakt gegenüberliegen. Die Rezeptoren sind in der postsynaptischen Dichte eingebettet, die auch Gerüstproteine und regulatorische Proteine enthält, die hohe lokale Rezeptor-Konzentrationen gewährleisten. An inhibitorischen Synapsen übernimmt das cytosolische Gerüstprotein Gephyrin eine essentielle Rolle  in der postsynaptischen Dichte durch die Bildung von Homo-Oligomeren, die für eine hohe Dichte an Bindungsstellen für bestimmte -Aminobuttersäure Typ A- (GABAA)- und die große Mehrheit der Glyzin-Rezeptoren (GlyR) sorgen. Gephyrin enthält zwei Oligomerisierungsdomänen: In isolierter Form bildet die N-terminale 20 kDa große G-Domäne (GephG) und die C-terminale 46 kDa große E-Domäne (GephE) Trimere beziehungsweise Dimere. Im Volllängenprotein sind die Domänen durch einen zentrale ~150 Aminosäure lange Region (auch Linker genannt) verknüpft, und nur von der GephG-Trimerisiung wird Gebrauch gemacht, wohingegen die GephE-Dimerisierung unterbunden ist, was nahelegt, dass ein Auslöser benötigt wird, der die Autoinhibierung von GephE aufhebt und dadurch den Weg zur Bildung höherer Oligomere ebnet. Die strukturelle Basis für die GephE- Autoinhibierung ist bislang nicht bekannt, aber eine veröffentlichte Studie kam zu dem Schluss, dass der Linker ausreicht, um die GephE-Dimerisierung zu inhibieren. Diese Arbeit beinhaltet die biochemische und strukturelle Charakterisierung von apo-Gephyrin und Gephyrin in Komplexen mit Liganden, von denen bekannt ist, dass sie entweder die Bildung von synaptischen Gephyrin-Selbstoligomeren begünstigen (Collybistin und Neuroligin 2) oder die Gephyrin-Selbstoligomere reorganisieren (Dynein leichte Kette 1).
Für Volllängen-Gephyrin gab es bislang keine strukturellen Informationen. Rasterkraftmikroskopie (engl. AFM)- und Röntgenkleinwinkelbeugungs (engl. SAXS)-Analysen, die in dieser Arbeit beschrieben sind, deckten auf, dass das Gephyrin-Trimer eine hoch flexible Einheit ist, die – durch den langen Linker – zwischen kompakten und extendierten Zuständen hin- und herwechselt, mit einer leichten Präferenz für kompakte Zustände. Spektroskopische Messungen des zirkulären Dichroismus legten nahe, dass die partielle Kompaktierung und möglicherweise auch die GephE-Autoinhibition durch Interaktionen von Teilen des Linkers mit den G- und E-Domänen erreicht werden. Aber der Linker alleine kann nicht für die GephE-Blockade verantwortlich zeichnen, weil Größenausschluss-Chromatographie-Experimente gekoppelt mit Multiwinkel-Lichtstreudetektion (englische Abkürzung SEC-MALS) offenlegten, dass eine Gephyrin-Variante, die nur den Linker und GephE umfasst (GephLE), Dimere und keine Monomere ausbildet, wie in einer früheren Studie postuliert wurde. Der oligomere Zustand von GephLE und die Beobachtung, dass alle Gephyrin-Varianten, in denen Linker-Segmente verschiedener Länge deletiert wurden, überwiegend Trimere bildeten, legen nahe, dass ein Linker-unabhängiger Mechanismus für die GephE-Dimerisierungsblockade existiert. Zusammengenommen deuten die Daten darauf hin, dass Linker-abhängige und -unabhängige Mechanismen die GephE-Autoinhibtion vermitteln.
Im zweiten Projekt wurde die Interaktion von Gephyrin mit DYNLL1 (Dynein LC8 Light Chain 1) charakterisiert. DYNLL1 is ein 25 kDa-Dimer, das im Dynein-Motor integriert ist, und bietet zwei Bindestellen, die beide ein von der Gephyrin-Linker-Region abgeleitetes Oktapeptid (im Weiteren GephDB) aufnehmen können. Ursprünglich wurde DYNLL1 als ein Ladungsadapter betrachtet, der Gephyrin-GlyR-Komplexe mit dem Dynein-Motor verknüpft und dadurch ihren retrograden Transport vorantreibt und somit zu einer Abnahme synaptischer Gephyrin-GlyR-Komplexe führt.
Auf diesen Studien aufbauend, wurde in dieser Arbeit die Ladungsadapter-Hypothese analysiert ebenso wie die bislang unklare Stöchiometrie des Gephyrin-DYNLL1-Komplexes. Das Ladungsadapter-Szenario würde einen ternären Komplex aus Gephyrin, DYNLL1 und der mittleren Dynein-Kette (englische Abkürzung DIC) voraussetzen. Ein solcher Komplex konnte mittels analytischer Größenausschlusschromatographie (englische Abkürzung aSEC) nicht detektiert werden – vermutlich, weil Gephyrin und DIC um eine gemeinsame Bindungsstelle in DYNLL1 konkurrierten. Dieser Befund war konsistent mit einem Modell, in dem ein einzelnes DYNLL1-Dimer zwei Linker eines (einzelnen) Gephyrin-Trimers bindet, wie es auch durch eine 26 kDa-Massen-Zunahme der Gephyrin-Spezies in der Anwesenheit von DYNLL1 in SEC-MALS-Experimenten nahegelegt wurde. aSEC-Experimente auch bei hohen Konzentrationen (~20 µM Gephyrin und ~80 µM DYNLL1) deuteten darauf hin, dass die Affinität von GephDB im Kontext von Volllängen-Gephyrin signifikant beeinträchtigt war, aber auch bei einer Gephyrin-Variante, die nur GephG und die ersten 39 Reste des Linkers entielt (GephGL220). Voraussichtlich aufgrund von Aviditätseffekten banden zwei Linker stabil an ein einzelnes DYNLL1-Dimer, wohingegen das dritte DYNLL1-Bindungsmotiv unbesetzt blieb, so lange nicht hohe Konzentrationen an GephGL220 (50 µM) und DYNLL1 (200 µM) eingesetzt wurden. Diese Ergebnisse deuteten an, dass ein Zusammenspiel von GephG und dem N-terminalen Linker-Segment die Abschwächung der GephDB-Affinität zu DYNLL1 vermittelt und dass die Verhinderung der Induktion höherer Oligomere durch DYNLL1 entweder vorteilhaft für die Reorganization von Gephyrin-GlyR-Clustern ist oder dass DYNLL1 zwei (konzentrationsabhängige) Wirkungen auf Gephyrin ausübt.
Der Gephyrin-Collybistin-Neuroligin 2-Komplex war Gegenstand des dritten Projektes. Im Vorfeld dieser Arbeit wurde festgestellt, dass Collybistin und Gephyrin gegenseitig ihre Translokation zur postsynaptischen Membran einleiten, wo der ungeordnete, cytosolische Anteil des postsynaptischen Zelladhäsionsmembranmoleküls Neuroligin 2 (NL2cyt) die Verankerung von Collybistin 2 (CB2) durch das Binden an seine “src homology 3”-Domäne (SH3-Domäne) bewirkt und dadurch die SH3-Domänen-vermittelte Autoinhibition der CB2-Bindung an das Membran-Phospholipid Phosphatidylinositol-3-phosphat aufhebt. Entscheidend für dieses Ereignis ist, dass Gephyrin sowohl an CB als auch an NL2cyt bindet, vermutlich vermittelt durch GephE.
In einer Fortsetzung dieser frühreren Studien bestätigen biochemische Daten in dieser Arbeit die Bildung des ternären Komplexes. Unerwarteterweise deuteten Analysen mittels nativer Polyacrylamidgelektrophorese auf: (1) Die Existenz eines Komplexes aus NL2cyt und CB2 ohne SH3-Domäne und damit auf eine zusätzliche NL2-Bindungsstelle in CB2. (2) Abgeschwächte Gephyrin-Collybistin-Komplexbildung in der Anwesenheit der SH3-Domäne. (3) Hohe NL2-Konzentrationen (>30 µM) als Voraussetzung für die Bildung des ternären Komplexes. Dies könnte die Regulation durch andere Faktoren wie zusätzliche Bindungspartner oder posttranslationale Modifikationen ermöglichen. Wenngleich die Ergebnisse von vorläufigem Charakter sind, stellen sie einen Startpunkt für künftige Arbeiten dar, welche hoffentlich das Zusammenspiel von Gephyrin, Collybistin, NL2 und bestimmten GABAA-Rezeptoren weiter aufklären werden.
KW  - Gephyrin
KW  - Dynein Light Chain
KW  - Neuroligin 2
KW  - Collybistin
KW  - Small-angle X-ray Scattering
KW  - Structural Biology
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104212
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Kuhn, Dieter
T1  - Emperor Huizong’s (r. 1100-1126): Short-lived Earthly Paradise
N2  - Zhao Ji (1082-1135), better known as Emperor Huizong (r. 1100-1126) of the Southern Song Dynasty (960-1127) gained a reputation as supreme perfectionist as artist, art collector and connoisseur, a ruler devoted to the faith of Daoism, squandering a fortune on building palaces and halls and on landscape gardening. A famous example of his costly ‘folie de grandeur’ is the Sacred Northeast Mountain Peak Genyue, a gigantic rock garden in the northeast part of the Old City of the capital Kaifeng. The garden is described in sources such as the Huayanggong jishi (Description of the Florescent Solitary Palace) by the Buddhist monk Zu Xiu from 1127 and Zhang Hao’s (ca. 1180-1250) Genyue ji (Record of the Northeast Marchmount). The project in search of auspicious blessing started in 1118, having originated in the emperor’s conviction that the Daoist Immortals would descend to this exquisite paradise situated in the centre of the world, his capital. In his conviction the landscape garden that exceeded nature’s beauty would prolong and glorify his rule for ten thousand years. The Genyue was completed in January 1123, and thus became part of Emperor Huizong’s Divine Empyrean Daoist ideology of statecraft. Contrary to all auspicious symbolism, the Song’s emblematic demonstrations of power, and the necessity to meet political expectations, Emperor Huizong proved incapable of finding a solution to the disastrous situation at the northern frontier with Jin troupes moving onto his capital. Completed in 1123 the Genyue Marchmount was destroyed in the cold winter of 1126/1127 by the inhabitants of Kaifeng in their desperate struggle for survival in their besieged town.
KW  - China
KW  - Genyue ji
KW  - Song Huizong <China, Kaiser>
KW  - Kaifeng
KW  - Landschaftsgarten
KW  - Südliche Songdynstie
KW  - Huayanggong jishi
KW  - Kaiser Huizong
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106115
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hartmann, Sonja
T1  - Relevance of antibodies targeting the beta1-adrenergic receptor for renal function
T1  - Relevanz von Antikörpern gegen den beta1-adrenergen Rezeptor für die Nierenfunktion
N2  - Functionally active (conformational) autoantibodies directed against the β1-adrenergic receptor (β1-AR) are supposed to have a pathogenic relevance in human heart failure, particularly in idiopathic dilated cardiomyopathy (DCM). Prevalence of anti-β1-autoantibodies (anti-β1-aabs) in the healthy population is almost negligible, whereas it amounts to up to 30% in heart failure patients with idiopathic DCM. As β1-ARs are not restricted to the heart and are also highly expressed in particular segments of the nephron, it is conceivable that such autoantibodies might also affect kidney function to some extent through the activation of renal β1-ARs.
In the kidney, β1-ARs are highly abundant in the juxtaglomerular apparatus, the distal convoluted tubules, the collecting duct, and the renal arteries. However, the functional significance of β1-ARs at these particular sites along the nephron is poorly understood, as are the effects of conformational stimulating anti-β1-aabs on renal β1-ARs. From the available literature, it is well known that the β1-adrenergic system is involved in, e.g., the regulation of renin-secretion from juxtaglomerular cells. In addition, the β1-adrenergic system is thought to be involved in the regulation of the urine pH via type B-intercalated cells in the collecting duct. In contrast, the regulation of salt- and fluid-secretion in the medullary collecting duct appears to occur independently from the SNS.
As a consequence, the present work aimed to unravel the potential pathophysiological links between renal function, alterations in the cardiovascular system, and circulating agonist-like anti- β1-abs. We analyzed possible renal effects of anti-β1-abs in a human-analogous rat model. After immunization with a GST-fusion protein containing the second extracellular loop (β1-ECII) of the human β1-AR, Lewis-rats develop functionally active, stimulating, conformational anti-β1-ECII-abs. Within the first 6 months, anti-β1-ECII-ab-positive animals develop a hypertensive phenotype, which after 9 months evolves into a DCM phenotype.
In n=40 GST/ β1-ECII-immunized Lewis rats and n=40 age-matched, 0.9% NaCl-injected control animals, we sequentially (i.e. at months 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15, and 18 after start of immunization) analyzed the changes in renal function on a molecular, functional, and structural level. We could show that the presence of stimulating anti-β1-ECII-abs – even though having detrimental effects on the heart – has only a minor impact on kidney function and structure. Within the first 3 months after induction of anti-β1-ECII-abs, the levels and activity of renin were significantly increased in immunized compared to corresponding control animals, which was confirmed by experiments on isolated perfused kidneys, in which anti-β1-ECII-abs were able to directly induce the liberation of renin. However, within several weeks the initial anti-β1-ECII-ab-mediated RAAS activation was counter-regulated by auto-regulatory mechanisms activated in the kidney. Similarly, glomerular filtration rate (GFR) and renal blood flow (RBF) were initially decreased in the presence of the stimulating anti-β1-ECII-abs, but returned to control values within 3 months after immunization of the animals. Although expression of several pro-fibrotic markers was significantly up-regulated in anti-β1-ECII-ab-positive rats, no significant differences were noted on a histomorphological level with regard to the occurrence of renal fibrosis, glomerular damage, tubular damage, and perivascular fibrosis. Only a mild decrease in glomerular filtration function was observed in the kidneys of anti-β1-ECII-ab-positive animals from immunization-month 12 on, apparent by increased levels of urinary protein.
Even though anti-β1-ECII-abs were able to induce mild changes in renal function, their effects were not strong enough to critically damage the kidneys in our rat-model. Differences between immunized anti-β1-ECII-ab-positive and corresponding control rats at later time-points (that is, from immunization-month 12 on) are most likely secondary to the progressive heart failure phenotype that immunized animals develop in the course of the experiment.
The present study is the first to focus on the effects of stimulating anti-β1-ECII-abs on the kidney, and on the prevalence of these effects for the heart (referred to as cardio-renal crosstalk). Although our results were obtained in a rat model, they might contribute to better understand the situation in anti-β1-AR-aab-positive human patients. Following the results of our experiments, treatment of such patients should focus on direct and specific neutralization/elimination of stimulating anti-β1-ECII-aab or at least comprise therapeutic strategies that counteract the anti-β1-ECII-aab-effects on the heart by standard treatment for heart failure (i.e. ACE inhibitors, AT1-receptor blockers, and β-blockers) according to current guidelines.
N2  - Funktionell aktive, konformationelle Autoantikörper, die gegen den β1-adrenergen Rezeptor (β1-AR) gerichtet sind, sind vermutlich pathologisch relevant bei Herzinsuffizienz, insbesondere bei der idiopathischen Dilativen Kardiomyopathie (DCM). Die Prävalenz solcher Antikörper ist in der gesunden Population vernachlässigbar, wohingegen sie bei der idiopathischen DCM 30% erreicht. Da β1-AR nicht nur im Herzen, sondern auch in der Niere stark exprimiert werden, ist naheliegend, dass solche Antikörper über eine Stimulation renaler β1-AR auch die Nierenfunktion beeinflussen können.
In der Niere werden β1-AR überwiegend im juxtaglomerulären Apparat, im distalen Tubulus, in den Sammelrohren und in den renalen Arterien exprimiert. Die Bedeutung der in diesen Bereichen hohen Expression von β1-AR für die Nierenfunktion ist noch nicht vollständig geklärt, ebenso wie die renalen Effekte von stimulierenden β1-AR-Antikörpern. Aus der Literatur ist bekannt, dass das β1-adrenerge System unter anderem an der Renin-Sekretion der juxtaglomerulären Zellen beteiligt ist. Außerdem wird vermutet, dass das β1-adrenerge System in die Regulation des pH-Wertes des Urins über die Typ B-interkalierenden Zellen des Sammelrohrs eingreift, wohingegen die Regulation der Salz- und Wasserexkretion im medullären Sammelrohr wahrscheinlich unabhängig vom sympathischen Nervensystem abläuft.
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, die potentiellen pathophysiologischen Zusammenhänge zwischen renaler Funktion, Änderungen innerhalb des kardiovaskulären Systems und zirkulierenden, agonist-ähnlichen anti-β1-Autoantikörpern darzustellen. Wir haben die möglichen renalen Effekte der anti-β1-AK in einem human-ähnlichen Ratten-Modell untersucht. Nach Immunisierung mit einem GST-Fusionsprotein, welches den zweiten extrazellulären Loop des β1-AR beinhaltet, entwickeln Lewis-Ratten funktionell aktive, stimulierende Antikörper gegen β1-ECII. Anti-β1-ECII-AK-positive Tiere entwickeln nach ca. 6 Monaten einen hypertensiven Phänotyp, welcher nach 9 Monaten in einen DCM Phänotyp übergeht.
Wir haben Änderungen der renalen Funktion auf molekularer, funktioneller, und struktureller Ebene in n=40 GST/ β1-ECII-immunisierten Lewis-Ratten und n=40 altersgleichen 0.9% NaCl-injizierten Kontrolltieren sequenziell (d.h. 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15 und 18 Monate nach Beginn der Immunisierung) analysiert. Wir konnten zeigen, dass die stimulierenden anti-β1-ECII-Antikörper – obwohl sie eine schädigende Wirkung auf das Herz haben – die Nierenfunktion und -Struktur nur gering beeinflussen. In den ersten Monaten nach Induktion der anti-β1-ECII-AK stieg die Reninkonzentration und -aktivität in den immunisierten Tieren im Vergleich zu den entsprechenden Kontrollen signifikant an. Dieses Ergebnis konnte im Model der isolierten perfundierten Niere bestätigen werden, in dem anti-β1-ECII-AK eine direkte Freisetzung von Renin induzierten. Diese frühe AK-vermittelte Aktivierung des RAAS wurde jedoch innerhalb weniger Wochen durch autoregulatorische Mechanismen der Niere aufgehoben. Ebenso waren anfangs die glomeruläre Filtrationsrate und der renale Blutfluss in anti-β1-ECII-AK-positiven Ratten vermindert, kehrten jedoch nach 3 Monaten zu den Werten der Kontrolltiere zurück. Obwohl die Expression mehrerer pro-fibrotischer Marker signifikant erhöht war, konnten keine signifikanten Veränderungen auf histomorphologischer Ebene hinsichtlich des Auftretens renaler Fibrose, glomerulärer und tubulärer Schädigung, oder perivaskulärer Fibrose festgestellt werden. Lediglich die glomeruläre Filtrationsfunktion war ab dem 12. Immunisierungsmonat zunehmend beeinträchtigt, was sich an einer progredienten Proteinurie zeigte.
Obwohl anti-β1-ECII-AK durchaus einen gewissen Effekt auf die Nierenfunktion haben, ist ihr Einfluss nicht stark genug um die Niere kritisch zu schädigen. Unterschiede zwischen immunisierten und Kontrolltieren, welche zu späteren Zeitpunkten (d.h. ab dem 12. Immunisierungsmonat) auftreten, sind wahrscheinlich sekundäre Effekte der progredienten Herzinsuffizienz, die die immunisierten Tiere im Verlauf des Experiments entwickeln.
Unsere Studie ist die Erste, die sich mit den Effekten von stimulierenden anti-β1-AK auf die Niere und ihre Zusammenhänge mit der antikörper-induzierten Herzinsuffizienz (dem sogenannten kardio-renalen „Crosstalk“) befasst. Obwohl unsere Ergebnisse in einem Tiermodell erzielt wurden, könnten sie von großem Nutzen sein, um die Krankheitsentwicklung von anti-β1-Autoantikörper-positiven Patienten besser zu verstehen. Unseren Ergebnissen zufolge sollte die Behandlung von Autoimmun-DCM auf eine möglichst direkte und spezifische Neutralisierung/Eliminierung von anti-β1-Autoantikörpern abzielen und gleichzeitig alle kardio- und renal-protektiven Elemente der Standard-Therapie der Herzinsuffizienz (d.h. Gabe von ACE-Hemmern, AT1-Rezeptor-Inhibitoren und β-Blockern) einschließen.
KW  - Nierenfunktion
KW  - Beta-1-Rezeptor
KW  - kidney
KW  - Antikörper
KW  - beta1-adrenergic receptor
KW  - antibodies
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106285
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kraus, Hannes
T1  - Optically Detected Magnetic Resonance on Organic and Inorganic Carbon-Based Semiconductors
T1  - Optisch detektierte Magnetresonanz an organischen und anorganischen kohlenstoffbasierten Halbleitern
N2  - In dieser Arbeit werden drei verschiedene kohlenstoffbasierte Materialsysteme behandelt: (i) Organische Halbleiter und kleine Moleküle, in Kombination mit Fullerenen für Anwendungen in der organischen Photovoltaik (OPV), (ii) Halbleitende Einzelwand-Kohlenstoffnanoröhren und (iii) Siliziumkarbid (SiC), dessen Defekte erst seit kurzem als Kandidaten für Quantenapplikationen gehandelt werden. Alle Systeme wurden mit optisch detektierter Magnetresonanzspektroskopie (ODMR) untersucht.

Im OPV-Kapitel, die intrinsischen Parameter und Orientierungen von Exzitonen mit hohem Spin wurden für die Materialsysteme P3HT, PTB7 und DIP untersucht.  Speziell der Einfluss von Ordnung diesen organischen Systemen wurde diskutiert. Der zweite Teil des Kapitels beschäftigt sich mit Triplettgeneration mittels Elektronenrücktransfer im leistungsfähigen Materialsystem PTB7:PC71BM.

Das Kohlenstoffnanoröhren-Kapitel zeigt zuert den ersten zweifelsfreien Nachweis von Triplettexzitonen in halbleitenden (6,5) Einzelwandkohlenstoffnanoröhren (SWNT), mittels ODMR-Spektroskopie. Ein Modell für die Anregungskinetik, die intrinsischen Parameter des Exzitons und Abhängigkeit von der Orientierung der Röhren wurden diskutiert.

Der letzte Teil der Arbeit gilt Spinzentren in Siliziumkarbid. Nach einer kurzen Einführung in das Materialsystem wird die Spinmultiplizität für die V2 und V3 Siliziumfehlstellen, sowie eines Frenkelpaars und eines noch nicht zugeordneten Defekts (UD) in 6H SiC, weiterhin für die V2 Fehlstelle und das Frenkelpaar in 4H SiC, durchgängig zu S=3/2 festgestellt. Das spinpolarisierte Befüllen der 3/2-Zustände des Grundzustands der Siliziumfehlstellen erlaubt stimulierte Mikrowellenemission. Ausserdem wurde für UD und Frenkelpaar in 6H SiC eine große Temperaturabhängigkeit der Nullfeldparameter festgestellt, während die Siliziumfehlstellen temperaturunabhängig sind. Anwendung des UD und Frenkelpaars als Temperatursensor, und der Vakanzen als Vektormagnetometer wurden diskutiert.
N2  - In this work, three different material systems comprising carbon were researched: (i) Organic polymers and small molecules, in conjunction with fullerene molecules for applications in organic photovoltaics (OPV), (ii) single walled semiconducting carbon nanotubes and (iii) silicon carbide (SiC), whose defect color centers are recently in the limelight as candidates for quantum applications. All systems were analyzed using the optically detected magnetic resonance (ODMR) spectroscopy.

In the OPV chapter, first the intrinsic parameters and orientations of high spin excitons were analyzed in the materials P3HT, PTB7 and DIP. Specifically the influence of ordering in these organic systems was adressed. The second part of the OPV chapter is concerned with triplet generation by electron back transfer in the high-efficiency OPV material combination PTB7:PC71BM. 

The carbon nanotube chapter first shows the way to the first unambiguous proof of the existence of triplet excitons in semiconducting (6,5) single-walled carbon nanotubes (SWNT) by ODMR spectroscopy. A model for exciton kinetics, and also orientation and intrinsic parameters were propoesed.

The last part of this work is devoted to spin centers in silicon carbide (SiC). After a brief introduction, the spin multiplicity of the V2 and V3 silicon vacancies, and also of a Frenkel pair and an unassigned defect UD in 6H SiC, and of the V2 vacancy and the Frenkel pair in 4H SiC, was shown to be S=3/2. The spin polarized pumping of the 3/2 manifold of the quartet ground state of the silicon vacancies allows stimulated microwave emission.  Furthermore, in 6H SiC, the UD and Frenkel pair were shown to have a large dependence of their intrinsic zero field interaction parameters on the temperature, while the vacancies are temperature independent. The application of the UD and Frenkel pair as temperature sensor, and of the vacancies as a vector magnetic field sensor is discussed.
KW  - ODMR-Spektroskopie
KW  - Organischer Halbleiter
KW  - quantum center
KW  - Siliciumcarbid
KW  - Nanoröhre
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106308
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sowik, Thomas
T1  - Assessment of the surface functionalization of SPION and DND nanomaterials for cellular uptake and fluorescence imaging
T1  - Abschätzung der Oberflächenfunktionalisierung von SPION und DND Nanomaterialien für die Zellaufnahme und Fluoreszenzimaging
N2  - The aim of this work was to synthesize and functionalize different bio-relevant nanomaterials like silica-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) as contrast agents for T2 magnetic resonance imaging (MRI) and detonation nanodiamond (DND) with the neurohormone peptide allatostatin 1 (ALST1) and a fluorescent dye. Analytical techniques for the determination and quantification of surface functional groups like amines, azides, and peptides were also developed and established.
Thus, in the first part of the work, a TGF-1 binding peptide and allatostatin 1 (ALST1), both supposed to act as active tumour targeting vectors, were synthesized by solid-phase peptide synthesis (SPPS) and characterized by high pressure liquid chromatography (HPLC) and mass spectrometry. Then, azide-functionalized silica nanoparticles were synthesized by the Stöber process and characterized by transmission electron microscopy (TEM) and infrared spectroscopy (IR). The surface loading of amine and azide groups was determined by a new protocol. The azide groups were reduced with sodium boronhydride to amine and then functionalized with Fmoc-Rink Amide linker according to a standard SPPS protocol. Upon cleavage of Fmoc by piperidine, the resulting dibenzofulvene and its piperidine adduct were quantified by UV/Vis spectroscopy and used to determine the amount of amine groups on the nanoparticle surface. Then, ALST1 and related tyrosine- and phenylalanine substituted model peptides were conjugated to the azide-functionalized silica nanoparticles by copper(I)-catalyzed azide-alkyne dipolar cycloaddition (CuAAC). The successful peptide conjugation was demonstrated by the Pauly reaction, which however is only sensitive to histidine- and tyrosine-containing peptides. As a more general alternative, the acid hydrolysis of the peptides to their individual amino acid building blocks followed by derivatization with phenyl isothiocyanate (PITC) allowed the separation, determination, and quantification of the constituent amino acids by HPLC. 
In the second part of the work, amine- and azide-functionalized silica-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were synthesized by co-precipitation and subsequent silica-coated based on the Stöber process and characterized by TEM and IR. The amine surface loading was determined by the method already established for the pure silica systems. The azide surface loading could also be quantified by reduction with sodium boronhydride to amine groups and then conjugation to Fmoc-Rink amide linker. Upon cleavage of Fmoc with piperidine, the total amine surface loading was obtained. The amount of azide surface groups was then determined from the difference of the total amine surface loading and the amine surface loading. Thus, it was possible to quantify both amine and azide surface groups on a single nanoparticle system. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) are potent T2 contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). Due to their natural metabolism after injection into the blood stream, SPIONs mostly end up inside macrophages, liver, spleen or kidneys. To generate a potential target-specific SPION-based T2 contrast agent for MRI, the neurohormone peptide ALST1 was conjugated by CuAAC to the azide- and amine functionalized superparamagnetic iron oxide nanoparticles, since ALST1 is supposed to target difficult-to-treat neuroendocrinic tumours due to its analogy to galanin and somastatin receptor ligands. The organic fluorescent dye cyanine 5 (Cy5) was also conjugated to the silica-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) via a NHS-ester to the amines to enable cell uptake studies by fluorescence microscopy. These constructs were characterized by TEM, dynamic light scattering (DLS), and IR. The amino acids of the conjugated ALST1 were determined by the HPLC method as described before for peptide-modified silica nanoparticle surfaces. Then, the relaxivity r2 was measured at 7 T. However, a r2 value of 27 L/mmolFe·s for the dual ALST1-/Cy5-functionalized silica-coated SPIONs was not comparable to T2 contrast agents in clinical use, since their relaxivity is commonly determined at 1.5 T, and no such instrument was available. However, it can be assumed that the synthesized dual 
ALST1-/Cy5-functionalized silica-coated SPION would show a lower r2 at 1.5 T than at 7T. Commercial T2 MRI contrast agents like VSOP-C184 from Ferropharm show at r2 values of about 30 L/mmolFe·s at 1.5 T. Still, the relaxivity of the new material has some potential for application as a T2 contrast agent. Then, the material was used in cell uptake studies by fluorescence microscopy with the conjugated Cy5 dye as a probe. The dual 
ALST1-/Cy5-functionalized silica-coated SPION showed a high degree of agglomeration with no cellular uptake unlike described for ALST1-functionalized nanoparticles in literature. It is assumed that upon agglomeration of the particles, constructs form which are unable to be internalized by the cellular endocytotic pathways anymore. As a future perspective, the tendency of the particle to agglomerate should be reduced by changing the coating material to polyethylene glycol (PEG) or chitosan, which are known to be bio-compatible, bio-degradable and prevent agglomeration.
In the third part of the work, the rhenium compound [ReBr(CO)3(L)] with L = 2-phenyl-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline and its manganese analogue were synthesized by heating the ligand and rhenium pentacarbonyl bromide or and manganese pentacarbonyl bromide respectively, in toluene. However, [MnBr(CO)3(L)] was unstable upon illumination by UV light at 365 nm. Thus, it was dismissed for further application. The photophysical properties of [ReBr(CO)3(L)] were explored, by determination of the excited-state life time by the time-correlated single-photon counting (TCSPC) method and the quantum yield by a fluorescence spectrometer equipped with an integration sphere. A value of  = 455 ns, a Stokes shift of 197 nm and a rather low quantum yield =were found. Metal complexes are supposed to have superior properties compared to organic dyes due to their large Stokes shifts, long excited-state life times, and high quantum yields. Thus, amine- and azide-functionalized detonation nanodiamond (DND) as an alternative biological inert carrier system was functionalized with ALST1 to enhance its cell uptake properties. A luminescent probe for cell uptake studies using fluorescence microscopy was also attached, either based on the new rhenium complex or the commercially available organic dye Cy5, respectively. The aldehyde-functionalized rhenium complex was conjugated to the DND via oxime ligation, which is known to be a mild and catalyst-free conjugation method. The amount of peptide ALST1 on the DND was analyzed and quantified after acid hydrolysis and PITC derivatization by HPLC as described before. Then, the ALST1-/luminescent probe-functionalized DND was investigated for its photophysical properties by fluorescence spectroscopy. The Cy5-functionalized material showed a slightly lower fluorescence performance in aqueous solution than reported in literature and commercial suppliers with a life time  < 0.4 ns and quantum yields not determinable by integration sphere due to the week signal intensity. The rhenium complex-functionalized material had a very low signal intensity in only aqueous medium, and thus determination of life times and quantum yield by fluorescence spectroscopy was not possible. After incubation with MDA-MB 231 cells, the Cy5-functionalized DND could easily be detected due to its red fluorescence. However, it was not possible to visualize the rhenium complex-functionalized DND with fluorescence microscopy due to the low fluorescence intensity of the complex in aqueous medium and the lack of proper filters for the fluorescence microscope. Cy5-functionalized DND did not show any cellular uptake in fluorescence microscopy after conjugation with ALST1. Since the nanodiamond surface is known to strongly adsorb peptides and proteins, it is assumed that the peptide chain is oriented perpendicular to the nanoparticle surface and thus not able to interact with cell membrane receptors to promote cell uptake of the particles. As a future perspective, the ALST1-promoted cellular uptake of the DND should be improved by using different linker systems for peptide conjugation to prevent adsorption of the peptide chain on the particle surface.
The new analytical methods for amino-, azide-, and peptide-functionalized nanoparticles have great potential to assist in the quantification of nanoparticle surface modifications by UV/Vis spectroscopy and HPLC. The determination of surface amine and azide groups based on the cleavage of conjugated Fmoc-Rink amide linker and detected by UV/Vis spectroscopy is applicable to all amine-/azide-functionalized nanomaterials. However, particles which form very stable suspension with the cleavage mixture can cause quantification problems due to scattering, making an accurate quantification of dibenzofulvene and its piperidine adduct impossible. The detection of tyrosine- and histidine-containing peptides based on the Pauly reaction is well-suited as a fast and easy-to-perform qualitative demonstration of successful peptide surface conjugation. However, its major drawback as a colourimetric approach is that coloured particles cannot be evaluated by this method. The amino acid analysis based on HPLC after acid hydrolysis of peptides conjugated to nanoparticle surfaces to its individual building blocks and subsequent derivatization with PITC, can be used on all nanomaterials with peptide or protein surface modification. It allows detection of amino acids down to picomolar concentrations and even enables analysis of very small peptide surface loadings. However, the resulting HPLC traces are difficult to analyze.
Three new analytical methods based on UV/Vis and HPLC techniques have been developed and established. They assisted in the characterization of the synthesized DND and SPIONs with dual functionalization by ALST1 and Cy5 or [ReBr(CO)3(L)], respectively. However, the nanomaterials showed no cellular uptake due to a high tendency to agglomerate. The cellular uptake should be improved and the tendency to agglomerate of the SPIONs should be reduced by changing the surface coating from silica to either PEG or chitosan. Furthermore, different linker systems for connecting peptides to DND surfaces should be synthesized and evaluated to reduce potential peptide chain adsorption.
N2  - Das Ziel dieser Arbeit war die Synthese und Funktionalisierung biologisch relevanter Nanomaterialien wie die Silica-umhüllten superparamagnetischen Eisenoxid Nanopartikel (SPIONs) als Kontrastmittel für T2 gewichtete Magnetresonanztomographie (MRT) und Detonantionsnanodiamant mit dem Neurohormonpeptid Allatostatin 1 (ALST1) sowie einem Fluoreszenzfarbstoff. Des Weiteren sollten analytische Methoden zur Bestimmung und Quantifizierung von funktionellen Oberflächenmodifikationen wie Amine, Azide und Peptide entwickelt und etabliert werden.
Aus diesem Grund wurden im ersten Teil der Arbeit ein TGF-1 bindendes Peptid und Allatostatin 1 (ALST1), welche beide spezifisch Tumorgewebe anzielen, mit Hilfe der Festphasen Peptid Synthese (SPPS) hergestellt und durch HPLC und Massenspektrometrie charakterisiert. Danach wurden Azid-funktionalisierte Silica-Partikel durch den Stöber Prozess hergestellt und mit Hilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Infrarot Spektroskopie (IR) charakterisiert. Die Oberflächenbeladung von Aminen und Aziden wurde mit einer neuen Methode bestimmt. Azidgruppen wurden mit Natriumborhydrid zu Aminen reduziert und anschließend mit dem Fmoc-Rink Amid Linker unter Verwendung des allgemeinen SPPS Verfahrens. Durch die Abspaltung von Fmoc mit Piperidin wurden Dibenzofulven und sein Piperidin-Adduct gebildet und mit Hilfe von UV/Vis Spektroskopie quantifiziert um die Oberflächenbeladung der Amino-Gruppen auf den Nanopartikeln zu bestimmen. Danach wurden ALST1 und verwandte Tyrosin- und Phenylalanin- substituierte Modellpeptide synthetisiert und durch die Kuper(I)-katalysierte Azid-Alkin dipolare Cycloaddition (CuAAC) an die Oberfläche der Silica-Partikel konjugiert. Die erfolgreiche Peptidkonjugation wurde mit Hilfe der Pauly Reaktion, welche jedoch ausschließlich auf Tyrosin- und Histidin-haltige Peptide und Proteine anwendbar ist, nachgewiesen. Als eine universellere Alternative wurden die Peptid-konjugierten Nanomaterialien mit konzentrierter Salzsäure hydrolysiert und anschließend mit Phenylisothiocyanat (PITC) derivatisiert, was die Trennung, Bestimmung und Quantifikation der individuellen Aminosäuren des Peptids durch HPLC ermöglichte.
In dem zweiten Teil dieser Arbeit wurden Amin- und Azid-funktionalisierte Silica-umhüllte superparamagnetische Eisenoxidnanopartikel (SPIONs) durch Co-Präzipitation und anschließender Silica-Ummantelung basierend auf dem Stöber Prozess synthetisiert und mit Hilfe von TEM und IR charakterisiert. Die Oberflächenbeladung der Aminogruppen wurde an Hand der bereits etablierten Methode für Silica-Partikel bestimmt. Die Oberflächenbeladung der Azidgruppen wurde quantifiziert durch deren Reduktion mit Natriumborhydrid zu Aminogruppen und der darauf folgenden Verknüpfung mit dem Fmoc-Rink Amid Linker. Durch die Abspaltung des Fmoc mit Piperidin und dessen Quantifizierung durch UV/Vis Spektroskopie wurde so die gesamte Aminogruppen Oberflächenbeladung erhalten. Die Oberflächenbeladung mit Azidgruppen wurde dann durch die Differenz aus gesamter Amin- und tatsächlicher Amin-Oberflächenbeladung berechnet. Auf diese Weise war es möglich die Oberflächenbeladung sowohl von Aminen, als auch von Aziden an nur einem einzigen Nanopartikelsystem zu bestimmen. SPIONs können als Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen verwendet werden. Jedoch werden sie auf Grund ihres Metabolismus nach der Injektion ins Blutsystem von Makrophagen, Leber, Milz und Niere aufgenommen. Um ein potentielles, gewebespezifisches SPION-basiertes Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen zu erzeugen wurde das Neurohormonpeptid ALST1 mit Hilfe der CuAAC an die Azid-/Amin-funktionalisierten Silica-ummantelten SPIONs konjugiert, da von ALST1 eine Spezifität auf schwierig zu behandelnde neuroendokrine Tumore  vermutet wird, auf Grund seiner Ähnlichkeit zu Galanin und Somastatin Rezeptorliganden. Der organische Fluoreszenzfarbstoff Cyanin 5 (Cy5) wurde ebenfalls an den Azid-/Amin-funktionalisierten Silica-ummantelten SPIONs über einen NHS-Ester konjugiert um Zellaufnahmestudien mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie zu ermöglichen. Diese Materialien wurden mit TEM, dynamischer Lichtstreuung (DLS) und IR charakterisiert. Die Aminosäuren des konjugierten ALST1 wurden an Hand der bereits für Silica-Partikel beschriebenen HPLC-Methode bestimmt. Danach wurde die Relaxivität r2 bei 7 T gemessen. Leider sind der gemessene Wert von 27 L/mmolFe·s für das duale System ALST1-/Cy5-functionaliserte Silica-ummantelte SPIONs nicht mit klinisch verwendete T2 Kontrastmittel zu vergleichen, da diese bei einer Feldstärke von 1.5 T verwendet werden. Es ist jedoch anzunehmen, dass das synthetisierte Nanopartikelsystem bei 1.5 T eine geringere Relaxivität r2 zeigen würde als bei 7 T. Jedoch zeigen kommerzielle Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen wie zum Beispiel VSOP-C184 von Ferropharm r2 Werte um die 30 L/mmolFe·s. Von daher hat das neue Material durchaus Potential als Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen. Danach wurde das Material auf seine Zellaufnahme mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie unter Verwendung des konjugierten Cy5 als Sonde untersucht. Die dualen ALST1-/Cy5-functionaliserte Silica-ummantelte SPIONs wurden mit MDA-MB 231 Zellen inkubiert, zeigten jedoch einen hohen Grad an Agglomeration, wobei große Konstrukte gebildet wurden die nicht mehr durch die zellularen Endozytosewege internalisiert werden konnten. Für weitere Anwendungen muss die Tendenz der Partikel zur Agglomeration verringert werden. Dies kann durch einen Wechsel der Hülle von Silica zu Polyethylenglykol (PEG) oder Chitosan erreicht werden, welche dafür bekannt sind Agglomeration zu verhindern als auch biologisch kompatibel, abbaubar zu sein. Im dritten Teil der Arbeit wurde die Rheniumverbindung [ReBr(CO)3(L)] mit L = 2-Phenyl-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin und ihr Mangan-Analogon synthetisiert durch Erhitzen des Liganden und Bromopentacarbonylrhenium, beziehungsweise Bromopentacarbonyl-mangan, in Toluol. Der Komplex [MnBr(CO)3(L)] wurde jedoch wegen seiner Instabilität bei Belichtung mit UV-Licht der Wellenlänge 365 nm für weitere Anwendungen verworfen. Die photophysikalischen Eigenschaften von [ReBr(CO)3(L)] wurden untersucht durch die Bestimmung der Lebenszeit des angeregten Zustandes mit der time-correlated single-photon counting (TCSPC) Methode und die Quantenausbeute mit Hilfe eines Fluoreszenzspektrometers welches mit einer Integrationsphäre ausgerüstet war. Ein Wert von  = 455 ns, einem Stokes shift von 197 nm und eine eher niedrige Quantenausbeute  = 0.05 wurden ermittelt. Es wird behauptet, dass Metallkomplexe den organischen Fluoreszenzfarbstoffen überlegende Stokes shifts, Lebenszeiten des angeregten Zustandes sowie Quantenausbeuten haben. Aus diesem Grund wurde der Amino- und Azid-funktionalisierte DND mit ALST1, auf Grund seiner Eigenschaft die Zellaufnahme zu verstärken, funktionalisiert. Des Weiteren wurde eine Fluoreszenzsonde für Zellaufnahmestudien unter Verwendung von Fluoreszenzmikroskopie und die Partikeloberfläche konjugiert, welche entweder auf [ReBr(CO)3(L)] oder Cy5 basierten. Die Aldehyd-funktionalisierte Rheniumverbindung wurde über die Oxime Ligation an den Nanopartikel konjugiert, welche als milde und Katalysator-freie Konjugationsmethode bekannt ist. Die Menge des Peptids ALST1 auf der DND Oberfläche wurde durch HPLC nach saurer Hydrolyse und Derivatisierung mit PITC wie zuvor beschrieben analysiert und quantifiziert. Danach wurden die dualen ALST1-/Lumineszenzsonde-funktionalisierten DND in Bezug auf ihre photophysikalischen Eigenschaften mit Hilfe der Fluoreszenzspektroskopie untersucht. Das Cy5-funktionaliserte Material zeigte in wässrigem Medium etwas geringere Lebenszeit des angeregten Zustandes mit  < 0.4 ns als in der Literatur beschrieben und eine nicht bestimmbare Quantenausbeute durch die Integrationssphäre auf Grund der schwachen Emissionsintensität. Das [ReBr(CO)3(L)]-funktionalisierte Material zeigte eine sehr geringe Emissionsintensität in wässrigen Medium, welche es unmöglich machte die Lebenszeit des angeregten Zustandes und die Quantenausbeute zu bestimmen. Es war nicht möglich das Rhenium Komplex-funktionalisierte Material auf Grund seiner geringen Emissionsintensität in der Fluoreszenzmikroskopie nach Inkubation mit MDA-MB 231 Zellen zu visualisieren. Nach der Inkubation des Cy5-functionalisierten DND mit MDA-MB 231 Zellen, konnte das Material sehr gut auf Grund seiner roten Fluoreszenz identifiziert werden. Jedoch zeigte es keine Internalisierung in die Zellen nach Konjugation mit ALST1. Es wird vermutet dass die Peptidkette flach auf die Nanodiamantoberfläche, welche für ihre starke, nicht-kovalente Interaktion mit Proteinen und Peptiden bekannt ist, adsorbiert ist. Für zukünftige Anwendungen muss die ALST1-vermittelte Zellaufnahme der Detonationsnanodiamanten verbessert werden. Dies kann erreicht werden durch die Verwendung anderer Linker-Systeme zur Verbrückung von Peptid und Partikeloberfläche um Adsorption zu verhindern.
Die neuen analytischen Methoden für Amino-, Azid-, und Peptid-funktionalisierte Nanopartikel haben großes Potential in der Quantifizierung von Oberflächenmodifikationen von Nanopartikeln durch HPLC und UV/Vis. Die Bestimmung von Oberflächenbeladungen von Amin- und Azidgruppen basierend auf der Abspaltung von konjugiertem Fmoc des Fmoc-Rink Amid Linkers und Detektion durch UV/Vis Spektroskopie ist anwendbar auf alle Amin- und Azid-funktionalisierten Nanomaterialien. Jedoch kann es bei Partikeln welche besonders stabilen Suspensionen mit der Abspaltlösung bilden zu Problemen in der Quantifikation von Dibenzofulven und seinem Piperidin Addukt mittels UV/Vis Spektroskopie auf Grund von Streuung kommen. Die Detektion von Tyrosin- und Histidin-enthaltenden Peptiden auf Nanopartikeloberflächen auf Grundlage der Pauly Reaktion ist besonders geeignet als schneller und einfach durchzuführender qualitativer Nachweis für die erfolgreiche Konjugation von Peptiden auf Nanopartikeloberflächen. Der Hauptnachteil ist jedoch, dass Partikel mit Eigenfarbe nicht verwendet werden können. Die Aminosäureanalyse auf Grundlage von HPLC nach saurer Hydrolyse von Peptid-funktionalisierten Nanomaterialien und anschließender Derivatisierung mit PITC kann für alle Peptid- oder Protein-modifizierten Nanomaterialien verwendet werden. Es ermöglicht die Detektion von bis zu pikomolaren Konzentrationen und damit die Quantifizierung sehr geringe Oberflächenbeladungen mit Peptiden und Proteinen. Jedoch sind die resultierenden HPLC Chromatogramme schwierig zu interpretieren.
Drei neue analytische Methoden auf der Grundlage von UV/Vis und HPLC Techniken wurden entwickelt und etabliert. Sie halfen bei der erfolgreichen Charakterisierung der synthetisierten DND und SPIONs mit dualer Funktionalisierung durch ALST1 und Cy5, beziehungsweise [ReBr(CO)3(L)]. Jedoch zeigten die Nanomaterialien auf Grund der hohen Tendenz zur Agglomeration keine Zellaufnahme. Das weitere Vorgehen umfasst die Verbesserung der Zellaufnahme durch ersetzen der Silica-Hülle der SPIONs mit PEG oder Chitosan. Bei den DND müssen andere Linkersysteme in Betracht gezogen und dann synthetisiert werden, welche die Adsorption der Peptidkette auf der Oberfläche des Partikels verhindern.
KW  - Nanopartikel
KW  - Bioanorganische Chemie
KW  - Peptide
KW  - SPION
KW  - Nanodiamond
KW  - Neuropeptide Hormone
KW  - Particle analytics
KW  - fluorescence
KW  - SPION
KW  - Nanodiamant
KW  - Neuropeptidhormon
KW  - Partikelanalytik
KW  - Fluoreszenz
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103709
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chen, Wenchun
T1  - Studies on the role of calcium channels and the kinase domain of transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) in platelet function
T1  - Studien über die Rolle von Calcium Kanälen und der Kinase Dömane von transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) für die Thrombozytenfunktion
N2  - Platelet activation and aggregation are essential processes for the sealing of injured vessel walls and preventing blood loss. Under pathological conditions, however, platelet aggregation can lead to uncontrolled thrombus formation, resulting in irreversible vessel occlusion. Therefore, precise regulation of platelet activation is required to ensure efficient platelet plug formation and wound sealing but also to prevent uncontrolled thrombus formation. Rapid elevations in the intracellular levels of cations are a core signaling event during platelet activation. In this thesis, the roles of Ca2+ and Mg2+ channels in the regulation of platelet function were investigated.
Orai1, the major store-operated calcium (SOC) channel in platelets, is not only vital for diverse signaling pathways, but may also regulate receptor-operated calcium entry (ROCE). The coupling between the Orai1 signalosome and canonical transient receptor potential channel (TRPC) isoforms has been suggested as an essential step in the activation of store-operated calcium entry (SOCE) and ROCE in human platelets. However, the functional significance of the biochemical interaction between Orai and TRPC isoforms still remains to be answered. In the first part of this thesis, the functional crosstalk between Orai1 and TRPC6 was addressed. Orai1-mediated SOCE was found to enhance the activity of phospholipases (PL) C and D, to increase diacylglycerol (DAG) production and finally to regulate TRPC6-mediated ROCE via DAG, indicating that the regulation of TRPC6 channel activity seems to be independent of the physical interaction with Orai1. Furthermore, Orai1 and TRPC6 double deficiency led to a reduced Ca2+ store content and basal cytoplasmic Ca2+ concentrations, but surprisingly also enhanced ATP secretion, which may enhance Ca2+ influx via P2X1 and compensate for the severe Ca2+ deficits seen in double mutant platelets. In addition, Orai1 and TRPC6 were not essential for G protein-coupled receptor (GPCR)-mediated platelet activation, aggregation and thrombus formation.
Transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) contains a cytosolic serine/threonine protein kinase. To date, a few in vitro substrates of the TRPM7 kinase have been identified, however, the physiological role of the kinase remains unknown. In the second part of this thesis, mice with a point mutation which blocks the catalytic activity of the TRPM7 kinase (Trpm7KI) were used to study the role of the TRPM7 kinase in platelet function. In Trpm7KI platelets phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) metabolism and Ca2+ mobilization were severely impaired upon glycoprotein (GP) VI activation, indicating that the TRPM7 kinase regulates PLC function. This signaling defect in Trpm7KI platelets resulted in impaired aggregate formation under flow and protected animals from arterial thrombosis and ischemic brain infarction. Altogether, these results highlight the kinase domain of TRPM7 as a pivotal signaling moiety implicated in the pathogenesis of thrombosis and cerebrovascular events.
N2  - Die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten sind zwei elementare Prozesse für das Abdichten verletzter Gefäßwände und damit zur Verhinderung von exzessivem Blutverlust. Unter pathologischen Bedingungen kann die Thrombozytenaggregation jedoch zur unkontrollierten Thrombusbildung und folglich zum irreversiblen Gefäßverschluss führen. Daher ist eine präzise Regulation der Thrombozytenaktivierung wichtig, um effizient Gefäßverletzungen zu schließen aber gleichzeitig eine unkontrollierte Thrombusbildung zu verhindern. Schnelle Veränderungen der zytoplasmatischen Konztentration von Kationen stellen ein Kernelement der Signaltransduktion während der Plättchenaktivierung dar. In dieser Arbeit wurden die Rolle von Ca2+ und Mg2+ Kanälen in der Regulation der Thrombozytenfunktion untersucht.
Orai1, der bedeutendste store-operated calcium (SOC) Kanal in Thrombozyten, ist nicht nur entscheidend für verschiedene Signalwege, sondern reguliert möglicherweise auch receptor-operated calcium entry (ROCE). Die Kopplung zwischen dem Orai1-Signalkomplex und canonical transient receptor potential channel (TRPC) Isoformen wurde als entscheidender Schritt in der Aktivierung in der Aktivierung von store-operated calcium entry (SOCE) und ROCE in humanen Thrombozyten vermutet. Die Frage nach der funktionellen Relevanz der Interaktion zwischen Orai und TRPC Isoformen blieb jedoch unbeantwortet. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde der funktionelle Crosstalk zwischen Orai1 und TRPC6 adressiert. Hierbei zeigte sich, das Orai1-vermittelter SOCE die Aktivität der Phosholipasen (PL) C und D steigert, die Diacylglycerol (DAG) Produktion verstärkt und schließlich TRPC6-vermittelten ROCE via DAG reguliert, was darauf hindeutet, dass die Regulation der TRPC6 Kanalaktivität unabhängig von einer direkten Interaktion mit Orai1 zu sein scheint. Darüber hinaus führte die Doppeldefizienz von Orai1 und TRPC6 zu verringerten Ca2+ Konzentrationen in intrazellulären Ca2+-Speichern und im Zytoplasma der Thrombozyten. Überraschenderweise war auch die ATP-Sekretion erhöht, was eventuell den Ca2+-Einstrom durch P2X1 verstärkt und möglicherweise das starke Ca2+-Defizit in den doppeldefizienten Thrombozyten kompensiert. Außerdem wurde gezeigt, dass Orai1 und TRPC6 nicht für die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten sowie für die Thrombusbildung mittlels G protein-gekoppelter Rezeptoren (GPCR) benötigt werden. 
Transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) enthält eine zytosolische Serin/Threonin-Kinase Domain. Bislang wurden zwar wenige in vitro Substrate der TRPM7 Kinase identifiziert, jedoch ist die physiologische Rolle dieser Kinase immer noch unbekannt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Mäuse mit einer Punktmutation, welche die katalytische Aktivität der TRPM7 Kinase blockiert (Trpm7KI) eingesetzt um die Rolle der TRPM7 Kinase für die Funktion von Thrombozyten zu untersuchen. In Trpm7KI Thrombozyten war der Metabolismus von phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) und die Ca2+-Mobilisierung nach Aktivierung des Rezeptors Glykoprotein (GP) VI schwer beeinträchtigt, was darauf hindeutet, dass die Aktivität der TRPM7 Kinase die Funktion der PLC reguliert. Aus diesem Signaltransduktionsdefekt in Trpm7KI Thrombozyten resultierte eine verringerte Aggregatbildung unter Flussbedingungen und ein Schutz der Tiere vor arteriellen Thrombosen und ischämischem Schlaganfall. Zusammenfassend heben diese Ergebnisse die Kinasedomäne von TRPM7 als einen ausschlaggebenden Bestandteil in Signalkaskaden hervor und implizieren eine Rolle dieser Domäne in der Pathogenese von ischämischen Kardio- und zerebrovaskulären Erkrankungen.
KW  - Thrombozyt
KW  - Calciumkanal
KW  - Protein TRPC6
KW  - Platelet
KW  - Orai1
KW  - Crosstalk
KW  - TRPM7 kinase
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103719
ER  - 
TY  - THES
A1  - Moitinho e Silva, Lucas
T1  - Exploration of microbial diversity and function in Red Sea sponges by deep sequencing
T1  - Untersuchungen zur mikrobiellen Diversität und Funktion in Schwämmen aus dem Roten Meer mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung
N2  - Marine sponges (phylum Porifera) are simple, sessile, filter-feeder animals. Microbial symbionts are commonly found in the sponge internal tissue, termed the mesohyl. With respect to the microbial content, sponges are classified as either low-microbial abundance sponges (LMA), or high-microbial abundance sponges (HMA). The HMA/LMA dichotomy was explored in this Thesis using the Red Sea sponges as experimental models. A range of methods encompassing transmission electron microscopy, 16S rRNA gene deep sequencing, and metatranscriptomics was employed towards this goal. Here, particular emphasis was placed on the functional analysis of sponge microbiomes.
The Red Sea sponges Stylissa carteri, Xestospongia testudinaria, Amphimedon ochracea, and Crella cyathophora were classified as HMA or LMA sponges using transmission electron microscopy. The diversity, specificity, and transcriptional activity of microbes associated with the sponges S. carteri (LMA) and X. testudinaria (HMA) and seawater were investigated using 16S rRNA amplicon pyrosequencing. The microbial composition of S. carteri was more similar to that of seawater than to that of X. testudinaria, which is consistent with the observation that the sequence data set of S. carteri contained many more possibly seawater sequences (~24%) than the X. testudinaria data set (~6%). The most abundant operational taxonomic units (OTUs) were shared between all three sources (S. carteri, X. testudinaria, seawater), while rare OTUs were unique to any given source. Despite this high degree of overlap, each sponge species contained its own specific microbiota. S. carteri microbiomes were enriched of Gammaproteobacteria and members of the genus Synechococcus and Nitrospira. Enriched members of X. testudinaria microbiomes included Chloroflexi, Deferribacteres, and Actinobacteria. The transcriptional activity of sponge-associated microorganisms was assessed by comparing 16S rRNA gene with transcript amplicons, which showed a good correlation.
The microbial functional gene repertoire of sponges and seawater from the Red Sea (X. testudinaria, S. carteri) and the Mediterranean (Aplysina aerophoba, Dysidea avara) were investigated with the environmental microarray GeoChip 4. Amplicon sequencing was performed alongside in order to assess microbial diversity. The typical microbial diversity patterns characteristic of HMA (abundance of Gammaproteobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria, Deferribacteres, and others) and LMA sponges (abundance of Alpha-, Beta-, Gammaproteobacteria, Cyanobacteria, and Bacteroidetes) were confirmed. The HMA/LMA dichotomy was stronger than any possible geographic pattern based on microbial diversity (amplicon) and functional genes (GeoChip). However upon inspection of individual genes detected by GeoChip, very few specific differences were discernible, including differences related to microbial ammonia oxidation, ammonification (higher gene abundance in sponges over seawater) as well as denitrification (lower gene abundance). Furthermore, a higher abundance of a gene, pcc, representative of archaeal autotrophic carbon fixation was noted in sponges over seawater. Thirdly, stress-related genes, in particular those related to radiation, were found in lower abundances in sponge microbiomes than in seawater. With the exception of few documented specific differences, the functional gene repertoire between the different sources appeared largely similar.
The most actively expressed genes of S. carteri microbiomes were investigated with metatranscriptomics. Prokaryotic mRNA was enriched from sponge total RNA, sequenced using Illumina HiSeq technology, and annotated with the metagenomics Rapid Annotation using Subsystem Technology (MG-RAST) pipeline. High expression of archaeal ammonia oxidation and photosynthetic carbon fixation by members of the genus Synechococcus was detected. Functions related to stress response and membrane transporters were among the most highly expressed by S. carteri symbionts. Unexpectedly, gene functions related to methylotrophy were highly expressed by gammaproteobacterial symbionts. The presence of seawater-derived microbes is indicated by the phylogenetic proximity of organic carbon transporters to orthologs of members from the SAR11 clade. In summary, the most expressed functions of the S. carteri-associated microbial community were revealed and linked to the dominant taxonomic members of the microbiome.
In conclusion, HMA and LMA Red Sea sponges were used as models to gain insights into relevant themes in sponge microbiology, i.e. diversity, specificity, and functional activities. Overall, my Thesis contributes to a better understanding of sponge-associated microbial communities, and the implications of this association to marine ecology.
N2  - Marine Schwämme (phylum Porifera) sind einfache, sessile, sich mittels Filtration von Meerwasser ernährende Tiere. Das Schwammgewebe, als Mesohyl definiert, ist häufig durch mikrobielle Symbionten besiedelt. Im Hinblick auf die mikrobielle Abundanz werden Schwämme in sogenannte „low-microbial abundance“ (LMA) oder „high microbial abundance“ (HMA) Kategorien unterteilt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die „HMA/LMA-Dichotomie“ anhand von Schwämmen aus dem Roten Meer untersucht. Verschiedene Methoden, wie die Transmissions-Elektronenmikroskopie, 16S rRNA Gen-Hochdurchsatz-Sequenzierung sowie die Metatranskriptomik kamen zum Einsatz. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die funktionale Analyse der Schwammsymbionten gelegt.
Die Schwämme Stylissa carteri, Xestospongia testudinaria, Amphimedon ochracea und Crella cyathophora aus dem Roten Meer wurden zunächst mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie als HMA oder LMA-Schwämme klassifiziert. Die Diversität, Spezifizität sowie transkriptionelle Aktivität von mit S. carteri (LMA), X. testudinaria (HMA) oder Meerwasser-assoziierten Mikroorganismen wurde mittels 16S rRNA Gen-Ampliconsequenzierung untersucht. Die mikrobielle Zusammensetzung von S. carteri ähnelte mehr der des Meerwassers als der von X. testudinaria, was mit dem Befund übereinstimmt, dass der Sequenzdatensatz von S. carteri deutlich mehr Meerwassersequenzen enthielt (~ 24%) als der von X. testudinaria (6%). Die am häufigsten vorliegenden „operational taxonomic units“ (OTUs) lagen gleichermaßen im Probenmaterial (S. carteri, X. testudinaria, Meerwasser) vor, während die am wenigsten häufigen OTUs jeweils spezifisch für eine Probe waren. Trotz der hohen Gemeinsamkeiten enthielt jede Schwammart ein eigenes Bakterienprofil. Die Mikrobiome von S. carteri waren durch Gammaproteobacteria, sowie Vertreter der Gattung Synechococcus und Nitrospira angereichert. Häufige Vertreter des X. testudinaria Mikrobioms waren Chloroflexi, Deferribacteres und Actinobacteria. Die transcriptionelle Aktivität von Schwamm-assoziierten Mikroorganismen wurde auf der Basis von 16S rRNA-Genen und 16S rRNA-Transkripten verglichen und zeigte eine gute Korrelation.
Das funktionale Genrepertoire von Schwämmen und Meerwasser aus dem Roten Meer (X. testudinaria, S. carteri) und dem Mittelmeer (Aplysina aerophoba, Dysidea avara) wurde mittels des Mikroarrays GeoChip 4 verglichen. Die Ampliconsequenzierung wurde begleitend zur Charakterisierung der mikrobiellen Diversität durchgeführt. Die charakteristischen Diversitätsmuster von HMA-Schwämmen (Gammaproteobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria, Deferribacteres und weitere) und LMA-Schwämmen (Alpha-, Beta-, Gammaproteobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes) konnten bestätigt werden. Die HMA/LMA-Dichotomie war sowohl im Bezug auf die Diversität (Amplikon-Daten) als auch auf das funktionale Genrepertoire (GeoChip) deutlich stärker ausgeprägt als ein mögliches geographisches Muster. Jedoch konnten nach Analyse einzelner Gene nur wenige spezifische Unterschiede definiert werden. Diese betrafen beispielsweise die mikrobielle Ammonium-Oxidation, Ammonifikation (höhere Genabundanz in Schwämmen als Meerwasser) oder die Denitrifikation (niedrigere Genabundanz in Schwämmen als Meerwasser). Weiterhin wurde eine höhere Genabundanz des pcc -Gens in Schwämmen als im Meerwasser beschrieben. Dieses Gen gilt als Indikator für archaeale, autotrophe Kohlenstoff-Fixierung. Drittens wurde eine niedrige Genabundanz von Stress-Genen, insbesondere im Bezug auf UV-Strahlung, in Schwämmen als im Meerwasser beobachtet. Von wenigen spezifischen Ausnahmen abgesehen war das funktionale Genrepertoire zwischen dem Probenmaterial jedoch sehr ähnlich.
Die am häufigsten exprimierten Gene des S. carteri Mikrobioms wurden mittels Metatranskriptomik untersucht. Zu diesem Zweck wurde die prokaryotische mRNA aus der Gesamt-Schwamm RNA angereichert, mittels Illumina HiSeq-Technologie sequenziert und mittels der MG-RAST-Software annotiert. Die mit am häufigsten exprimierten Gene betrafen die archaeale Ammonium-Oxidation und die photosynthetische Kohlenstoff-Fixierung durch Synechococcus. Weiterhin waren Stress- und Membrantransport-relevane Gene mit am häufigsten exprimiert. Unerwartet war der Befund, dass Methylotrophie-verwandte Gene ebenfalls sehr häufig exprimiert wurden. Das Vorliegen von Meerwasserbakterien ist durch die phylogenetische Nähe von organischen Kohlenstoff-Transportern zu Genen der SAR11-Klade belegt. Zusammenfassend wurden in dieser Studie die am häufigsten transkribierten Funktionen des S. carteri Mikrobioms beschrieben und bezüglich ihrer taxonomischen Zugehörigkeit analysiert. 
Zusammenfassend wurden HMA und LMA-Schwämme aus dem Roten Meer als experimentelle Modellsysteme verwendet, um Einblicke in für die Schwamm-Mikrobiologie relevante Fragen bezüglich der mikrobiellen Diversität, Spezifität und funktionalen Aktivität zu gewinnen. Diese PhD-Arbeit trägt zu einem verbesserten Verständnis der Mikrobiologie von Schwämmen sowie deren Bedeutung für die marine Ökologie im Allgemeinen bei.
KW  - Meeresschwämme
KW  - Rotes Meer
KW  - Bakterien
KW  - Marine sponge
KW  - Symbiosis
KW  - Red Sea
KW  - Deep sequencing
KW  - Bacteria
KW  - Microbial community
KW  - Diversity
KW  - Metatranscriptomics
KW  - Function
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103836
ER  - 
TY  - THES
A1  - Janotta, Peter
T1  - Nonlocality and entanglement in Generalized Probabilistic Theories and beyond
T1  - Nicht-Lokalität und Verschränkung in verallgemeinerten Wahrscheinlichkeitstheorien
N2  - Quantum theory is considered to be the most fundamental and most accurate physical theory of today. Although quantum theory is conceptually difficult to understand, its mathematical structure is quite simple. What determines this particularly simple and elegant mathematical structure? In short: Why is quantum theory as it is?

Addressing such questions is the aim of investigating the foundations of quantum theory. In the past this field of research was sometimes considered as an academic subject without much practical impact. However, with the emergence of quantum information theory this perception has changed significantly and both fields started to fruitfully influence each other. Today fundamental aspects of quantum theory attract increasing attention and the field belongs to the most exciting subjects of theoretical physics.
This thesis is concerned with a particular branch in this field, namely, with so-called Generalized Probabilistic Theories (GPTs), which provide a unified theoretical framework in which classical and quantum theory emerge as special cases. This is used to examine nonlocal features that help to distinguish quantum theory from alternative toy theories. In order to extend the scope of theories that can be examined with the framework, we also introduce several generalizations to the framework itself. 

We start in Chapter 1 with introducing the standard GPT framework and summarize previous results, based on a review paper of the author [New J. Phys. 13, 063024 (2011)]. To keep the introduction accessible to a broad readership, we follow a constructive approach. Starting from few basic physically motivated assumptions we show how a given set of observations can be manifested in an operational theory. Furthermore, we characterize consistency conditions limiting the range of possible extensions. We point out that non-classical features of single systems can equivalently result from higher dimensional classical theories that have been restricted. Entanglement and non-locality, however, are shown to be genuine non-classical features. We review features that have been found to be specific for quantum theory separably or single and joint systems.

Chapter 2 incorporates results published in [J. Phys. A 47(32), pp. 1-32 (2014)] and [Proc. QPL 2011 via EPTCS vol. 95, pp. 183–192 (2012)]. The GPT framework is applied to show how the structure of local state spaces indirectly affects possible nonlocal correlations, which are global properties of a theory. These correlations are stronger than those possible in a classical theory, but happen to show different restrictions that can be linked to the structure of subsystems. We first illustrate the phenomenon with toy theories with particular local state spaces. We than show that a particular class of joint states (inner product states), whose existence depends on geometrical properties of the local subsystems, can only have correlations for a known limited set called Q1. All bipartite correlations of both, quantum and classical correlations, can be mapped to measurement statistics from such joint states.

Chapter 3 shows unpublished results on entanglement swapping in GPTs. This protocol, which is well known in quantum information theory, allows to nonlocally transfer entanglement to initially unentangled parties with the help of a third party that shares entanglement with each. We review our approach published in [Proc. QPL 2011 via EPTCS vol. 95, pp. 183–192 (2012)], which mimics the joint systems' structure of quantum theory by modifying a popular toy theory known as boxworld. However, it is illustrated that this approach fails for bigger multipartite systems due to inconsistencies evoked by entanglement swapping. It turns out that the GPT framework does not allow entanglement swapping for general subsystems with two-dimensional state spaces with transitive pure states. Altering the GPT framework to allow completely globally degrees of freedom, however, enables us to construct consistent entanglement swapping for these subsystems. This construction resembles the situation in quantum theory on a real Hilbert space.

A questionable assumption usually taken in the standard GPT framework is the so-called no-restriction hypothesis. It states that the measurement that are possible in a theory can be derived from the state space. In fact, this assumption seems to exist for reasons of mathematical convenience, but it seems to lack physical motivation. We generalize the GPT framework to also account for systems that do not obey the no-restriction hypothesis in Chapter 4, which presents results published in [Phys. Rev. A 87, 052131 (2013)] and [Proc. QPL 2013, to be published in EPTCS]. The extended framework includes new classes of probabilistic theories. As an example, we show how to construct theories that include intrinsic noise. We also provide a "self-dualization" procedure that requires the violation of the no-restriction hypothesis. This procedure restricts the measurement of arbitrary theories such that the theories act as if they were self-dual. Self-duality has recently gathered lots of interest, since such theories share many features of quantum theory. For example Tsirelson’s bound holds for correlations on the maximally entangled state in these theories. Finally, we characterize the maximal set of joint states that can be consistently defined for given subsystems. This generalizes the maximal tensor product of the standard GPT framework.
N2  - Die Quantentheorie wird als eine der grundlegensten und präzisesten physikalischen Theorien unserer Zeit angesehen. Auch wenn die Theorie konzeptionell schwierig zu verstehen ist, so ist die eigentliche mathematische Struktur überraschend einfach. Auf welcher physikalischen Grundlage basiert diese besonders einfache und elegante mathematische Struktur? Oder anders ausgedrückt: Warum ist die Quantentheorie so wie sie ist?

Das Gebiet der "Grundlagen der Quantentheorie" versucht, auf diese Fragen Antworten zu finden. In der Vergangenheit wurde dieses Forschungsgebiet als überwiegend akademisch mit wenig praktischen Nutzen angesehen. Mit dem Fortschritt der Quanteninformationstheorie hat sich diese Sicht aber grundsätzlich gewandelt, da beide Gebiete einander stetig fruchtbar beeinflussen . Dadurch stößt die Grundlagenforschung zur Quantentheorie derzeit auf wachsendes Interesse, so dass das Gebiet nun wohl zu den spannensten Themenbereichen der theoretischen Physik gezählt werden darf. 
Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer bestimmten Richtung in diesem Feld - den sogenannten "Verallgemeinerten Wahrscheinlichkeitstheorien" (GPTs). Diese bilden einen umfassenden theoretischen Rahmen zur Beschreibung physikalischer Theorien, wobei die klassische Wahrscheinlichkeitstheorie und die Quantentheorie als Spezialfälle enthalten sind. Wir nutzen diesen Ansatz in dieser Arbeit, um nicht-lokale Eigenschaften zu untersuchen, die helfen die Sonderrolle der Quantentheorie gegenüber nicht realisierter Alternativen zu verstehen. Um die Anwendungsbereich dieses Ansatzes zu vergrößern, führen wir verschiedene Verallgemeinerungen ein. Dadurch wird es möglich die Auswirkungen von Annahmen zu untersuchen, die typischerweise beim GPT-Ansatz gemacht werden.

Basierend auf einem Übersichtsartikel des Autors [New J. Phys. 13, 063024 (2011)], beginnen wir in Kapitel 1 zunächst mit einer Einführung des üblichen GPT-Ansatzes und fassen bisherige Ergebnisse zusammen. Um die Einführung möglichst verständlich zu halten, verfolgen wir dabei einen konstruktiven Ansatz. Beginnend mit wenigen, physikalisch wohlmotivierten Annahmen, zeigen wir wie beliebige experimentelle Beobachtungen in einer operationalen Theorie festgehalten werden können. Desweiteren, charakterisieren wir die Konsistenzbedingungen, die bei darauf aufbauenden Erweiterungen der Theorie beachtet werden müssen. Wir zeigen auf, dass nicht-klassische Eigenschaften eines Einzelsystems in gleicher Weise auch in einem höherdimensionalen klassischen System auftreten können, wenn man die Menge möglicher Messungen beschränkt. Hingegen wird gezeigt, dass Verschränkung und Nicht-Lokalität echt nicht-klassische Eigenschaften darstellen. Besondere Eigenschaften, die spezifisch für die Quantentheorie sind, werden separat für Einzelsysteme und zusammengesetzte Systeme besprochen. 

Kapitel 2 enthält Ergebnisse, die wir in [J. Phys. A 47(32), pp. 1-32 (2014)] und [Proc. QPL 2011 via EPTCS vol. 95, pp. 183–192 (2012)] veröffentlicht haben. Der GPT-Ansatz wird dort dazu benutzt, um zu zeigen, wie die Struktur lokaler Zustandsräume indirekt die möglichen nicht-lokalen Korrelationen beeinflusst, die selbst eigentlich globale Eigenschaften darstellen. Solche Korrelationen sind stärker als jene, die in der klassischen Wahrscheinlichkeitstheorie möglich sind, zeigen jedoch andere Beschränkungen, die wir auf die Struktur der Subsysteme zurück führen können. Zunächst illustrieren wir dieses Phänomen mit Spieltheorien mit bestimmten lokalen Zustandsräumen. Danach zeigen wir, dass für eine besondere Klasse von zusammengesetzten Zuständen (inner product states), deren Existenz von geometrischen Eigenschaften der lokalen Subsysteme abhängt, Korrelationen im Allgemeinen auf eine Menge beschränkt sind, die als Q1 bekannt ist.
Alle bipartiten Korrelationen von Quantentheorie und klassischer Wahrscheinlichkeitstheorie können auf die Messstatistiken dieser Zustände zurückgeführt werden. 

Kapitel 3 beinhaltet größtenteils unpublizierte Ergebnisse zu Verschränkungstausch (entanglement swapping) in GPTs. Diese Protokoll, das aus der Quanteninformationstheorie bekannt ist, erlaubt den nicht-lokalen Transfer von Verschränkung zu anfangs unverschränkten Parteien mit Hilfe eines Dritten, der verschränkte Zustände mit Beiden teilt. Wir stellen zunächst unseren in [Proc. QPL 2011 via EPTCS vol. 95, pp. 183–192 (2012)] eingeführten Ansatz vor, der die Struktur zusammengesetzter Systeme in der Quantentheorie nachahmt. Dafür modifizieren wir eine populäre Spieltheorie, die unter dem Namen boxworld bekannt ist. Es stellt sich jedoch heraus, dass dieser Ansatz für größere multipartite Systeme fehlschlägt, da die Anwendung des Verschränkungstausch-Protokolls zu Inkonsistenzen führt. Wir zeigen dann, dass der GPT-Ansatz generell konsistenten Verschränkungstausch für solche Systeme verbietet, die Subsysteme mit zwei-dimensionalen Zustandsräumen haben, wo die reinen Zustände reversibel in einander überführbar sind. Ändern wir den GPT-Ansatz jedoch insofern, dass rein globale Freiheitsgrade zugelassen sind, zeigt sich das Verschränkungstausch auch für diese Systeme möglich wird. Dabei kommt eine Konstruktion zum Einsatz, die die Situation nachahmt, wie sie in der Quantentheorie auf einem reellen Hilbertraum herrscht. 

Normalerweise geht der GPT-Ansatz von der sogenannten No-restriction-Hypothese aus, bei der der Zustandsraum einer physikalischen Theorie auch die Menge möglicher Messungen bestimmt. Allerdings scheint diese Annahme nicht physikalisch motiviert. Wir verallgemeinern daher in Kapitel 4 den Ansatz auf Systeme, die nicht der No-restriction-Hypothese gehorchen unter Verwendung von Resultaten aus [Phys. Rev. A 87, 052131 (2013)] und [Proc. QPL 2013, wird veröffentlicht in EPTCS]. Wir zeigen, wie unser so erweiterte Ansatz dazu genutzt werden kann, neue Klassen von Wahrscheinlichkeitstheorien zu beschreiben. Dadurch lässt sich beispielsweise in eine Theorie intrinsisches Rauschen fest einbauen. Das Aufheben der no-restriction-Hypothese erlaubt es uns außerdem eine Selbstualisierungsprozedur einzuführen. Dadurch lassen sich eine neue Klasse von Theorien definieren, die der Quantentheorie ähnelnde Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise sind die Korrelationen durch Messungen auf den maximal verschränkten Zustands durch die Tsirelson-Schranke beschränkt. Schließlich charakterisieren wir die maximale Menge zusammengesetzter Zustände, die sich allgemein konsistent für gegebene Subsysteme definieren lassen. Dies verallgemeinert das aus dem normalen GPT-Ansatz bekannte, sogenannte maximale Tensorprodukt.
KW  - Quantentheorie
KW  - Quantum Foundations
KW  - Nonlocal Correlations
KW  - Generalized Probabilistic Theories
KW  - Grundlagen der Quantentheorie
KW  - Nicht-lokale Korrelationen
KW  - Grundlage
KW  - Wahrscheinlichkeitstheorie
KW  - Theoretische Physik
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105612
ER  - 
TY  - THES
A1  - Werner, Christian
T1  - Effect of autoantibodies targeting amphiphysin or glutamate decarboxylase 65 on synaptic transmission of GABAergic neurons
T1  - Einfluss von Autoantikörpern gegen Amphiphysin oder Glutamatdecarboxylase 65 auf synaptische Transmission GABAerger Neurone
N2  - The number of newly detected autoantibodies (AB) targeting synaptic proteins in neurological disorders of the central nervous system (CNS) is steadily increasing. Direct interactions of AB with their target antigens have been shown in first studies but the exact pathomecha-nisms for most of the already discovered AB are still unclear. The present study investigates pathophysiological mechanisms of AB-fractions that are associated with the enigmatic CNS disease Stiff person syndrome (SPS) and target the synaptically located proteins amphiphysin or glutamate decarboxylase 65 (GAD65).
In the first part of the project, effects of AB to the presynaptic endocytic protein amphiphysin were investigated. Ultrastructural investigations of spinal cord presynaptic boutons in an es-tablished in-vivo passive-transfer model after intrathecal application of human anti-amphiphysin AB showed a defect of endocytosis. This defect was apparent at high synaptic activity and was characterized by reduction of the synaptic vesicle pool, clathrin coated vesi-cles (CCVs), and endosome like structures (ELS) in comparison to controls. Molecular inves-tigation of presynaptic boutons in cultured murine hippocampal neurons with dSTORM microscopy after pretreatment with AB to amphiphysin revealed that marker proteins involved in vesicle exocytosis (synaptobrevin 2 and synaptobrevin 7) had an altered expression in GA-BAergic presynapses. Endophilin, a direct binding partner of amphiphysin also displayed a disturbed expression pattern. Together, these results point towards an anti-amphiphysin AB-induced defective organization in GABAergic synapses and a presumably compensatory rearrangement of proteins responsible for CME.
In the second part, functional consequences of SPS patient derived IgG fractions containing AB to GAD65, the rate limiting enzyme for GABA synthesis, were investigated by patch clamp electrophysiology and immunohistology. GABAergic neurotransmission at low and high activity as well as short term plasticity appeared normal but miniature synaptic potentials showed an enhanced frequency with constant amplitudes. SPS patient IgG after preabsorption of GAD65-AB using recombinant GAD65 still showed specific synaptic binding to neu-rons and brain slices supporting the hypothesis that additional, not yet characterized AB are present in patient IgG responsible for the exclusive effect on frequency of miniature potentials.
In conclusion, the present thesis uncovered basal pathophysiological mechanisms underlying paraneoplastic SPS induced by AB to amphiphysin leading to disturbed presynaptic architec-ture. In idiopathic SPS, the hypothesis of a direct pathophysiological role of AB to GAD65 was not supported and additional IgG AB are suspected to induce distinct synaptic malfunction.
N2  - Die Anzahl neu charakterisierter Autoantikörper (AAK) gegen synaptische Proteine bei Er-krankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) ist stetig wachsend. Direkte Interaktionen der AAK mit ihren Zielantigenen konnten in ersten Studien belegt werden, jedoch besteht weiterhin Unklarheit über die exakten zugrunde liegenden Pathomechanismen.
In der vorliegenden Arbeit wurden pathophysiologische Mechanismen von AAK gegen die synaptisch lokalisierten Proteine Amphiphysin und Glutamatdecarboxylase 65 (GAD65) untersucht, die mit der ZNS Erkrankung Stiff Person Syndrom (SPS) assoziiert sind.
Im ersten Projektteil wurden die Effekte von AAK gegen das Endozytoseprotein Amphiphysin analysiert: in einem etablierten in-vivo Tiermodell konnten nach intrathekalem passiven Transfer von AAK gegen Amphiphysin ultrastrukturelle Untersuchungen von präsynaptischen Terminalen im Rückenmark eine Störung der Endozytose aufzeigen. Dieser Defekt, der bei hoher synaptischer Aktivität eintrat, war durch eine Verminderung synaptischen Vesikelpools, Clathrin-ummantelter Vesikel und endosomähnlicher Strukturen charakterisiert. Molekulare Untersuchungen präsynaptischer Terminale kultivierter hippokampaler Zellkulturen mit dSTORM Mikroskopie zeigten, dass an der Exozytose beteiligte synaptische Vesikelproteine (Synaptobrevin 2 und Synaptobrevin 7) ein verändertes Expressionsmuster innerhalb GA-BAerger Synapsen aufweisen. Die Expression von Endophilin, einem direkten Bindungs-partner von Amphiphysin, war ebenso verändert. Zusammengefasst weisen diese Ergebnis-se auf einen Organisationsdefekt GABAerger Synapsen hin, die durch anti-Amphiphysin AAK induziert sind und eine kompensatorische Umverteilung von Endozytoseproteinen vermuten lassen.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden die funktionellen Effekte von SPS AAK gegen GAD65, dem geschwindigkeitsbestimmenden Enzym der GABA-Synthese, mittels Patch-Clamp Mes-sungen und Immunhistologie untersucht. Die GABAerge synaptische Übertragung bei niedri-ger als auch hoher synaptischer Aktivität sowie die synaptische Kurzzeitplastizität wurden durch die IgG Fraktionen mit GAD65-AAK nicht beeinträchtigt. Die Frequenz von GABAergen Miniaturpotentialen war jedoch bei ansonsten gleichbleibender Amplitude erhöht. SPS-Patienten-IgG zeigte allerdings auch nach Präabsorbtion von GAD65-AAK mit Hilfe von rekombinanten GAD65 eine spezifische Anfärbung neuronaler Synapsen, was die Hypothese von weiteren, funktionell wirksamen, aber noch nicht identifizierten AAK im Patienten-IgG unterstützt.
Zusammenfassend konnten in der vorliegenden Arbeit grundlegende pathophysiologische Mechanismen aufgezeigt werden, wie pathogene Antikörper gegen Amphiphysin die Struktur präsynaptischer Boutons beeinträchtigen können. Im Falle des idiopathischen SPS konnte keine unterstützenden Befunde für die Hypothese einer direkten pathophysiologischen Rolle von GAD65 AAK erhoben werden. Nach den vorliegenden Ergebnissen wird das Vorhandensein weiterer, derzeit noch nicht beschriebener IgG AAK postuliert, die die synaptische Fehlfunktion erklären können.
KW  - Autoaggressionskrankheit
KW  - Zentralnervensystem
KW  - Stiff person syndrome
KW  - autoimmunity
KW  - glutamate decarboxylase 65
KW  - amphiphysin
KW  - Synapse
KW  - Glutamat-Decarboxylase
KW  - Autoimmunität
KW  - Endocytose
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105648
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hofstetter, Christine
T1  - Inhibition of H3K27me-Specific Demethylase Activity During Murine ES cell Differentiation Induces DNA Damage Response
T1  - Inhibierung der H3K27me-Spezifischen Demethylase Aktivität in Murin Differenzierenden ES Zellen Induziert die DNA Schadensantwort
N2  - Stem cells are defined by their capacity to self-renew and their potential to differentiate into multiple cell lineages. Pluripotent embryonic stem (ES) cells can renew indefinitely while keeping the potential to differentiate into any of the three germ layers (ectoderm, endoderm or mesoderm). For decades, ES cells are in the focus of research because of these unique features. When ES cells differentiate they form spheroid aggregates termed “embryoid bodies” (EBs). These EBs mimic post- implantation embryonic development and therefore facilitate the understanding of developmented mechanisms.
During ES cell differentiation, de-repression or repression of genes accompanies the changes in chromatin structure. In ES cells, several mechanisms are involved in the regulation of the chromatin architecture, including post-translational modifications of histones. Post-translational histone methylation marks became one of the best- investigated epigenetic modifications, and they are essential for maintaining pluripotency. Until the first histone demethylase KDM1A was discovered in 2004 histone modifications were considered to be irreversible. Since then, a great number of histone demethylases have been identified. Their activity is linked to gene regulation as well as to stem cell self-renewal and differentiation.
KDM6A and KDM6B are H3K27me3/2-specific histone demethylases, which are known to play a central role in the regulation of posterior development by regulating HOX gene expression. So far less is known about the molecular function of KDM6A or KDM6B in undifferentiated and differentiating ES cells. In order to completely abrogate KDM6A and KDM6B demethylase activity in undifferentiated and differentiating ES cells, a specific inhibitor (GSK-J4) was employed. Treatment with GSK-J4 had no effect on the viability or proliferation on ES cells. However, in the presence of GSK-J4 ES cell differentiation was completely abrogated with cells arrested in G1-phase and an increased rate of apoptosis. Global transcriptome analyses in early-differentiating ES cells revealed that only a limited set of genes were differentially regulated in response to GSK-J4 treatment with more genes up- regulated than down-regulated. Many of the up-regulated genes are linked to DNA damage response (DDR). In agreement with this, DNA damage was found in EBs incubated with GSK-J4. A co-localization of H3K27me3 or KDM6B with γH2AX foci, marking DNA breaks, could be excluded. However, differentiating Eed knockout (KO) ES cells, which are devoid of the H3K27me3 mark, showed an attenuated GSK-J4- induced DDR. Finally, hematopoietic differentiation in the presence of GSK-J4 resulted in a reduced colony-forming potential. This leads to the conclusion that differentiation in the presence of GSK-J4 is also restricted to hematopoietic differentiation.
In conclusion, my results show that the enzymatic activity of KDM6A and KDM6B is not essential for maintaining the pluripotent state of ES cells. In contrast, the enzymatic activity of both proteins is indispensable for ES cell and hematopoietic differentiation. Additionally KDM6A and KDM6B enzymatic inhibition in differentiating ES cells leads to increased DNA damage with an activated DDR. Therefore, KDM6A and KDM6B are associated with DNA damage and in DDR in differentiating ES cells.
N2  - Stammzellen sind definiert durch ihre Fähigkeit zur Selbsterneuerung und dem Potential in multiple Zellinien zu differenzieren. Pluripotente embryonale Stammzellen (ES Zellen) können sich fortlaufend erneuern und besitzen zudem das Potential, in alle drei Keimblätter (Ektoderm, Endoderm oder Mesoderm) zu differenzieren. Auf Grund dieser einzigartigen Eigenschaften sind ES Zellen seit Jahrzehnten im Focus der Wissenschaft. Wenn ES Zellen differenzieren, sind sie in der Lage, sphäroid-förmige Aggregate zu bilden, welche als embryoide Körperchen (EBs) bezeichnet werden. In EBs finden sich Zellen aller 3 Keimblätter und daher dienen sie als in vitro Modell für frühe embryonale Entwicklung.
Während der ES Zell Differenzierung verändert die De-repression oder Repression von Genen die Struktur des Chromatins. ES Zellen besitzen eine Vielzahl von Mechanismen, die mit der Regulation des Chromatins assoziiert sind, einschließlich post-translationale Modifikationen an Histonen. Post-translationale Histon- methylierung gehören zu den am häufigsten untersuchten epigenetischen Modifikationen und spielen z.B. ein wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Pluripotenz. Bis zur Entdeckung der ersten Histon-Demethylase KDM1A im Jahre 2004 glaubte man, dass Modifikationen an Histonen irreversible sind. Bislang wurden jedoch eine Vielzahl an Histon-Demethylasen identifiziert, welche mit der Genregulation, sowie der Selbsterneuerung und Differenzierung von Stammzelle in Verbindung gebracht werden konnten.
KDM6A und KDM6B sind H3K27me3/2-spezifische Histon-Demethylasen, welche bei der posterioren Entwicklung durch Regulation der Hox Gene eine wichtige Rolle spielen. Bislang ist über die molekulare Funktion von KDM6A und KDM6B in nicht differenzierten und differenzierenden ES Zellen wenig bekannt. Um die KDM6A und KDM6B Demethylase Aktivität in nicht differenzierten und differenzierenden ES Zellen außer Kraft zu setzten kam ein spezifischer Inhibitor (GSK-J4) zum Einsatz. Die Behandlung mit GSK-J4 zeigte keine Auswirkungen auf die Viabilität oder Proliferation von nicht differenzierten ES Zellen. Jedoch war die Differenzierung von
ES Zellen in Gegenwart von GSK-J4 inhibiert und zeigte einen erhöhten G1-Phase Arrest sowie eine erhöhte Rate an apoptotischen Zellen. Eine globale Transkriptionsanalyse in frühen differenzierenden ES Zellen, in Gegenwart von GSK- J4 zeigte, dass lediglich eine relativ geringe Zahl von Genen differenziell reguliert war. Dabei waren mehr Gene hochreguliert als herunterreguliert. Viele der hochregulierten Gene konnten mit der DNA Schadensantwort in Verbindung gebracht werden. In Übereinstimmung damit konnte in Gegenwart von GSK-J4 in differenzierenden ES Zellen DNA Schaden nachgewiesen werden. Eine Kolokalisation von H3K27me3 oder KDM6B mit γH2AX markierten Foci, welche DNA Schaden markieren, konnte nicht nachgewiesen werden. Nichts desto trotz zeigten GSK-J4 behandelte, differenzierende Eed KO ES Zellen, welche keine H3K27me3 Modifikation besitzen, eine abgemilderte DNA Schadensantwort. In Anwesenheit von GSK-J4 konnte während der hämatopoetischen Differenzierung eine reduzierte Kolonie-Bildung beobachtet werden. Daraus lässt sich schließen, dass in Anwesenheit von GSK-J4 ebenfalls auch die hämatopoetische Differenzierung inhibiert wird.
Zusammenfassend zeigen meine Ergebnisse, dass die enzymatische Aktivität von KDM6A und KDM6B für die Aufrechterhaltung des pluripotenten Zustands nicht essenziell ist. Im Gegensatz dazu ist die enzymatische Aktivität von beiden Proteinen unabdingbar für die ES Zell sowie die hämatopoetische Differenzierung. Die enzymatische Inhibierung von KDM6A und KDM6B führt während der Differenzierung zu einem erhöhten DNA Schaden, wodurch die DNA Schadensantwort aktiviert wird. Somit sind KDM6A und KDM6B mit DNA Schaden und der DNA Schadensantwort assoziiert.
KW  - Embryonale Stammzelle
KW  - Epigenetic
KW  - Maus
KW  - Histone
KW  - Demethylierung
KW  - DNS-Schädigung
KW  - Epigenetik
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107023
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wende, Beate
T1  - Diversity of saproxylic beetles and host tree specialisation in differently managed forests across Germany
T1  - Artenvielfalt und Wirtsbaumartenspezialiserung totholzbewohnender Käfer in verschiedenen Wäldern Deutschlands
N2  - Chapter I 
The gradual turnover of dead organic material into mineral nutrients is a key ecological function, linking decomposition and primary production, the essential parts of the nutrient-energy cycle. However, disturbances in terms of species or resource losses might impair the equilibrium between production and decomposition. Humanity has converted large proportions of natural landscapes and intensified land-use activity for food production. Globally, only very few areas are totally unaffected by human activity today.    
To ensure the maintenance of both essential ecosystem services, knowledge about the interplay of biodiversity and ecosystem functioning as well as effects of intensified management on both is crucial. The vast majority of terrestrial biomass production as well as decomposition take place in forest ecosystems. Though forestry has a long sustainable history in Europe, its intensification during the last century has caused severe impacts on forest features and, consequently, on the associated biota, especially deadwood dependent organisms. Among these, saproxylic beetles are the most diverse group in terms of species numbers and functional diversity, but also most endangered due to habitat loss. These features classify them as ideal research organisms to study effects of intensified forestry on ecosystem services. The BELONGDEAD project located in Germany aimed to investigate deadwood decay and functional consequences of diversity changes in the associated fauna on the decomposition process from the initialisation of deadwood decay to complete degradation. 
As part of the BeLongDead project, this dissertation focussed on saproxylic beetle species, thereby evaluating (1) regionally effects of tree species identity of fresh deadwood and (2) forest management of varying intensities on the diversity, abundance and community composition of saproxylic beetles (chapter II); (3) the specialisation degree of different trophic guilds of saproxylic beetles, and thus the stability and robustness of their interaction networks against disturbances (chapter III); (4) the impact of environmental features of local to regional spatial scales on species richness of saproxylic beetles differing in their habitat niche in terms of deadwood decay stages (chapter IV).      

Chapter II 
The vast majority of European forest ecosystems have been anthropogenically affected, leaving less than 1% of the about 1 milliard hectare as natural forests. A long history of forestry and especially the technological progress during the last century have caused massive habitat fragmentation as well as substantial loss of essential resources in European forest ecosystems. Due to this, the substrate-dependent group of saproxylic beetles has experienced severe species losses. Thus, investigations concerning saproxylic diversity and deadwood volume were badly needed. However, the importance of different deadwood in terms of tree species identity for the colonization by saproxylic beetles under different local and regional management regimes is poorly understood. Therefore, we studied possible regional differences in colonization patterns of saproxylic beetle species in a total of 688 fresh deadwood logs of 13 tree species in 9 sites of managed conifer and beech forests, and unmanaged beech forests, respectively. We found that tree species identity was an important driver in determining saproxylic species composition and abundance within fresh deadwood. However, saproxylic species showed different colonization patterns of deadwood items of the same tree species among the study regions. Regionally consistent, conifer forests were most diverse. We attribute the latter result to the historically adaption of saproxylic beetle species to semi-open forests, which conditions are actually best reflected by conifer forests. To preserve a diverse local species pool of early successional saproxylic beetles, we suggest an equal high degree of deadwood diversity in a tree species context in due consideration of regional differences. 

Chapter III
The extinction risk of a particular species corresponds with its species-specific requirements on resources and habitat conditions, in other words with the width of the species` ecological niche. Species with a narrow ecological niche are defined as specialists. Members of this group experience higher extinction risk by resource limitation than generalists, which are able to utilize a variety of resources. For the classification of species as specialists or generalists, thus evaluating possible extinction risks, ecologists use the concept of interaction networks. This method has often been applied for mutualistic or antagonistic plant-animal interactions, but information for networks of detritivores is scarce. Therefore, saproxylic beetle species sampled as described in chapter II were categorised according to their larval diet; additionally their interaction networks (N=108) with 13 dead host tree species were analysed. Specialisation degree was highest for wood-digesting beetles and decreased with increasing trophic level. Also the network indices evaluating robustness and generality indicated a higher susceptibility to species extinctions for xylophagous than for mycetophagous and predatory beetles. The specialisation of xylophagous species on specific tree species might be an adaption to tree species specific ingredients stored for defence against pathogens and pests. However, we conclude that the high specialisation degree of xylophages and thus their higher extinction risk by resource loss harbours certain dangers for ecosystem function and stability as species diversity is positively linked to both. 

Chapter IV
Populations depend on individual emigration and immigration events to ensure genetic exchange. For successful migration it is of utmost importance that spatially separated populations are obtainable by specimen. Migratory success depends on the one hand on the species dispersal abilities and on the other on the availability of suitable habitats in the surrounding landscape in which the distinct host populations exist. However, consequences of intensive forest management correspond not only to severe reduction of local deadwood amount, but, among others, also a change in tree species composition and high levels of fragmentation in the surrounding forest area. Saproxylic beetle species differ in their dispersal behaviour according to the temporal availability of their preferred habitat. Generally, early successional saproxylic beetles are able to disperse over large distances, whereas beetles inhabiting advanced decayed wood often remain close to their larval habitat. Due to this, environmental factors might affect saproxylic beetle guilds differently. We classified the saproxylic beetles sampled as described in chapter II according to their calculated habitat niche as early, intermediate or late successional saproxylic beetles. For the different guilds the effects of 14 environmental factors on different spatial scales (stand factors at 0.1 km radius, landscape composition at 2 km radius, and regionally differing abiotic factors in 400 km to 700 km distance) were investigated. Consistently for all guilds, species richness decreased with fragmentation at local and landscape scale, and increased in warmer climate. However, we found contradictory results between the guilds to some extent. We relate this to guild specific habitat requirements of the saproxylic beetles. Therefore, for the development of appropriate conservation practices guild-specific requirements saproxylic beetles have to be considered not only locally but on larger spatial scales.  

Chapter V
In conclusion, this dissertation identified main drivers of early successional saproxylic beetle species richness on various spatial scales. Our results emphasize the importance to develop management schemes meeting species-specific and guild-specific habitat requirements of the saproxylic beetle fauna at relevant spatial and temporal scales. Therefore, short-term actions suggested for sustainable forest management should be the focus on a diverse tree species composition consisting of indigenous tree species with respect to regional differences. Moreover, senescent trees, fallen and standing deadwood should remain in the forests, and some tree individuals should be allowed to grow old. Long-term actions should involve the reduction of forest fragmentation and the connection of spatial widely separated forest fragments. Furthermore, to fully understand the effects of forest management long-term research should be conducted to compare habitat requirements of intermediate and late successional beetles with the results presented in this dissertation.
N2  - Kapitel I
Die Mineralisierung von toter organischer Materie nimmt eine Schlüsselfunktion innerhalb eines Ökosystems ein, da sie die beiden essentiellen Komponenten des Energie-Nährstoff-Zyklus - Zersetzung und Primärproduktion - miteinander verbindet. Anthropogen bedingte Störungen wie z.B. Arten-, oder Ressourcenverluste können jedoch das Gleichgewicht zwischen den beiden wichtigen Ökosystemdienstleistungen Produktion und Abbau aus der Balance bringen. 
Um die Nahrungsversorgung der Menschheit zu gewährleisten, wurde bereits ein großer Teil der Natur in Agrarflächen umgewandelt und die Produktion durch intensive Bewirtschaftungsformen gesteigert. Weltweit gibt es nur noch wenige Gebiete ohne menschliche Beeinflussung. Um dauerhaft essentielle Ökosystemdienstleistungen zu gewährleisten, sind Kenntnisse über die Auswirkungen von intensiver Bewirtschaftung auf das Zusammenspiel zwischen Artenvielfalt und Ökosystemfunktionen unabdingbar. 
Der größte Teil der terrestrischen Biomasseproduktion wird von Wäldern geleistet. Obwohl die Waldbewirtschaftung in Europa lange Zeit nachhaltig war, wirkte sich deren Intensivierung während des letzten Jahrhunderts massiv auf die Waldstruktur und die damit assoziierte Fauna aus. Besonders betroffen sind die obligatorisch an Totholz gebundenen Organismen. Innerhalb der Totholzfauna sind xylobionte Käfer eine artenreiche und funktional hoch diverse Gruppe, doch aufgrund von Lebensraumverlusten sind viele Arten stark bedroht. All diese Eigenschaften klassifizieren Totholzkäfer zu idealen Forschungsobjekten, um die Auswirkungen von intensiver Waldbewirtschaftung auf Ökosystemfunktionen zu untersuchen.    
Das BELONGDEAD-Projekt hat als Ziel, die funktionalen Auswirkungen von Veränderungen in der Artengemeinschaft auf die Abbauraten von Totholz zu analysieren. Der Untersuchungszeitraum des in Deutschland beheimateten Projekts umfasst die Initialisierung des Zersetzungsprozesses bis zum vollständigen Abbau von experimentell ausgelegten Totholzstämmen unterschiedlicher Baumarten.  Als Teil des BELONGDEAD-Projekts lag der Fokus der vorliegenden Dissertation auf der Totholzkäferfauna. Wir untersuchten (1) regionale Effekte der Baumartenzugehörigkeit von frischem Totholz und (2) die Auswirkungen von Waldbewirtschaftung unterschiedlicher Intensität auf die Artenvielfalt, Abundanz und Struktur der Artengemeinschaften von totholzbewohnenden Käfern (Kapitel II); (3) den Spezialisierungsgrad verschiedener trophischer Gilden von Totholzkäfern, sowie die Stabilität und Robustheit ihrer jeweiligen Netzwerke gegen Störungen (Kapitel III); (4) den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Artenvielfalt xylobionter Käfergilden auf mehreren räumlichen Skalen.      

Kapitel II
Der Großteil der europäischen Wälder ist anthropogen beeinflusst. In Europa bilden Naturwälder weniger als 1% der gesamten Waldfläche von ca. 1 Mrd. Hektar. Traditionelle Waldbewirtschaftung und vor allem der technologische Fortschritt des letzten Jahrhunderts fragmentierten die Waldfläche in hohem Maß, und verursachten beträchtliche Verluste an lebensnotwendigen Ressourcen. Besonders innerhalb der obligatorisch an Totholz gebundenen Gruppe der xylobionten Käfer verzeichnete man einen rasanten Artenrückgang. Daher gab es einen großen Bedarf an Studien, die Untersuchungen zur Mindestmenge an lokal vorhandenem Totholz zur Sicherung der xylobionten Artenvielfalt durchführten. Wenig beachtet wurde bisher jedoch die Bedeutung der Baumartenzugehörigkeit von Totholz für die Besiedlung durch xylobionter Käfer in verschiedenen Waldbewirtschaftungssystemen auf lokaler und regionaler Ebene. Wir untersuchten daher mögliche Unterschiede zwischen 3 Regionen im Besiedlungsmuster xylobionter Käfer bei insgesamt 651 experimentell ausgelegten Baumstämmen in einem frühen Sukzessionsstadium von 13 Baumarten auf jeweils 9 Untersuchungsflächen in bewirtschafteten Buchen- und Nadelwäldern, sowie in unbewirtschafteten Buchenwäldern. Bei den ausgelegten Totholzstämmen war die Baumartenzugehörigkeit ausschlaggebend für die Struktur der Artengemeinschaften und Abundanzen xylobionter Käfer. Aufgrund der unterschiedlichen regionalen Artenpools divergierten die Besiedlungsmuster xylobionter Käferarten von Totholz der gleichen Baumart in den verschiedenen Regionen stark voneinander. In allen Regionen zeigten die Totholzkäfer in Nadelwäldern  die höchste Artenvielfalt. Dieses Ergebnis lässt sich auf die - historisch bedingte - Anpassung der Totholzkäferfauna an eine halboffene Waldstruktur zurückführen, die derzeit am besten durch Nadelwälder widergespiegelt wird. Um eine diverse lokale Artengemeinschaft xylobionter Käfer zu gewährleisten ist eine große 
Variabilität vom baumartspezifischen Totholz unabdingbar, wobei regionale Unterschiede in Betracht gezogen werden müssen.

Kapitel III
Das Aussterberisiko einer Art ist abhängig von den artspezifischen Ansprüchen an ihre Umwelt und den dort vorkommenden Ressourcen –auch definiert als die ökologische Nische der betrachteten Art. Arten mit geringer Nischenbreite sind per definitionem Spezialisten. Mitglieder dieser Gruppe stehen durch Verarmung ihres Ressourcenangebots unter einem höheren Aussterberisiko als Generalisten, die eine größere Variabilität in ihrem Ressourcenspektrum aufweisen. Interaktionsnetzwerke dienen in der Ökologie als wichtiges Werkzeug um das Aussterberisiko spezifischer Arten zu bewerten und eine Einteilung hinsichtlich Spezialist oder Generalist vorzunehmen. Bei mutualistischen oder antagonistischen Tier-Pflanzen-Interaktionen ist diese Methode etabliert, doch für die Gruppe der Zersetzer ist das Netzwerk-Konzept bisher nur sporadisch angewandt worden. Daher teilten wir die xylobionten Käferarten, die im Rahmen des in Kapitel II beschriebenen Experiments gesammelt wurden, anhand ihres larvalen Ernährungstyps in drei trophische Gilden (Xylophage, Mycetophage und Räuber) ein; anschließend wurden ihre Interaktionsnetzwerke (N= 108) mit den 13 Wirtsbaumarten analysiert. Rein xylophage Arten wiesen den höchsten Spezialisierungsgrad auf, der mit zunehmendem trophischem Grad geringer wurde. Die Netzwerkparameter Robustheit und Generalität ließen ebenfalls auf eine höhere Anfälligkeit für Artenverluste bei xylophagen als bei mycetophagen oder räuberischen Arten schließen. Die Spezialisierung xylophager Arten auf spezifische Baumarten ist möglicherweise eine Adaption an artenspezifische sekundäre Inhaltsstoffe, die als Schutz vor Schädlingen und Krankheitserregern in Holz und Rinde gespeichert werden. Der hohe Spezialisierungsgrad xylophager Käfer bedingt ein höheres Aussterberisiko bei Ressourcenverlust. Dies würde die Stabilität des Ökosystems und dessen Ökosystemfunktionen nachhaltig schwächen da eine hohe Artenvielfalt Garant für ein funktionierendes Ökosystem ist.

Kapitel IV 
Individuelle Immigrations- und Emigrationsereignisse sind für die Sicherstellung des genetischen Austauschs zwischen Populationen essentiell. Daher ist von größter Wichtigkeit, dass die räumliche Distanz zwischen Populationen von den zu- oder abwandernden Individuen überwunden werden kann. Der Migrationserfolg ist dabei zum einen von der artspezifischen Ausbreitungsfähigkeit, und zum anderen von der Verfügbarkeit an geeigneten Habitaten in der Umgebung der Populationen abhängig. Die Folgen intensiver Waldbewirtschaftung sind jedoch nicht nur ein drastische Verminderung des lokalen Totholzvolumens, sondern unter anderem auch die Veränderung der Baumartengesellschaften, sowie hochgradige Fragmentierung der Waldflächen und der umgebenden Landschaft. Xylobionte Käferarten unterscheiden sich in ihrem Ausbreitungsverhalten hinsichtlich der zeitlichen Verfügbarkeit ihres bevorzugten Habitats. Im Allgemeinen können Besiedler früher Sukzessionsstadien weite Strecken überwinden, wohingegen Bewohner von Alttotholzstrukturen meist nahe ihrem Ursprungshabitat verbleiben. Dies legt die Vermutung nahe, dass Umweltparameter verschieden auf unterschiedliche Habitatgilden einwirken. Um diese Vermutung zu überprüfen, wurde für die gesammelten xylobionten Käferarten ihre jeweilige Habitatnische berechnet. Wir klassifizierten  die Arten als Besiedler von entweder frühen, mittleren oder alten Totholzstrukturen. Für jede Gilde wurde der Einfluss von 14 Umweltparametern auf verschiedenen räumlichen Skalen - Standortfaktoren der Untersuchungsfläche (Radius: 100 m), Landschaftsparameter im Umkreis von 2 km der Untersuchungsfläche, sowie regionenspezifische abiotische Faktoren (Distanz zwischen den Regionen: 400 – 700 km) - untersucht. Bei starker lokaler und landschaftlicher Fragmentierung nahmen die Artenzahlen in den xylobionten Gilden ab, während sich höhere Jahresdurchschnittstemperatur positiv auf die Artenvielfalt auswirkte. Jedoch gab es hatten nicht alle Umweltfaktoren den gleichen Effekt auf die Gilden. Wir führen dies auf die unterschiedlichen Habitatansprüche der xylobionten Gilden zurück. Um adäquate Schutzmaßnahmen für Totholzkäfer zu entwickeln, müssen die spezifischen Habitatansprüche der verschiedenen xylobionten Gilden, nicht nur auf lokaler, sondern auch auf  größeren räumlichen Ebenen in die Planungen miteinbezogen werden.

Kapitel V       
In der vorliegenden Dissertation konnte ich wichtige Triebfedern der Artenvielfalt xylobionter Käfer identifizieren. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit der Entwicklung von nachhaltigen Waldbewirtschaftungskonzepten, die den art- und gildenspezifischen Anforderungen xylobionter Käfer an den Lebensraum auf den relevanten räumlichen und zeitlichen Skalen gerecht werden. 
Kurzfristige Maßnahmepläne für eine nachhaltige Forstwirtschaft sollte die Förderung von Mischwäldern mit einer vielfältigen Baumartengemeinschaft mit standortgemäßen einheimischen Hölzern unter Berücksichtigung regionaler Besonderheiten  beinhalten. Alte Bäume, sowie liegendes und stehendes Totholz sollten im Wald verbleiben und einzelne Bäume aus der Nutzung genommen werden um die Strukturen altgewachsener Bäume langfristig zu gewährleisten. Langfristige Ziele sind die Verringerung der Waldfragmentierung und das Anlegen von Biotopverbundsystemen, um weit auseinanderliegende Waldflächen wieder miteinander zu verbinden. Um die Auswirkungen kommerzieller Forstwirtschaft im vollen Umfang zu erfassen, sind Langzeitstudien notwendig die die Habitatansprüche xylobionter Käfer aus mittleren und alten Totholzsukzessionsstadien mit den Ergebnissen der vorliegenden Dissertation vergleichen.
KW  - Saproxylophage
KW  - Käfer
KW  - Ökosystem
KW  - Saproxylic beetles
KW  - temperate forests
KW  - Deutschland
KW  - Wald
KW  - saproxylic Coleoptera
KW  - Forest management
KW  - Diversity
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107049
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmidt, Barbara
T1  - Taking your chances: risk behavior and its relation to arousal, framing and motivation
T1  - Die eigenen Chancen ergreifen: Risikoverhalten und dessen Beziehung zu Arousal, Framing und Motivation
N2  - Human risk behavior is the subject of growing research in the field of psychology as well as economics. One central topic is the influence of psychological variables on risk behavior. Studies contained in this work investigated the impact of arousal, framing and motivation on risk behavior.
Arousal can on the one hand be a temporarily stable trait and on the other hand a situation-dependent variable. We showed that low trait arousal, measured via resting heart rate, predicted risky behavior. After physical exercise, state arousal was heightened in the experiment. Participants tended to act less risky after physical exercise. Taken together, the results suggest an inverse relation of arousal and risk behavior. Most studies investigating risk behavior employ a payment method that we call pay-one method: although the gambles that are used consist of many trials, only one trial is paid out. We investigated the effect of the payment method on risk behavior by employing both the pay-one and a pay-all method, which pays out all trials, in a within-subjects design. We found that participants acted about 10% less risky in the pay-one condition compared to the pay-all condition. This result suggests that risk-aversion is over-estimated in common risk paradigms that use the pay-one method.
When we worked on a hard task before, we like to engage in a more likable task afterwards. That observation led to the general classification of tasks in want-to and have-to tasks. Our body system strives towards a balance between those two task types in the sense of a homeostasis. We assessed event-related potentials (ERPs) in a risk game that we treated as a want-to task. When participants worked on a difficult have-to task before, amplitudes of the ERP-components in the risk game were raised compared to a condition where participants worked on an easy task before. We conclude that the motivation shift towards a want-to task after a have-to task can be assessed via ERP amplitudes.
In conclusion, it was shown that arousal, framing and motivation are important psychological variables that influence risk behavior. The specific mechanisms of these influences have been investigated and discussed.
N2  - Menschliches Risikoverhalten ist zunehmend Gegenstand psychologischer und ökonomischer Forschung. Eine zentrale Rolle spielt dabei der Einfluss psychologischer Variablen auf Risikoverhalten. Die in dieser Arbeit vorgestellten Studien untersuchen den Einfluss von physiologischer Erregung, Framing und Motivation auf Risikoverhalten.
Physiologische Erregung kann einerseits als zeitlich stabile Eigenschaft, andererseits als situationsabhängige Variable gesehen werden. Wir konnten zeigen, dass niedrige zeitlich stabile physiologische Erregung, die über die Ruhe-Herzrate gemessen wurde, riskantes Verhalten vorhersagte. Nach körperlichem Training war die physiologische Erregung der Versuchspersonen im Experiment kurzzeitig erhöht. Die Versuchspersonen tendierten dazu, nach diesem Training weniger riskant zu handeln. Zusammengenommen legen die Ergebnisse nahe, dass eine inverse Relation zwischen physiologischer Erregung und Risikoverhalten vorliegt.
Die meisten Studien, die sich mit Risikoverhalten befassen, verwenden die sogenannte pay-one Auszahlungsmethode: In Risikospielen, die aus vielen Durchgängen bestehen, wird nur ein Durchgang des gesamten Risikospiels ausbezahlt. Wir untersuchten den Effekt der Auszahlungsmethode auf das Risikoverhalten, indem wir sowohl die pay-one Methode als auch die pay-all Methode, bei der die Gewinne aller Durchgänge ausbezahlt werden, in einem Zwischensubjekt-Design verwendeten. Wir fanden heraus, dass die Versuchspersonen in der pay-one Bedingung etwa 10% weniger riskant handelten, verglichen mit der pay-all Bedingung. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Risiko-Aversion in Paradigmen, die die pay-one Methode verwenden, überschätzt wird.
Nachdem wir an einer schwierigen Aufgabe gearbeitet haben, sehnen wir uns nach einer angenehmeren Aufgabe. Diese Beobachtung führte zu einer generellen Unterscheidung von want-to und have-to Aufgaben. Unser Körper strebt nach einem Gleichgewicht zwischen diesen beiden Aufgabentypen im Sinne einer Homöostase. Wir erfassten ereigniskorrelierte Potentiale (ERPs) durch das Elektroencephalogramm in einem Risikospiel, das wir als want-to Aufgabe verwendeten. Wenn Versuchspersonen vorher eine schwere Aufgabe bearbeitet hatten, waren die Amplituden der ERP- Komponenten im Risikospiel erhöht im Vergleich zu einer Bedingung, in der die Versuchspersonen vorher eine einfache Aufgabe bearbeitet hatten. Wir schlussfolgern, dass die Motivationsänderung nach einer have-to Aufgabe in Richtung einer want-to Aufgabe mit Hilfe von ERP Amplituden erfasst werden kann.
Zusammenfassend wurde gezeigt, dass physiologische Erregung, Framing und Motivation wichtige psychologische Variablen sind, die Risikoverhalten beeinflussen. Die spezifischen Wirkungsweisen dieser Einflüsse wurden untersucht und diskutiert.
KW  - Risikoverhalten
KW  - Motivation
KW  - arousal
KW  - framing
KW  - risk behavior
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107149
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wittmann, Katharina
T1  - Adipose Tissue Engineering - Development of Volume-Stable 3-Dimensional Constructs and Approaches Towards Effective Vascularization
T1  - Tissue Engineering von Fettgewebe - Generierung volumenstabiler 3-dimensionaler Fettgewebe-Konstrukte und Entwicklung effektiver Vaskularisierungsstrategien
N2  - Adipose tissue defects and related pathologies still represent major challenges in reconstructive surgery. Based on to the paradigm ‘replace with alike’, adipose tissue is considered the ideal substitute material for damaged soft tissue [1-3]. Yet the transfer of autologous fat, particularly larger volumes, is confined by deficient and unpredictable long term results, as well as considerable operative morbidity at the donor and recipient site [4-6], calling for innovative treatment options to improve patient care. 
With the aim to achieve complete regeneration of soft tissue defects, adipose tissue engineering holds great promise to provide functional, biologically active adipose tissue equivalents. Here, especially long-term maintenance of volume and shape, as well as sufficient vascularization of engineered adipose tissue represent critical and unresolved challenges [7-9]. For adipose tissue engineering approaches to be successful, it is thus essential to generate constructs that retain their initial volume in vivo, as well as to ensure their rapid vascularization to support cell survival and differentiation for full tissue regeneration [9,10]. Therefore, it was the ultimate goal of this thesis to develop volume-stable 3D adipose tissue constructs and to identify applicable strategies for sufficient vascularization of engineered constructs. The feasibility of the investigated approaches was verified by translation from in vitro to in vivo as a critical step for the advancement of potential regenerative therapies.

For the development of volume-stable constructs, the combination of two biomaterials with complementary properties was successfully implemented. In contrast to previous approaches in the field using mainly non-degradable solid structures for mechanical protection of developing adipose tissue [11-13], the combination of a cell-instructive hydrogel component with a biodegradable porous support structure of adequate texture was shown advantageous for the generation of volume-stable adipose tissue. Specifically, stable fibrin hydrogels previously developed in our group [14] served as cell carrier and supported the adipogenic development of adipose-derived stem cells (ASCs) as reflected by lipid accumulation and leptin secretion. Stable fibrin gels were thereby shown to be equally supportive of adipogenesis compared to commercial TissuCol hydrogels in vitro. Using ASCs as a safe source of autologous cells [15,16] added substantial practicability to the approach. To enhance the mechanical strength of the engineered constructs, porous biodegradable poly(ε caprolactone)-based polyurethane (PU) scaffolds were introduced as support structures and shown to exhibit adequately sized pores to host adipocytes as well as interconnectivity to allow coherent tissue formation and vascularization. Low wettability and impaired cell attachment indicated that PU scaffolds alone were insufficient in retaining cells within the pores, yet cytocompatibility and differentiation of ASCs were adequately demonstrated, rendering the PU scaffolds suitable as support structures for the generation of stable fibrin/PU composite constructs (Chapter 3). 
Volume-stable adipose tissue constructs were generated by seeding the pre-established stable fibrin/PU composites with ASCs. Investigation of size and weight in vitro revealed that composite constructs featured enhanced stability relative to stable fibrin gels alone. Comparing stable fibrin gels and TissuCol as hydrogel components, it was found that TissuCol gels were less resilient to degradation and contraction. Composite constructs were fully characterized, showing good cell viability of ASCs and strong adipogenic development as indicated by functional analysis via histological Oil Red O staining of lipid vacuoles, qRT-PCR analysis of prominent adipogenic markers (PPARγ, C/EBPα, GLUT4, aP2) and quantification of leptin secretion. In a pilot study in vivo, investigating the suitability of the constructs for transplantation, stable fibrin/PU composites provided with a vascular pedicle gave rise to areas of well-vascularized adipose tissue, contrasted by insufficient capillary formation and adipogenesis in constructs implanted without pedicle. The biomaterial combination of stable fibrin gels and porous biodegradable PU scaffolds was thereby shown highly suitable for the generation of volume-stable adipose tissue constructs in vivo, and in addition, the effectiveness of immediate vascularization upon implantation to support adipose tissue formation was demonstrated (Chapter 4).

Further pursuing the objective to investigate adequate vascularization strategies for engineered adipose tissue, hypoxic preconditioning was conducted as a possible approach for in vitro prevascularization. In 2D culture experiments, analysis on the cellular level illustrated that the adipogenic potential of ASCs was reduced under hypoxic conditions when applied in the differentiation phase, irrespective of the oxygen tension encountered by the cells during expansion. Hypoxic treatment of ASCs in 3D constructs prepared from stable fibrin gels similarly resulted in reduced adipogenesis, whereas endothelial CD31 expression as well as enhanced leptin and vascular endothelial growth factor (VEGF) secretion indicated that hypoxic treatment indeed resulted in a pro-angiogenic response of ASCs. Especially the observed profound regulation of leptin production by hypoxia and the dual role of leptin as adipokine and angiogenic modulator were considered an interesting connection advocating further study. Having confirmed the hypothesis that hypoxia may generate a pro-angiogenic milieu inside ASC-seeded constructs, faster vessel ingrowth and improved vascularization as well as an enhanced tolerance of hypoxia-treated ASCs towards ischemic conditions upon implanatation may be expected, but remain to be verified in rodent models in vivo (Chapter 5).

Having previously been utilized for bone and cartilage engineering [17-19], as well as for revascularization and wound healing applications [20-22], stromal-vascular fraction (SVF) cells were investigated as a novel cell source for adipose tissue engineering. Providing cells with adipogenic differentiation as well as vascularization potential, the SVF was applied with the specific aim to promote adipogenesis and vascularization in engineered constructs in vivo. With only basic in vitro investigations by Lin et al. addressing the SVF for adipose repair to date [23], the present work thoroughly investigated SVF cells for adipose tissue construct generation in vitro, and in particular, pioneered the application of these cells for adipose tissue engineering in vivo.
Initial in vitro experiments compared SVF- and ASC-seeded stable fibrin constructs in different medium compositions employing preadipocyte (PGM-2) and endothelial cell culture medium (EGM-2). It was found that a 1:1 mixture of PGM-2 and EGM-2, as previously established for co-culture models of adipogenesis [24], efficiently maintained cells with adipogenic and endothelial potential in SVF-seeded constructs in short and long-term culture setups. Observations on the cellular level were supported by analysis of mRNA expression of characteristic adipogenic and endothelial markers. In preparation of the evaluation of SVF-seeded constructs under in vivo conditions, a whole mount staining (WMS) method, facilitating the 3D visualization of adipocytes and blood vessels, was successfully established and optimized using native adipose tissue as template (Chapter 6). 
In a subcutaneous nude mouse model, SVF cells were, for the first time in vivo, elucidated for their potential to support the functional assembly of vascularized adipose tissue. Investigating the effect of adipogenic precultivation of SVF-seeded stable fibrin constructs in vitro prior to implantation on the in vivo outcome, hormonal induction was shown beneficial in terms of adipocyte development, whereas a strong vascularization potential was observed when no adipogenic inducers were added. Via histological analysis, it was proven that the developed structures were of human origin and derived from the implanted cells. Applying SVF cells without precultivation in vitro but comparing two different fibrin carriers, namely stable fibrin and TissuCol gels, revealed that TissuCol profoundly supported adipose formation by SVF cells in vivo. This was contrasted by only minor SVF cell development and a strong reduction of cell numbers in stable fibrin gels implanted without precultivation. Histomorphometric analysis of adipocytes and capillary structures was conducted to verify the qualitative results, concluding that particularly SVF cells in TissuCol were highly suited for adipose regeneration in vivo. Employing the established WMS technique, the close interaction of mature adipocytes and blood vessels in TissuCol constructs was impressively shown and via species-specific human vimentin staining, the expected strong involvement of implanted SVF cells in the formation of coherent adipose tissue was confirmed (Chapter 7). 

With the development of biodegradable volume-stable adipose tissue constructs, the application of ASCs and SVF cells as two promising cell sources for functional adipose regeneration, as well as the thorough evaluation of strategies for construct vascularization in vitro and in vivo, this thesis provides valuable solutions to current challenges in adipose tissue engineering. The presented findings further open up new perspectives for innovative treatments to cure soft tissue defects and serve as a basis for directed approaches towards the generation of clinically applicable soft tissue substitutes.
N2  - In der rekonstruktiven Chirurgie besteht ein ständig wachsender Bedarf an geeigneten Implantaten, um Weichteildefekte nach Tumorresektionen, Traumata, oder aufgrund von kongenitalen Missbildungen adäquat ersetzen zu können [1]. Hierbei stellt körpereigenes Fettgewebe als Weichteilersatz das ideale Substitutionsmaterial dar [2-4]. Derzeit angewandte Wiederherstellungsmethoden verwenden frei transplantierbare und gestielte Lappenplastiken aus autologem Fettgewebe oder greifen auf künstliche Kollagen- und Silikonimplantate zurück [5]. Diese Ansätze sind jedoch zum Teil mit gravierenden Nachteilen behaftet, wie Absorption und Nekrotisierung bei transplantiertem körpereigenem Fettgewebe, sowie Fremdkörperreaktionen und fibrotischen Verkapselungen bei Kollagen und Silikon. Insbesondere die Versorgung großvolumiger Defekte ist mit komplexen chirurgischen Eingriffen verbunden und geht häufig mit Komplikationen wie Infektionen, Narbenbildung und Volumenverlust, sowie Defiziten an der Hebe- und Empfängerstelle einher [1,5-8]. Es besteht daher ein großer Bedarf an innovativen Methoden und der Entwicklung neuer Materialien, die einen dauerhaften körpereigenen Weichteilersatz ermöglichen. 
Das interdisziplinäre Feld des Tissue Engineerings von Fettgewebe zielt auf die Entwicklung neuer Ansätze zur Regeneration von Weichteildefekten und der Bereitstellung von biologisch äquivalentem Gewebeersatz, vor allem für die Rekonstruktion großvolumiger Defekte. Verringerte Volumenstabilität und unzureichende Blutgefäßversorgung stellen jedoch auch bei durch Tissue Engineering hergestelltem Gewebe zentrale Limitationen dar [5,8,9]. Für die erfolgreiche Substitution von Weichteildefekten mit Methoden des Tissue Engineerings ist es daher essenziell, Gewebekonstrukte mit ausreichender Volumenstabilität bereitzustellen, um auch nach Implantation in vivo langfristig zu bestehen, sowie eine adäquate Blutgefäßversorgung zu gewährleisten, um Zellüberleben und Differenzierung für eine vollständige Geweberegeneration zu garantieren [5,10]. 
Folglich war es Ziel dieser Arbeit, volumenstabile Fettgewebekonstrukte zu entwickeln und neue Strategien zur Vaskularisierung der generierten Konstrukte zu evaluieren. Als wichtiger Schritt in Bezug auf eine potenzielle klinische Anwendbarkeit wurden außerdem vielversprechende In-vitro-Ansätze auf den In-vivo-Kontext in etablierten Mausmodellen übertragen.
Für die Entwicklung volumenstabiler Fettgewebekonstrukte wurde die Kombination zweier Biomaterialien mit komplementären Eigenschaften verfolgt. So wurden für die Konstruktherstellung Fibrinhydrogele als Zellträger mit hochporösen bioabbaubaren Scaffolds als mechanische Schutzstrukturen kombiniert. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen zur Verbesserung der Volumenstabilität, in denen hauptsächlich nicht abbaubare, rigide Gerüst- oder Hohlkörperstrukturen zum mechanischen Schutz des entstehenden Gewebes appliziert wurden [11-13], wurden hier ausschließlich bioabbaubare und Gewebe kompatible Materialien verwendet. Dabei konnte auf bereits zuvor entwickelte stabile Fibringele [14] zurückgegriffen werden, die in dieser Arbeit erstmals für das Fettgewebe Engineering als Zellträger für mesenchymale Stammzellen aus dem Fettgewebe (adipose-derived stem cells; ASCs) verwendet wurden. Mittels sich ergänzender Analysemethoden auf zellulärer (Oil Red O-Färbung) und molekularer Ebene (Leptin Sekretion; ELISA) konnte erfolgreich die adipogene Differenzierung der in den Fibringelen inkorporierten ASCs nachgewiesen werden. Im Vergleich zu kommerziell erhältlichem Fibrin (TissuCol, Baxter) zeigten ASCs in den stabilen Fibringelen eine mit TissuCol vergleichbare, gute adipogene Differenzierbarkeit. Durch die Verwendung von ASCs als sichere und autologe Zellquelle [15,16] für die Konstruktherstellung wurde zudem die potenzielle klinische Anwendbarkeit der generierten Zell-Biomaterial-Konstrukte erhöht.
Zur Verbesserung der Volumenstabilität wurden bioabbaubare Poly(ε caprolacton)-basierte Polyurethan-Scaffolds als zusätzliche Gerüststruktur evaluiert. Aufgrund ihrer hohen Porosität und Interkonnektivität stellten sich die Scaffolds als besonders geeignet für die Differenzierung von Adipozyten sowie für die Generierung von kohärentem Fettgewebe heraus. Bei direkter Besiedelung mit ASCs wiesen die PU-Scaffolds zwar eine geringe Zelladhäsion und inhomogene Zellverteilung auf, die adipogene Differenzierung der Zellen war jedoch nicht beeinträchtigt. Daraufhin wurde die Generierung von Fibrin/PU Kompositkonstrukten durch Kombination der PU-Scaffolds mit den zuvor untersuchten stabilen Fibringelen angestrebt (Kapitel 3).
Durch Zusammenführung der stabilen Fibringele als Zellträger für ASCs mit den PU Scaffolds als zusätzlicher Gerüststruktur konnten in folgenden Arbeiten erfolgreich homogene und mechanisch stabile Fettgewebekonstrukte hergestellt werden. Die detaillierte Evaluation von Größe und Gewicht zeigte, dass in den Kompositkonstrukten durch die zusätzliche poröse PU-Scaffoldstruktur eine erhöhte Stabilität im Vergleich zu den stabilen Fibringelen als alleinigem Zellträger erreicht werden konnte. Der Vergleich der stabilen Fibringele mit TissuCol als Hydrogelkomponente zeigte, dass TissuCol-Gele unter In vitro Kulturbedingungen stärker kontrahierten und schneller abgebaut wurden. Die in den Kompositkonstrukten inkorporierten ASCs zeigten gute Viabilität sowie deutliche adipogene Differenzierung auf histologischer (Oil Red O-Färbung) als auch auf molekularer Ebene (qRT-PCR; ELISA). In einer In-vivo-Pilotstudie wurden die Kompositkonstrukte auf ihre Transplantierbarkeit hin überprüft und durch mikrochirurgische Insertion eines Durchflussgefäßes bei der Implantation unmittelbar vaskularisiert. In stabilen Fibrin/PU Konstrukten mit integriertem Gefäßstiel wurde so die Entwicklung von vaskularisiertem Fettgewebe im Vergleich zu ungestielten Konstrukten entschieden verbessert. Mittels der erfolgreichen In-vivo-Implantation der Kompositkonstrukte konnte die Anwendbarkeit der Biomaterialkombination aus stabilem Fibrin und porösen PU Scaffolds für die Generierung volumenstabiler Fettgewebekonstrukte demonstriert und gleichzeitig der positive Effekt einer direkten Vaskularisierung durch Integration eines Gefäßstiels gezeigt werden (Kapitel 4).

Im Rahmen der weiteren Evaluation potenzieller Vaskularisierungsstrategien wurden im Anschluss Ansätze zur Prävaskularisierung in vitro untersucht. Hierbei stellte die hypoxische Vorkultur von mittels Tissue Engineering generierten Fettgewebekonstrukten einen möglichen Ansatz zur Schaffung eines pro-angiogenen, vaskularisierungsfördernden Milieus innerhalb der Konstrukte dar. Ebenso von Interesse waren in diesem Zusammenhang die Auswirkungen von Hypoxie auf die adipogene Differenzierung von ASCs. 
Erste Versuche im 2D-Kulturformat mit ASCs zeigten, dass das adipogene Potenzial der Zellen unter Hypoxie in der Differenzierungsphase stark vermindert war, wobei der während der Expansionsphase der Zellen bestehende Sauerstoffpartialdruck keinen Einfluss auf die Fettentwicklung hatte. Auch in 3D-Konstrukten basierend auf stabilen Fibringelen konnte eine verringerte adipogene Differenzierung von ASCs unter hypoxischer Kultur nachgewiesen werden, dabei wurden im Gegenzug endotheliale Marker (CD31) und pro angiogene Wachstumsfaktoren, wie z.B. vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF), aber auch das Adipokin Leptin, stark hochreguliert. Insbesondere die deutliche Veränderung der Leptinsekretion unter hypoxischen Kulturbedingungen und die duale Rolle von Leptin als adipogener und pro-angiogener Faktor ergeben interessante Perspektiven für weiterführende Untersuchungen. Basierend auf den gezeigten Ergebnissen konnte insgesamt bestätigt werden, dass die hypoxische Vorkultur in vitro zur Entstehung eines pro angiogenen und potenziell vaskularisierungsfördernden Milieus beitragen kann. Es gilt nun in Folgestudien das Potenzial der hypoxischen Vorkultur zur Verbesserung der Vaskularisierung in vivo, sowie eine erhöhte Toleranz der implantierten Zellen gegenüber hypoxischen Bedingungen nach der Implantation in etablierten In-vivo-Mausmodellen zu verifizieren (Kapitel 5).

Ein weiterer Ansatz zur Generierung von vaskularisiertem Fettgewebe in vitro und in vivo wurde durch den Einsatz der stromalen-vaskulären Fraktion (SVF) als neue Zellquelle für das Fettgewebe-Engineering verfolgt. Bisher wurde die SVF hauptsächlich für das Tissue Engineering von Knochen- und Knorpelgewebe [17-19] oder für Vaskularisierungs- und Wundheilungsansätze [20-22] untersucht. In der SVF enthalten sind sowohl Fettvorläuferzellen als auch Endothelzellen, Perizyten, Fibroblasten und Immunzellen [8]. Durch Verwendung dieses heterogenen Zellgemisches sollte die simultane Entwicklung von Fettzellen und vaskulären Strukturen erreicht werden, und damit eine schnellere und effizientere Fettgewebeentwicklung in vivo. Da sich bisher nur eine In-vitro-Studie explizit dem Tissue Engineering von Fettgewebe mit SVF-Zellen widmet [23], wurden in dieser Arbeit SVF-besiedelte Fettgewebekonstrukte basierend auf Fibringelen als Zellträger zunächst umfassend in vitro charakterisiert und erstmals die Fettgewebeentwicklung der Zellen im Mausmodell in vivo untersucht.
In vorbereitenden In-vitro-Arbeiten wurden SVF-besiedelte stabile Fibringele mit den bisher verwendeten ASC-basierten Konstrukten verglichen. Dabei wurde zunächst die adipogene und endotheliale Differenzierbarkeit der SVF in unterschiedlichen Zellkulturmedien untersucht. Eine 1:1-Mischung aus Präadipozytenmedium (PGM-2) und Endothelzellmedium (EGM-2), die zuvor schon für Kokulturexperimente von ASCs und Endothelzellen verwendet worden war [24], stellte sich als besonders geeignet für die Kurz- und Langzeitkultur der SVF in stabilen Fibringelen heraus. Umfassende histologische Untersuchungen zeigten, dass mit Hilfe dieser Medienkomposition insbesondere das adipogene und endotheliale Differenzierungspotenzial der verschiedenen Zelltypen in der SVF innerhalb der generierten 3D-Konstrukte erhalten werden kann. Die auf zellulärer Ebene gewonnenen Erkenntnisse konnten mittels qRT-PCR-Analyse von adipogenen und endothelialen Markern (PPARγ, aP2, CD31) auf mRNA-Ebene bestätigt werden. Um in Zukunft die In-vivo-Untersuchung der generierten Fettgewebekonstrukte zu erleichtern, sowie eine strukturelle Analyse des Gewebeverbands und insbesondere die Interaktion von Adipozyten und Blutgefäßen zu ermöglichen, wurde zusätzlich eine 3D-Färbetechnik (Whole Mount Staining), zunächst unter Verwendung von nativem humanem Fettgewebe, etabliert (Kapitel 6).
In einer anschließenden umfassenden Studie in immundefizienten Nacktmäusen (NMRI Foxn1nu/Foxn1nu) wurden SVF-Zellen zum ersten Mal in vivo für das Engineering von vaskularisiertem Fettgewebe untersucht. Hierbei wurden sowohl der Effekt der In vitro Vorkultur der SVF-basierten Konstrukte als auch der Einfluss des Trägermaterials auf die Gewebeentwicklung in vivo evaluiert. Die adipogene Vorkultur der SVF-besiedelten Konstrukte in vitro über einen Zeitraum von 7 Tagen vor Implantation wirkte sich positiv auf die Fettdifferenzierung in vivo aus, wohingegen die Vorkultur unter nicht-induzierten Bedingungen ohne adipogene Induktion verstärkt zur Bildung von vaskulären Strukturen führte. Durch Spezies-spezifische Färbung gegen humanes Vimentin konnte gezeigt werden, dass die beobachteten Strukturen humanen Ursprungs waren und daher von den implantierten SVF-Zellen stammten. 
Der Einfluss des Trägermaterials auf die Gewebebildung in vivo wurde durch Besiedelung stabiler Fibringele und TissuCol-Gele mit SVF-Zellen verglichen. Die Konstrukte wurden ohne In-vitro-Vorkultur direkt nach der Herstellung implantiert. Hier zeigte sich in stabilen Fibringelen nach 4 Wochen in vivo keine nennenswerte Gewebeentwicklung, wobei auch der Anteil an humanen Zellen innerhalb der Konstrukte zum Zeitpunkt der Explantation stark verringert war. Im Gegensatz dazu konnte in TissuCol-Gelen die Entwicklung von kohärentem und maturem Fettgewebe nachgewiesen werden von dem große Teile humanen Ursprungs waren. Die histologischen Ergebnisse wurden mittels histomorphometrischer Quantifizierung von Adipozyten und Blutgefäßstrukturen verifiziert, wodurch das herausragende Potenzial der SVF für das Fettgewebe-Engineering in vivo nochmals verdeutlicht wurde. Unter Verwendung der zuvor etablierten 3D-Färbetechnik (Whole Mount Staining) konnten anschließend Adipozyten und Blutgefäße innerhalb des entstandenen kohärenten Gewebeverbands in TissuCol-Gelen visualisiert werden. Mit Hilfe einer humanspezifischen Färbung in 3D konnte zusätzlich die weitreichende Beteiligung der implantierten SVF Zellen bei der Gewebeentwicklung nachgewiesen werden (Kapitel 7).

Die in der Dissertation entwickelten bioabbaubaren volumenstabilen Fettgewebekonstrukte, die Untersuchung von ASCs und SVF-Zellen als vielversprechende regenerative Zellquellen für die Generierung funktioneller Konstrukte, sowie die Evaluation unterschiedlicher Vaskularisierungsstrategien in vitro und in vivo leisten einen wichtigen Beitrag zu neuen und innovativen Ansätzen im Bereich des Tissue Engineerings von Fettgewebe. Die Ergebnisse stellen eine Grundlage für die zielgerichtete Entwicklung regenerativer Implantate dar und eröffnen neue Perspektiven für die Generierung klinisch anwendbarer Fettgewebekonstrukte als Weichteilersatz.
KW  - Tissue Engineering
KW  - Fettgewebe
KW  - Tissue Engineering
KW  - Adipose Tissue
KW  - Vascularization
KW  - Fibrin
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107196
ER  - 
TY  - THES
A1  - Post, Antonia
T1  - Snap25 heterozygous knockout mice as a potential model for attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD)
T1  - Heterozygote Snap25 Knockout-Mäuse als Modell für Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätssyndrom (ADHS)
N2  - SNAP25 (Synaptosomal-Associated Protein of 25 kDa; part of the SNARE complex) is involved in the docking and fusion of synaptic vesicles in presynaptic neurons necessary for the regulation of neurotransmitter release, as well as in axonal growth and synaptic plasticity. In humans, different single nucleotide polymorphisms of SNAP25 have repeatedly been associated with attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Thus, in this study heterozygous Snap25 knockout mice were investigated as a model of ADHD.
Heterozygous (+/-) Snap25 knockout mice as well as their wild-type (+/+) littermates were reared under control conditions or underwent a Maternal Separation (MS) procedure. Starting at the age of 2 months, mice were tested for locomotor activity in a repeated long-term Open Field (OF) task, for attention deficits and impulsive behavior in the 5 Choice Serial Reaction Time Task (5CSRTT), for anxiety-like behavior in the Light-Dark Box (LDB) and for depression-like behavior in the Porsolt Forced Swim Test (FST). The brains of these mice were subsequently tested for the expression of several ADHD related genes in a quantitative Real-Time PCR (qRT-PCR) study. Another group of female mice (+/+; +/-) underwent a one hour OF test after oral administration of 45 mg/kg Methylphenidate (MPH) or placebo.
To find an optimized dosage for this MPH challenge, a pilot study was performed. Wild-type C57BL/6 mice were tested in a long-term OF with several dosages of MPH both intraperitoneally (i.p.) and orally. The brains of these animals were afterwards investigated for neurotransmitter concentrations. In this pilot study the dosages of MPH that were similarly behaviorally effective without causing symptoms of overdosing were 7.5-15 mg/kg intraperitoneally and 30-60 mg/kg orally. However, even though it was possible to find intraperitoneal and oral doses that correlate behaviorally, the neurochemistry was mostly different.
In the study on Snap25-deficient mice, unstressed controls showed a hyperactive phenotype in the second of two long-term OF sessions (60 min) spaced three weeks apart. Considering all groups, there was a significant interaction of stress and genotype in the second session, with animals subjected to MS being overall hyperactive with no genotype differences. In the training phase of the 5CSRTT only effects of stress were found, with MS animals finding and consuming fewer rewards. In the single test trial, several genotype effects became apparent, with tendencies for the number of correct nose pokes and the number of rewards eaten, and a significant effect for the number of rewards eaten directly after the correct response. In all of these variables +/- mice performed worse than their wild-type littermates. In the LDB +/- mice entered the lit compartment of the arena earlier than the controls, thus showing attenuated anxiety-like behavior. Regarding depressive-like behavior in the FST, male +/- mice spent significantly less time struggling than male +/+ mice. In the gene expression study, +/- mice had lower expression levels of Maoa and Comt, and higher expression levels of Nos1 than wild-types. Finally, the locomotor activity response to MPH was exaggerated in +/- mice as compared to controls.
Heterozygous Snap25 knockout mice show some of the behavioral characteristics of ADHD, as for example a mild hyperactivity in a familiar environment, difficulties in the correct execution of a given task and even some behavior that can be interpreted as delay aversion. Additionally, expression levels of three ADHD related genes were changed in these animals. Although the exaggerated locomotor activity response to MPH is not to be expected of an ADHD model, the difference in the response between +/+ and +/- mice nonetheless implicates a potential dysfunction of the brain dopaminergic system.
N2  - SNAP25 (Synaptosomal assoziiertes Protein, 25 kDa; Teil des SNARE Komplexes) ist an der Fusion von synaptischen Vesikeln mit der präsynaptischen Zellmembran beteiligt, und somit notwendig für die Regulation der Neurotransmitter-Ausschüttung. Außerdem wird eine wichtige Funktion bei dem Wachstum von Axonen und synaptischer Plastizität diskutiert. In Humanstudien wurden wiederholt verschiedene Einzelnukleotid-polymorphismen von SNAP25 mit Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) assoziiert. In der vorliegenden Studie wurden heterozygote Snap25 knockout Mäuse als Modell für ADHS untersucht.
Heterozygote (+/-) Snap25 knockout Mäuse und ihre wildtypischen Wurfgeschwister wurden unter Kontrollbedingungen großgezogen oder einer maternalen Separation (MS) unterzogen. Beginnend im Alter von etwa 2 Monaten wurden diese Mäuse verschiedenen Verhaltenstests unterzogen: in einem wiederholten Langzeit-Open-Field (OF) Test wurde Aktivität untersucht, Aufmerksamkeitsdefizite und Impulsivität mit dem 5 Choice Serial Reaction Time Task (5CSRTT), angst-ähnliches Verhalten in der Light-Dark Box (LDB) und depressions-ähnliches Verhalten im Porsolt Forced Swim Test (FST). Die Gehirne dieser Mäuse wurden anschließend auf die Expression verschiedener ADHS bezogener Gene in einer quantitativen Real-Time-PCR (qRT-PCR) untersucht. Eine zusätzliche Gruppe weiblicher Mäuse (+/+; +/-) durchlief einen einstündigen OF Test nach oraler Gabe von 45 mg/kg Methylphenidat (MPH) oder Placebo.
Um eine optimale Dosierung für MPH in diesem Experiment zu finden, wurde eine Pilotstudie durchgeführt. Hierbei wurden wildtypische C57/BL6 Mäuse in einem Langzeit OF Test mit Gabe unterschiedlicher Dosierungen von MPH, sowohl oral als auch intraperitoneal (i.p.), untersucht. Im Anschluss wurden die Gehirne dieser Tiere auf Neurotransmitter-konzentration geprüft. Diese Pilotstudie ergab als optimale Dosierungen von MPH auf Verhaltensebene 7.5-15 mg/kg i.p. und 30-60 mg/kg oral. Allerdings waren die neurochemischen Effekte der beiden unterschiedlichen Applikationsarten größtenteils verschieden.
In der Snap25 Studie zeigten ungestresste Kontroll-Tiere einen leicht hyperaktiven Phänotyp in dem zweiten von zwei Langzeit-Open-Field Tests (60 min) im Abstand von 3 Wochen. Bei Betrachtung aller Gruppen ergab sich auch eine signifikante Interaktion von Stress und Genotyp in der zweiten Testung, und zwar dahingehend, dass MS Tiere grundsätzlich aktiveres Verhalten zeigten, ohne Genotypen-Unterschiede. In der Anfangsphase des 5CSRTT lagen nur signifikante Haupteffekte für Stress vor, gestresste Tiere hatten größere Probleme im Meistern der Aufgabe als Wildtypen. Erst im sogenannten Test-Trial am Ende der Versuchsreihe ergaben sich signifikante Haupteffekte für den Genotyp. Heterozygote Snap25 knockout Mäuse zeigten beispielsweise weniger korrekte Reaktionen und konsumierten auch weniger Belohnungspellets direkt im Anschluss an eine korrekte Reaktion als Wildtypen. In der LDB brauchten +/- Mäuse wiederum weniger Zeit als Wildtypen, um den erleuchteten Teil der Arena zu betreten, und zeigten dadurch ein reduziertes Angst-ähnliches Verhalten. Im Gegensatz dazu ergab sich ein erhöht Depressions-ähnliches Verhalten für männliche heterozygote Snap25 knockout Mäuse im FST. Auf der Genexpressions-Ebene hatten +/- Mäuse niedrigere Expressionslevels von Maoa und Comt und höhere Expressionslevels von Nos1 als Wildtypen. Abschließend zeigte sich eine erhöhte Reaktion auf MPH bei heterozygoten Mäusen.
Zusammenfassend zeigen heterozygote Snap25 knockout Mäuse einige Charakteristika von ADHS auf Verhaltensebene, wie zum Beispiel eine leichte Hyperaktivität in bekannter Umgebung, Schwierigkeiten im Erlernen einer gestellten Aufgabe und sogar Verhaltensweisen, die auf eine Abneigung gegenüber Verzögerungen hindeuten. Zusätzlich kommt es aufgrund des Knockouts zu veränderten Expressionslevels verschiedener ADHS assoziierter Gene. Auch wenn die erhöhte Verhaltensreaktion von +/- Mäusen auf MPH nicht die erwartete Reaktion eines ADHS Modells darstellt, deutet sie dennoch auf ein Ungleichgewicht des dopaminergen Systems im Gehirn hin, das bei ADHS eine wichtige Rolle spielt.
KW  - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom
KW  - SNAP-Rezeptor
KW  - Tiermodell
KW  - Verhalten
KW  - Genexpression
KW  - Animal model
KW  - Snap25
KW  - Attention deficit / hyperactivity disorder
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122899
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Czerniuk, T.
A1  - Brüggemann, C.
A1  - Tepper, J.
A1  - Brodbeck, S.
A1  - Schneider, C.
A1  - Kamp, M.
A1  - Höfling, S.
A1  - Glavin, B. A.
A1  - Yakovlev, D. R.
A1  - Akimov, A. V.
A1  - Bayer, M.
T1  - Lasing from active optomechanical resonators
JF  - Nature Communications
N2  - Planar microcavities with distributed Bragg reflectors (DBRs) host, besides confined optical modes, also mechanical resonances due to stop bands in the phonon dispersion relation of the DBRs. These resonances have frequencies in the 10- to 100-GHz range, depending on the resonator's optical wavelength, with quality factors exceeding 1,000. The interaction of photons and phonons in such optomechanical systems can be drastically enhanced, opening a new route towards the manipulation of light. Here we implemented active semiconducting layers into the microcavity to obtain a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). Thereby, three resonant excitations--photons, phonons and electrons--can interact strongly with each other providing modulation of the VCSEL laser emission: a picosecond strain pulse injected into the VCSEL excites long-living mechanical resonances therein. As a result, modulation of the lasing intensity at frequencies up to 40 GHz is observed. From these findings, prospective applications of active optomechanical resonators integrated into nanophotonic circuits may emerge.
KW  - physical sciences
KW  - applied physics
KW  - optical physics
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121559
VL  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hirche, T. O.
A1  - Knoop, C.
A1  - Hebestreit, H.
A1  - Shimmin, D.
A1  - Solé, A.
A1  - Elborn, J. S.
A1  - Ellemunter, H.
A1  - Aurora, P.
A1  - Hogardt, M.
A1  - Wagner, T. O. F.
T1  - Practical Guidelines: Lung Transplantation in Patients with Cystic Fibrosis
JF  - Pulmonary Medicine
N2  - There are no European recommendations on issues specifically related to lung transplantation (LTX) in cystic fibrosis (CF). The main goal of this paper is to provide CF care team members with clinically relevant CF-specific information on all aspects of LTX, highlighting areas of consensus and controversy throughout Europe. Bilateral lung transplantation has been shown to be an important therapeutic option for end-stage CF pulmonary disease. Transplant function and patient survival after transplantation are better than in most other indications for this procedure. Attention though has to be paid to pretransplant morbidity, time for referral, evaluation, indication, and contraindication in children and in adults. This review makes extensive use of specific evidence in the field of lung transplantation in CF patients and addresses all issues of practical importance. The requirements of pre-, peri-, and postoperative management are discussed in detail including bridging to transplant and postoperative complications, immune suppression, chronic allograft dysfunction, infection, and malignancies being the most important. Among the contributors to this guiding information are 19 members of the ECORN-CF project and other experts. The document is endorsed by the European Cystic Fibrosis Society and sponsored by the Christiane Herzog Foundation.
KW  - cystic fibrosis
KW  - lung transplantation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121569
SN  - 2090-1836
VL  - 2014
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Proetel, Ulrike
A1  - Pletsch, Nadine
A1  - Lauseker, Michael
A1  - Müller, Martin C.
A1  - Hanfstein, Benjamin
A1  - Krause, Stefan W.
A1  - Kalmanti, Lida
A1  - Schreiber, Annette
A1  - Heim, Dominik
A1  - Baerlocher, Gabriela M.
A1  - Hofmann, Wolf-Karsten
A1  - Lange, Elisabeth
A1  - Einsele, Hermann
A1  - Wernli, Martin
A1  - Kremers, Stephan
A1  - Schlag, Rudolf
A1  - Müller, Lothar
A1  - Hänel, Mathias
A1  - Link, Hartmut
A1  - Hertenstein, Bernd
A1  - Pfirrmann, Markus
A1  - Hochhaus, Andreas
A1  - Hasford, Joerg
A1  - Hehlmann, Rüdiger
A1  - Saußele, Susanne
T1  - Older patients with chronic myeloid leukemia (≥65 years) profit more from higher imatinib doses than younger patients: a subanalysis of the randomized CML-Study IV
JF  - Annals of Hematology
N2  - The impact of imatinib dose on response rates and survival in older patients with chronic myeloid leukemia in chronic phase has not been studied well. We analyzed data from the German CML-Study IV, a randomized five-arm treatment optimization study in newly diagnosed BCR-ABL-positive chronic myeloid leukemia in chronic phase. Patients randomized to imatinib 400 mg/day (IM400) or imatinib 800 mg/day (IM800) and stratified according to age (≥65 years vs. <65 years) were compared regarding dose, response, adverse events, rates of progression, and survival. The full 800 mg dose was given after a 6-week run-in period with imatinib 400 mg/day. The dose could then be reduced according to tolerability. A total of 828 patients were randomized to IM400 or IM800. Seven hundred eighty-four patients were evaluable (IM400, 382; IM800, 402). One hundred ten patients (29 %) on IM400 and 83 (21 %) on IM800 were ≥65 years. The median dose per day was lower for patients ≥65 years on IM800, with the highest median dose in the first year (466 mg/day for patients ≥65 years vs. 630 mg/day for patients <65 years). Older patients on IM800 achieved major molecular remission and deep molecular remission as fast as younger patients, in contrast to standard dose imatinib with which older patients achieved remissions much later than younger patients. Grades 3 and 4 adverse events were similar in both age groups. Five-year relative survival for older patients was comparable to that of younger patients. We suggest that the optimal dose for older patients is higher than 400 mg/day. ClinicalTrials.gov identifier: NCT00055874
KW  - chronic myeloid leukemia
KW  - older patients
KW  - different imatinib dose regimens
KW  - early applied higher imatinib dosages
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121574
SN  - 0939-5555
VL  - 93
IS  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Häuser, Winfried
A1  - Walitt, Brian
A1  - Fitzcharles, Mary-Ann
A1  - Sommer, Claudia
T1  - Review of pharmacological therapies in fibromyalgia syndrome
JF  - Arthritis Research & Therapy
N2  - This review addresses the current status of drug therapy for the management of fibromyalgia syndrome (FMS) and is based on interdisciplinary FMS management guidelines, meta-analyses of drug trial data, and observational studies. In the absence of a single gold-standard medication, patients are treated with a variety of drugs from different categories, often with limited evidence. Drug therapy is not mandatory for the management of FMS. Pregabalin, duloxetine, milnacipran, and amitriptyline are the current first-line prescribed agents but have had a mostly modest effect. With only a minority of patients expected to experience substantial benefit, most will discontinue therapy because of either a lack of efficacy or tolerability problems. Many drug treatments have undergone limited study and have had negative results. It is unlikely that these failed pilot trials will undergo future study. However, medications, though imperfect, will continue to be a component of treatment strategy for these patients. Both the potential for medication therapy to relieve symptoms and the potential to cause harm should be carefully considered in their administration.
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121598
SN  - 1465-9913
VL  - 16
IS  - 201
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schröder, Wiebke
A1  - Bernhardt, Jörg
A1  - Marincola, Gabriella
A1  - Klein-Hitpass, Ludger
A1  - Herbig, Alexander
A1  - Krupp, Guido
A1  - Nieselt, Kay
A1  - Wolz, Christiane
T1  - Altering gene expression by aminocoumarins: the role of DNA supercoiling in Staphylococcus aureus
JF  - BMC Genomics
N2  - BACKGROUND:
It has been shown previously that aminocoumarin antibiotics such as novobiocin lead to immediate downregulation of recA expression and thereby inhibit the SOS response, mutation frequency and recombination capacity in Staphylococcus aureus. Aminocoumarins function by inhibiting the ATPase activity of DNA gyrase subunit B with a severe impact on DNA supercoiling.
RESULTS:
Here, we have analysed the global impact of the DNA relaxing agent novobiocin on gene expression in S. aureus. Using a novobiocin-resistant mutant, it became evident that the change in recA expression is due to gyrase inhibition. Microarray analysis and northern blot hybridisation revealed that the expression levels of a distinct set of genes were increased (e.g., recF-gyrB-gyrA, the rib operon and the ure operon) or decreased (e.g., arlRS, recA, lukA, hlgC and fnbA) by novobiocin. The two-component ArlRS system was previously found to decrease the level of supercoiling in S. aureus. Thus, downregulation of arlRS might partially compensate for the relaxing effect of novobiocin. Global analysis and gene mapping of supercoiling-sensitive genes did not provide any indication that they are clustered in the genome. Promoter fusion assays confirmed that the responsiveness of a given gene is intrinsic to the promoter region but independent of the chromosomal location.
CONCLUSIONS:
The results indicate that the molecular properties of a given promoter, rather than the chromosomal topology, dictate the responsiveness to changes in supercoiling in the pathogen Staphylococcus aureus.
KW  - aminocoumarins
KW  - novobiocin
KW  - microarray
KW  - Voronoi tree map
KW  - spacer
KW  - arlR
KW  - gyrase
KW  - supercoiling
KW  - staphylococcus aureus
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121609
SN  - 1471-2164
VL  - 15
IS  - 291
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Staab, Wieland
A1  - Hottowitz, Ralf
A1  - Sohns, Christian
A1  - Sohns, J.an Martin
A1  - Gilbert, Fabian
A1  - Menke, Jan
A1  - Niklas, Andree
A1  - Lotz, Joachim
T1  - Accelerometer and Gyroscope Based Gait Analysis Using Spectral Analysis of Patients with Osteoarthritis of the Knee
JF  - Journal of Physical Therapy Science
N2  - [Purpose] A wide variety of accelerometer tools are used to estimate human movement, but there are no adequate data relating to gait symmetry parameters in the context of knee osteoarthritis. This study's purpose was to evaluate a 3D-kinematic system using body-mounted sensors (gyroscopes and accelerometers) on the trunk and limbs. This is the first study to use spectral analysis for data post processing. [Subjects] Twelve patients with unilateral knee osteoarthritis (OA) (10 male) and seven age-matched controls (6 male) were studied. [Methods] Measurements with 3-D accelerometers and gyroscopes were compared to video analysis with marker positions tracked by a six-camera optoelectronic system (VICON 460, Oxford Metrics). Data were recorded using the 3D-kinematic system. [Results] The results of both gait analysis systems were significantly correlated. Five parameters were significantly different between the knee OA and control groups. To overcome time spent in expensive post-processing routines, spectral analysis was performed for fast differentiation between normal gait and pathological gait signals using the 3D-kinematic system. [Conclusions] The 3D-kinematic system is objective, inexpensive, accurate and portable, and allows long-term recordings in clinical, sport as well as ergonomic or functional capacity evaluation (FCE) settings. For fast post-processing, spectral analysis of the recorded data is recommended.
KW  - accelerometer
KW  - gait
KW  - gyroscope
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121614
VL  - 26
IS  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Chen, Yi-chun
A1  - Gerber, Bertram
T1  - Generalization and discrimination tasks yield concordant measures of perceived distance between odours and their binary mixtures in larval Drosophila
JF  - The Journal of Experimental Biology
N2  - Similarity between odours is notoriously difficult to measure. Widely used behavioural approaches in insect olfaction research are cross-adaptation, masking, as well as associative tasks based on olfactory learning and the subsequent testing for how specific the established memory is. A concern with such memory-based approaches is that the learning process required to establish an odour memory may alter the way the odour is processed, such that measures of perception taken at the test are distorted. The present study was therefore designed to see whether behavioural judgements of perceptual distance are different for two different memory-based tasks, namely generalization and discrimination. We used odour-reward learning in larval Drosophila as a study case. In order to challenge the larvae's olfactory system, we chose to work with binary mixtures and their elements (1-octanol, n-amyl acetate, 3-octanol, benzaldehyde and hexyl acetate). We determined the perceptual distance between each mixture and its elements, first in a generalization task, and then in a discrimination task. It turns out that scores of perceptual distance are correlated between both tasks. A re-analysis of published studies looking at element-to-element perceptual distances in larval reward learning and in adult punishment learning confirms this result. We therefore suggest that across a given set of olfactory stimuli, associative training does not grossly alter the pattern of perceptual distances.
KW  - discrimination
KW  - drosophila melanogaster
KW  - generalization
KW  - memory
KW  - olfaction
KW  - perception
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121625
VL  - 217
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Meule, Adrian
T1  - Are certain foods addictive?
JF  - Frontiers in Psychiatry
N2  - A commentary on
Lifestyle medicine: the importance of firmgrounding on evidence by Rippe JM. Am J Lifestyle Med (2014) doi:10.1177/ 1559827613520527
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120257
SN  - 1664-0640
VL  - 5
IS  - 38
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Stürmer, Franziska
T1  - Magical Realism and Trauma in Yaşar Kemal's The Pomegranate on the Knoll
JF  - Interférences littéraires / Literaire interferenties
N2  - Yaşar Kemals Erzählung Der Granatapfelbaum schildert detailliert den Überlebenskampf der Bauern der Çukurova in Zeiten der Mechanisierung. Sobald die Figuren allerdings versuchen, Bewältigungsstrategien für das erlebte Elend zu entwerfen, wird die realistische Darstellung überschritten. Durch Verfahren traumatisch-magi-scher Imagination entzieht sich der Text rationalen Bewältigungsmustern und macht so die emotionale Belastung der Figuren für den Leser erfahrbar. Kemal gelingt es, das Elend der Bauern nicht nur zu beschreiben, wie im sozialen Realismus bzw. der türkischen Dorfliteratur, sondern durch magisch-realistische Verfahren auch deren unterdrückte eigene Stimme hörbar zu machen.
N2  - In Yaşar Kemal‘s The Pomegranate on the Knoll, the environment of the Çukurova peasants is depicted meticulously in their daily struggle for survival; however, Kemal transcends purely realist representations whenever the characters try either to make sense of or to gain control over their hostile environment. By using magical realist strategies in his text as well, he gives a voice to the suffering of the Çukurova peasants and engages in a form of political writing different from social realism or village literature. He helps to raise public awareness for the traumatic consequences of the changing social reality in rural Turkey not only by describing it, but also by using magical realist writing strategies which let readers feel it for themselves.
KW  - Der Granatapfelbaum
KW  - Yaşar Kemal
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120297
SN  - 2031-2970
VL  - 14
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Fehrholz, Markus
A1  - Christian P., Speer
A1  - Kunzmann, Steffen
T1  - Caffeine and Rolipram Affect Smad Signalling and TGFβ1 Stimulated CTGF and Transgelin Expression in Lung Epithelial Cells
JF  - PLoS One
N2  - Caffeine administration is an important part of the therapeutic treatment of bronchopulmonary dysplasia (BPD) in preterm infants. However, caffeine mediated effects on airway remodelling are still undefined. The TGF-β/Smad signalling pathway is one of the key pathways involved in airway remodelling. Connective tissue growth factor (CTGF), a downstream mediator of TGF-β, and transgelin, a binding and stabilising protein of the cytoskeleton, are both regulated by TGF-b1 and play an important role in airway remodelling. Both have also been implicated in the pathogenesis of BPD. The aim of the present study was to clarify whether caffeine, an unspecific phosphodiesterase (PDE) inhibitor, and rolipram, a prototypical PDE-4 selective inhibitor, were both able to affect TGF-β1-induced Smad signalling and CTGF/transgelin expression in lung epithelial cells. Furthermore, the effect of transgelin knock-down on Smad signalling was studied. The pharmacological effect of caffeine and rolipram on Smad signalling was investigated by means of a luciferase assay via transfection of a TGFβ1- inducible reporter plasmid in A549 cells. The regulation of CTGF and transgelin expression by caffeine and rolipram were studied by promoter analysis, real-time PCR and Western blot. Endogenous transgelin expression was down-regulated by lentiviral transduction mediating transgelin-specific shRNA expression. The addition of caffeine and rolipram inhibited TGFβ1 induced reporter gene activity in a concentration-related manner. They also antagonized the TGF-b1 induced upregulation of CTGF and transgelin on the promoter-, the mRNA-, and the protein-level. Functional analysis showed that transgelin silencing reduced TGF-β1 induced Smad-signalling and CTGF induction in lung epithelial cells. The present study highlights possible new molecular mechanisms of caffeine and rolipram including an inhibition of Smad signalling and of TGF-β1 regulated genes involved in airway remodelling. An understanding of these mechanisms might help to explain the protective effects of caffeine in prevention of BPD and suggests rolipram to be a potent replacement for caffeine.
KW  - caffein
KW  - SMAD signaling
KW  - epithelial cells
KW  - luciferase
KW  - DNA-binding proteins
KW  - immunoblotting
KW  - phosphorylation
KW  - cytoskeleton
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-118406
VL  - 9
IS  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wieser, Matthias J.
A1  - Gerdes, Antje B. M.
A1  - Reicherts, Philipp
A1  - Pauli, Paul
T1  - Mutual influences of pain and emotional face processing
JF  - Frontiers in Psychology
N2  - The perception of unpleasant stimuli enhances whereas the perception of pleasant stimuli decreases pain perception. In contrast, the effects of pain on the processing of emotional stimuli are much less known. Especially given the recent interest in facial expressions of pain as a special category of emotional stimuli, a main topic in this research line is the mutual influence of pain and facial expression processing. Therefore, in this mini-review we selectively summarize research on the effects of emotional stimuli on pain, but more extensively turn to the opposite direction namely how pain influences concurrent processing of affective stimuli such as facial expressions. Based on the motivational priming theory one may hypothesize that the perception of pain enhances the processing of unpleasant stimuli and decreases the processing of pleasant stimuli. This review reveals that the literature is only partly consistent with this assumption: pain reduces the processing of pleasant pictures and happy facial expressions, but does not – or only partly – affect processing of unpleasant pictures. However, it was demonstrated that pain selectively enhances the processing of facial expressions if these are pain-related (i.e., facial expressions of pain). Extending a mere affective modulation theory, the latter results suggest pain-specific effects which may be explained by the perception-action model of empathy. Together, these results underscore the important mutual influence of pain and emotional face processing.
KW  - emotion
KW  - facial expression
KW  - ERPs
KW  - perception-action
KW  - pain
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-118446
SN  - 1664-1078
VL  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Camargo-Molina, J. E.
A1  - Garbrecht, B.
A1  - O'Leary, B.
A1  - Porod, W.
A1  - Staub, F.
T1  - Constraining the Natural MSSM through tunneling to color-breaking vacua at zero and non-zero temperature
JF  - Physics Letters B
N2  - We re-evaluate the constraints on the parameter space of the minimal supersymmetric standard model from tunneling to charge- and/or color-breaking minima, taking into account thermal corrections. We pay particular attention to the region known as the Natural MSSM, where the masses of the scalar partners of the top quarks are within an order of magnitude or so of the electroweak scale. These constraints arise from the interaction between these scalar tops and the Higgs fields, which allows the possibility of parameter points having deep charge- and color-breaking true vacua. In addition to requiring that our electroweak-symmetry-breaking, yet QCD- and electromagnetism-preserving vacuum has a sufficiently long lifetime at zero temperature, also demanding stability against thermal tunneling further restricts the allowed parameter space.
KW  - Supersymmetry
KW  - Vacuum stability
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-118458
VL  - 737
ER  - 
TY  - THES
A1  - Winkler, Markus Heinrich
T1  - Motivational properties of reward associated stimuli - Conditioning  studies with smoke and monetary reinforcement
T1  - Motivationale Wirkung belohnungsassoziierter Reize – Konditionierungsstudien mit Rauchen und Geldgewinn als Verstärker
N2  - Abstract
Tobacco addiction is considered as a chronic relapsing disorder, characterized by compul-sive drug seeking and intake. Learning processes are stressed to account for the situational-specific expression of core features of the disorder, e.g., craving for drug, tolerance and ex-cessive consumption. According to incentive theories, smoke conditioned stimuli are hy-pothesized to be appetitive in nature, promoting craving, approach and consummatory be-havior. Commonly, smoking cues are treated as simple excitatory conditioned stimuli formed by a close and reliable overlap with the drug effect. However, the smoking ritual comprises a multitude of stimuli which may give rise to different forms of learning and con-ditioned responses partially opposing each other. Previous research suggests the predictive content and the temporal proximity of smoking stimuli to the drug effect as important de-terminants of cue reactivity. In contrast to stimuli related to the preparatory stage of smok-ing and the start of consumption (BEGIN stimuli), stimuli from the terminal stage of smok-ing (END stimuli) apparently lack high cue reactivity. Several lines of evidence suggest the poor cue properties of terminal stimuli to be related to their signaling of poor smoke availa-bility. Indeed, cue reactivity is commonly decreased when smoking appears to be unavaila-ble. Moreover, the learning literature suggests that stimuli predictive for the non-availability of reward may acquire the capacity to modulate or oppose the responses of ex-citatory conditioned stimuli. Therefore, the aim of the present thesis was to enhance our knowledge of stimulus control in human drug addiction and incentive motivation by running a series of conditioning studies with smoke intake and monetary reward as reinforcer. Sub-jective report and physiological measures of motivational valence and consummatory re-sponse tendencies were used as dependent variables. 
The first experiment of this thesis used a differential conditioning paradigm to reveal evi-dence for the conditioning of preparatory and consummatory responses to a CS+ for smok-ing. Neutral pictograms served as CSs and single puffs on a cigarette as US. In line with the predictions of incentive theories, the excitatory CS+ for smoking acquired the ability to evoke an appetitive conditioned response, as indicated by enhanced activity of the M. zy-gomaticus major. Moreover, anticipation of puffing on the cigarette increased the activity of the M. orbicularis oris (lip muscle), indicating the activation of consummatory response tendencies. Finally, the CS+ evoked stronger skin conductance responses, indicative of in-creased autonomic arousal and orienting in preparation for action. In contrast, the rating data were apparently unaffected by the experimental contingency. In sum, the physiological data provide support for the notion that excitatory smoke conditioning gives rise to appeti-tive and consummatory conditioned responses, which may at least partially contribute to the maintenance of tobacco addiction.
The second experiment of this thesis adapted the conditioning protocol of the first study to probe the functional significance of terminal stimuli in the control of addictive behavior. This study manipulated the predictive relationship of BEGIN and END stimuli to smoke rein-forcement to provide further support for the differential reactivity to both stimuli and the retarded (i.e., delayed) conditioning of END stimuli. Overall, the results of the first study of this thesis were conceptually replicated as the association of a BEGIN stimulus with smoke intake resulted in the acquisition of appetitive and consummatory physiological responses. Importantly, the results revealed evidence for a retarded excitatory conditioning of END stimuli. Thus, pairing of an END stimulus with smoke intake failed to produce a conditioned discrimination in terms of motivational valence and autonomic arousal, as indicated by the activity of the M. corrugator supercilii and the skin conductance data. These results provide further support for the notion that END stimuli may be weak cues for smoking. Moreover, in light of the results of the first study of this thesis, the retarded excitatory conditioning of terminal stimuli may be suggestive of an inhibitory response component, which may be re-lated to their signaling of poor smoke availability. In sum, these results add to a growing body of data, which suggest that the expression of cue reactivity may be modulated by the temporal proximity and the availability of the drug effect. 
The aim of the third study of this thesis was to provide “proof of concept” for an inhibi-tory conditioning notion of terminal stimuli. In this analog study BEGIN and END stimuli were emulated as discriminative SD and S for monetary reward. During an acquisition phase conditioned inhibition was established to the S predictive of the non-availability of re-ward. Subsequently a retardation test was used to substantiate conditioned inhibition. In this test, excitatory conditioning of the previous S was compared to the excitatory condi-tioning of a novel control stimulus. Importantly, the results revealed evidence for reward conditioned inhibition as indicated by the retarded acquisition of subjective (pleasure and reward expectancy) and physiological (skin conductance and activity of the M. orbicularis oculi) responses. In sum, these results provide support for the notion that stimuli predictive for the non-availability of reward may acquire the capacity to oppose the responses of ex-citatory conditioned stimuli. Thus, future research may benefit from the consideration of inhibitory conditioning processes in drug addiction, which may be of theoretical, methodo-logical and clinical importance. 
In sum, the present thesis revealed evidence for 1) an appetitive nature of excitatory condi-tioned smoking cues, 2) the dependency of this learning process on the temporal position of the conditioned stimuli in the intake ritual and 3) the acquisition of conditioned inhibition by a stimulus predictive for the non-availability of reward, as evident in retarded excitatory conditioning. Overall, these studies made a novel contribution to the field of human drug addiction and incentive motivation and provided valuable suggestions for further research.
N2  - Zusammenfassung
Tabakabhängigkeit wird als eine chronische Störung betrachtet, die durch exzessives dro-gensuchendes und -konsumierendes Verhalten gekennzeichnet ist. Lernprozesse werden zur Erklärung der Situationsspezifität zentraler Merkmale einer Abhängigkeit (z.B. Craving, Tole-ranz und übermäßiger Konsum) herangezogen. Anreiztheorien postulieren, dass konditio-nierte Rauchreize appetitiv sind, ein Verlangen zu konsumieren hervorrufen sowie Annähe-rungs- und konsummatorische Reaktionen induzieren. Gewöhnlich werden Rauch-Cues als einfache, exzitatorisch konditionierte Reize aufgefasst, die durch eine enge und reliable Überlappung mit der Drogenwirkung entstehen. Das Rauchritual beinhaltet allerdings eine Vielzahl von Reizen, die vermutlich unterschiedliche Lernformen begünstigen und dadurch teils einander entgegengesetzte konditionierte Reaktionen hervorrufen können. Die bisheri-ge Forschung legt nahe, dass die zeitliche Nähe und der prädiktive Wert von Reizen hinsicht-lich der Drogenwirkung die Cue-Reaktivität entscheidend beeinflussen. Im Gegensatz zu Reizen aus der präparatorischen Phase des Rauchrituals und solchen vom Konsumbeginn (Anfangsreize) lösen Reize aus der Endphase des Konsums (Endreize) nur geringe Cue-Reaktivität aus. Verschiedene Befunde legen nahe, dass die schwache Cue-Wirkung von End-reizen mit der wahrgenommenen Verfügbarkeit der Droge(nwirkung) zusammenhängt. So ist die Cue-Reaktivität gewöhnlich reduziert, wenn keine Möglichkeit zum Konsum besteht. Zudem legt die Lernliteratur nahe, dass Reize, die die Nicht-Verfügbarkeit einer Belohnung vorhersagen die Fähigkeit erwerben, exzitatorisch konditionierten Reaktionen entgegenzu-wirken. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es somit, unser Verständnis der Reizabhängig-keit süchtigen Verhaltens und der zugrundeliegenden motivationalen Prozesse zu erweitern. Dazu wurde eine Reihe von Konditionierungsstudien mit Rauchaufnahme und Geldgewinn als Verstärker durchgeführt. Als abhängige Variablen wurde der Selbstbericht der Proban-den sowie physiologische Maße motivationaler Valenz und konsummatorischer Reaktions-tendenzen erfasst. 
Im ersten Experiment dieser Arbeit wurde ein differentielles Konditionierungsparadigma ver-wendet, um den Nachweis zu erbringen, dass ein CS+ für Rauchen präparatorische und kon-summatorische Reaktionen hervorruft. Dabei wurden neutrale Symbole als konditionierte Reize verwendet und einzelne Züge an einer Zigarette als US. In Übereinstimmung mit den Vorhersagen von Anreiztheorien löste der exzitatorische CS+ eine appetitive konditionierte Reaktion aus, die sich in einer erhöhten Aktivität des M. zygomaticus major zeigte. Zudem war die Aktivität des M. orbicularis oris (Lippenmuskel) erhöht, was für die Aktivierung kon-summatorischer Reaktionstendenzen spricht. Schließlich rief der CS+ eine erhöhte Haut-leitfähigkeitsreaktion hervor, die eine Orientierungsreaktion und erhöhte autonome Reak-tivität im Rahmen der Handlungsvorbereitung anzeigt. Die experimentelle Kontingenz spie-gelte sich jedoch nicht in den Reizbewertungen wieder. Insgesamt stützen die physiologi-schen Befunde die Auffassung, dass exzitatorisch konditionierte Rauchreize appetitive und konsummatorische Reaktionen auslösen, die zur Aufrechterhaltung einer Tabakabhängig-keit beitragen können. 
Im zweiten Experiment wurde das Konditionierungsparadigma der ersten Studie adaptiert. Ziel des Experiments war es, die funktionellen Auswirkungen von Endreizen auf verschiedene Parameter abhängigen Verhaltens zu untersuchen. In der Studie wurde der prädiktive Gehalt von Anfangs- und Endreizen experimentell manipuliert, indem die Reize entweder als CS+ oder als CS- (und umgekehrt) mit Rauchen gepaart wurden. Zum einen sollten dadurch bis-herige Befunde erweitert werden, die zeigen, dass beide Reize unterschiedliche Reaktionen auslösen. Zum anderen sollte der Nachweis einer verlangsamten exzitatorischen Konditio-nierung von Endreizen erbracht werden. Insgesamt konnten die Ergebnisse der ersten Studie der vorliegenden Arbeit konzeptuell repliziert werden. So lösten Anfangsreize appetitive und konsummatorische physiologische Reaktionen aus, wenn sie mit Rauchen gepaart wurden. Wichtiger jedoch war der Befund einer verlangsamten exzitatorischen Konditionierung von Endreizen, wie er sich in Maßen motivationaler Valenz (M. corrugator supercilii) und auto-nomer Erregung (Hautleitfähigkeitsreaktionen) zeigte. Diese Befunde stützen die Auffas-sung, dass Endreize nur eine schwache Cue-Wirkung besitzen. In der Zusammenschau mit den Befunden der ersten Studie sprechen die Ergebnisse andeutungsweise dafür, dass End-reize eine inhibitorische Reaktionskomponente besitzen. Diese könnte damit in Zusam-menhang stehen, dass die wahrgenommene Verfügbarkeit der Droge(nwirkung) im Falle von Endreizen reduziert ist. Insgesamt gliedern sich die Befunde gut in eine Reihe von Studien ein, die nahelegen, dass Cue-Reaktivität durch die zeitliche Nähe und die Verfügbarkeit der Drogenwirkung moduliert wird. 
Das Ziel der dritten Studie war es einen inhibitorischen Konditionierungsansatz zur Entste-hung von Endreizen konzeptuell zu überprüfen. In einer Analogstudie wurden Anfangs- und Endreize als diskriminative Hinweisreize SD bzw. S für einen Geldgewinn modelliert. In einer Akquisitionsphase wurde der S, der die Nicht-Verfügbarkeit eines Gewinns signalisierte, als konditionierter Hemmreiz etabliert. Anschließend wurde ein Retardationstest zum Nach-weis konditionierter Hemmung durchgeführt. In diesem Test wurde die exzitatorische Kon-ditionierung des ehemaligen S mit der exzitatorischen Konditionierung eines neuen Kon-trollreizes verglichen. Dabei konnte konditionierte Hemmung in Form einer verlangsamten exzitatorischen Konditionierung subjektiver (positiver Affekt und Belohnungserwartung) und physiologischer (Hautleitfähigkeitsreaktionen und Aktivität des M. orbicularis oculi) Reaktionen nachgewiesen werden. Insgesamt stützen diese Befunde die Auffassung, dass Reize, die die Nicht-Verfügbarkeit einer Belohnung vorhersagen die Fähigkeit erwerben, exzitatorisch konditionierten Reaktionen entgegenzuwirken. Die weitere Suchtforschung könnte somit von einer stärkeren Berücksichtigung konditionierte Hemmprozesse sowohl hinsichtlich der Theorienbildung als auch in methodischer und klinischer Hinsicht profitie-ren. 
Insgesamt hat die vorliegende Arbeit gezeigt, dass 1) exzitatorisch konditionierte Rauchrei-ze eine appetitive Wirkung entfalten, 2) dieser Lernprozess von der zeitlichen Stellung der konditionierten Reize im Konsumritual abhängig ist und 3) Reize, die prädiktiv für die Nicht-Verfügbarkeit einer Belohnung sind als konditionierte Hemmreize fungieren können, was sich in einer verlangsamten exzitatorischen Konditionierung wiederspiegelt. Die vorliegende Arbeit erbrachte einen neuen Beitrag im Bereich der Sucht- und Motivationsforschung sowie mehrere Anknüpfungspunkte für zukünftige Forschungsvorhaben.
KW  - BEGIN stimuli
KW  - END stimuli
KW  - Incentive motivation
KW  - Conditioned inhibition
KW  - Facial EMG
KW  - Smoking
KW  - Addiction
KW  - Conditioning
KW  - Nicotine
KW  - Reward
KW  - Cue
KW  - Rauchen
KW  - Konditionierung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121794
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sauer, Stephanie
A1  - Goltz, Jan P.
A1  - Gassenmaier, Tobias
A1  - Kunz, Andreas S.
A1  - Bley, Thorsten A.
A1  - Klein, Detlef
A1  - Petritsch, Bernhard
T1  - Partial Segmental Thrombosis of the Corpus Cavernosum (PSTCC) diagnosed by contrast-enhanced ultrasound: a case report
JF  - BMC Urology
N2  - Background
Partial segmental thrombosis of the corpus cavernosum (PSTCC) is a rare disease predominantly occurring in young men. Cardinal symptoms are pain and perineal swelling. Although several risk factors are described in the literature, the exact etiology of penile thrombosis remains unclear in most cases. MRI or ultrasound (US) is usually used for diagnosing this condition.

Case presentation
We report a case of penile thrombosis after left-sided varicocele ligature in a young patient. The diagnosis was established using contrast-enhanced ultrasound (CEUS) and was confirmed by contrast-enhanced magnetic resonance imaging (ceMRI). Successful conservative treatment consisted of systemic anticoagulation using low molecular weight heparin and acetylsalicylic acid.

Conclusion
PSTCC is a rare condition in young men and appears with massive pain and perineal swelling. In case of suspected PSTCC utilization of CEUS may be of diagnostic benefit.
KW  - MRI
KW  - priapism
KW  - corpus cavernosum
KW  - penile thrombosis
KW  - contrast-enhanced ultrasound
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-126495
VL  - 14
IS  - 100
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hofmann, Sebastian
A1  - Braun, Attila
A1  - Pozgaj, Rastislav
A1  - Morowski, Martina
A1  - Vögtle, Timo
A1  - Nieswandt, Bernhard
T1  - Mice lacking the SLAM family member CD84 display unaltered platelet function in hemostasis and thrombosis
JF  - PLoS One
N2  - Background
Platelets are anuclear cell fragments derived from bone marrow megakaryocytes that safeguard vascular integrity by forming thrombi at sites of vascular injury. Although the early events of thrombus formation—platelet adhesion and aggregation—have been intensively studied, less is known about the mechanisms and receptors that stabilize platelet-platelet interactions once a thrombus has formed. One receptor that has been implicated in this process is the signaling lymphocyte activation molecule (SLAM) family member CD84, which can undergo homophilic interactions and becomes phosphorylated upon platelet aggregation.

Objective
The role of CD84 in platelet physiology and thrombus formation was investigated in CD84-deficient mice.

Methods and Results
We generated CD84-deficient mice and analyzed their platelets in vitro and in vivo. \(Cd84^{−/−}\) platelets exhibited normal activation and aggregation responses to classical platelet agonists. Furthermore, CD84 deficiency did not affect integrin-mediated clot retraction and spreading of activated platelets on fibrinogen. Notably, also the formation of stable three-dimensional thrombi on collagen-coated surfaces under flow ex vivo was unaltered in the blood of \(Cd84^{−/−}\) mice. In vivo, \(Cd84^{−/−}\) mice exhibited unaltered hemostatic function and arterial thrombus 
formation.

Conclusion
These results show that CD84 is dispensable for thrombus formation and stabilization, indicating that its deficiency may be functionally compensated by other receptors or that it may be important for platelet functions different from platelet-platelet interactions.
KW  - flow cytometry
KW  - CD coreceptors
KW  - integrins
KW  - blood
KW  - platelet aggregation
KW  - platelet activation
KW  - cytotoxic T cells
KW  - platelets
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-126477
VL  - 9
IS  - 12
ER  - 
TY  - THES
A1  - Werner, Jan
T1  - Numerical Simulations of Heavy Fermion Systems: From He-3 Bilayers to Topological Kondo Insulators
T1  - Numerische Simulationen von Schwer-Fermionen-Systemen: Von He-3-Doppellagen zu Topologischen Kondo Isolatoren
N2  - Even though heavy fermion systems have been studied for a long time, a strong interest in heavy fermions persists to this day. While the basic principles of local moment formation, Kondo effect and formation of composite quasiparticles leading to a Fermi liquid, are under- stood, there remain many interesting open questions. A number of issues arise due to the interplay of heavy fermion physics with other phenomena like magnetism and superconduc- tivity.
In this regard, experimental and theoretical investigations of He-3 can provide valuable insights. He-3 represents a unique realization of a quantum liquid. The fermionic nature of He-3 atoms, in conjunction with the absence of long-range Coulomb repulsion, makes this material an ideal model system to study Fermi liquid behavior.
Bulk He-3 has been investigated for quite some time. More recently, it became possible to prepare and study layered He-3 systems, in particular single layers and bilayers. The pos- sibility of tuning various physical properties of the system by changing the density of He-3 and using different substrate materials makes layers of He-3 an ideal quantum simulator for investigating two-dimensional Fermi liquid phenomenology.
In particular, bilayers of He-3 have recently been found to exhibit heavy fermion behavior. As a function of temperature, a crossover from an incoherent state with decoupled layers to a coherent Fermi liquid of composite quasiparticles was observed. This behavior has its roots in the hybridization of the two layers. The first is almost completely filled and subject to strong correlation effects, while the second layer is only partially filled and weakly correlated. The quasiparticles are formed due to the Kondo screening of localized moments in the first layer by the second-layer delocalized fermions, which takes place at a characteristic temperature scale, the coherence scale Tcoh.
Tcoh can be tuned by changing the He-3 density. In particular, at a certain critical filling,
the coherence scale is expected to vanish, corresponding to a divergence of the quasiparticle effective mass, and a breakdown of the Kondo effect at a quantum critical point. Beyond the critical point, the layers are decoupled. The first layer is a local moment magnet, while the second layer is an itinerant overlayer.
However, already at a filling smaller than the critical value, preempting the critical point, the onset of a finite sample magnetization was observed. The character of this intervening phase remained unclear.
Motivated by these experimental observations, in this thesis the results of model calcula- tions based on an extended Periodic Anderson Model are presented. The three particle ring exchange, which is the dominant magnetic exchange process in layered He-3, is included in the model. It leads to an effective ferromagnetic interaction between spins on neighboring sites. In addition, the model incorporates the constraint of no double occupancy by taking the limit of large local Coulomb repulsion.
By means of Cellular DMFT, the model is investigated for a range of values of the chemical potential µ and inverse temperature β = 1/T . The method is a cluster extension to the Dy- namical Mean-Field Theory (DMFT), and allows to systematically include non-local correla- tions beyond the DMFT. The auxiliary cluster model is solved by a hybridization expansion CTQMC cluster solver, which provides unbiased, numerically exact results for the Green’s function and other observables of interest.
As a first step, the onset of Fermi liquid coherence is studied. At low enough temperature, the self-energy is found to exhibit a linear dependence on Matsubara frequency. Meanwhile, the spin susceptibility crossed over from a Curie-Weiss law to a Pauli law. Both observations serve as fingerprints of the Fermi liquid state.
The heavy fermion state appears at a characteristic coherence scale Tcoh. This scale depends strongly on the density. While it is rather high for small filling, for larger filling Tcoh is increas- ingly suppressed. This involves a decreasing quasiparticle residue Z ∼ Tcoh and an enhanced mass renormalization m∗/m ∼ Tcoh−1. Extrapolation leads to a critical filling, where the co-
herence scale is expected to vanish at a quantum critical point. At the same time, the effective mass diverges. This corresponds to a breakdown of the Kondo effect, which is responsible for the formation of quasiparticles, due to a vanishing of the effective hybridization between the layers.
Taking only single-site DMFT results into account, the above scenario seems plausible. However, paramagnetic DMFT neglects the ring exchange interaction completely. In or- der to improve on this, Cellular DMFT simulations are conducted for small clusters of size Nc = 2 and 3. The results paint a different physical picture. The ring exchange, by favor- ing a ferromagnetic alignment of spins, competes with the Kondo screening. As a result, strong short-range ferromagnetic fluctuations appear at larger values of µ. By lowering the temperature, these fluctuations are enhanced at first. However, for T < Tcoh they are increas- ingly suppressed, which is consistent with Fermi liquid coherence. However, beyond a certain threshold value of µ, fluctuations persist to the lowest temperatures. At the same time, while not apparent in the DMFT results, the total occupation n increases quite strongly in a very narrow range around the same value of µ. The evolution of n with µ is always continuous, but hints at a discontinuity in the limit Nc → ∞. This first-order transition breaks the Kondo effect. Beyond the transition, a ferromagnetic state in the first layer is established, and the second layer becomes a decoupled overlayer.
These observations provide a quite appealing interpretation of the experimental results. As a function of chemical potential, the Kondo breakdown quantum critical point is preempted by a first-order transition, where the layers decouple and the first layer turns into a ferromagnet. In the experimental situation, where the filling can be tuned directly, the discontinuous transition is mirrored by a phase separation, which interpolates between the Fermi liquid ground state at lower filling and the magnetic state at higher filling. This is precisely the range of the intervening phase found in the experiments, which is characterized by an onset of a finite sample magnetization.
Besides the interplay of heavy fermion physics and magnetic exchange, recently the spin- orbit coupling, which is present in many heavy fermion materials, attracted a lot of interest. In the presence of time-reversal symmetry, due to spin-orbit coupling, there is the possibility of a topological ground state.
It was recently conjectured that the energy scale of spin-orbit coupling can become dom- inant in heavy fermion materials, since the coherence scale and quasiparticle bandwidth are rather small. This can lead to a heavy fermion ground state with a nontrivial band topology; that is, a topological Kondo insulator (TKI). While being subject to strong correlation effects, this state must be adiabatically connected to a non-interacting, topological state.
The idea of the topological ground state realized in prototypical Kondo insulators, in par- ticular SmB6, promises to shed light on some of the peculiarities of these materials, like a residual conductivity at the lowest temperatures, which have remained unresolved so far.
In this work, a simple two-band model for two-dimensional topological Kondo insulators is devised, which is based on a single Kramer’s doublet coupled to a single conduction band. The model is investigated in the presence of a Hubbard interaction as a function of interaction strength U and inverse temperature β. The bulk properties of the model are obtained by DMFT, with a hybridization expansion CTQMC impurity solver. The DMFT approximation of a local self-energy leads to a very simple way of computing the topological invariant.
The results show that with increasing U the system can be driven through a topological phase transition. Interestingly, the transition is between distinct topological insulating states, namely the Γ-phase and M-phase. This appearance of different topological phases is possible due to the symmetry of the underlying square lattice. By adiabatically connecting both in- teracting states with the respective non-interacting state, it is shown that the transition indeed drives the system from the Γ-phase to the M-phase.
A different behavior can be observed by pushing the bare position of the Kramer’s doublet to higher binding energies. In this case, the non-interacting starting point has a trivial band topology. By switching on the interaction, the system can be tuned through a quantum phase transition, with a closing of the band gap. Upon reopening of the band gap, the system is in the Γ-phase, i. e. a topological insulator. By increasing the interaction strength further, the system moves into a strongly correlated regime. In fact, close to the expected transition to the M phase, the mass renormalization becomes quite substantial. While absent in the para- magnetic DMFT simulations conducted, it is conceivable that instead of a topological phase transition, the system undergoes a time-reversal symmetry breaking, magnetic transition.
 
The regime of strong correlations is studied in more detail as a function of temperature, both in the bulk and with open boundary conditions. A quantity which proved very useful is the bulk topological invariant Ns, which can be generalized to finite interaction strength and temperature. In particular, it can be used to define a temperature scale T ∗ for the onset of the topological state. Rescaling the results for Ns, a nice data collapse of the results for different values of U, from the local moment regime to strongly mixed valence, is obtained. This hints at T ∗ being a universal low energy scale in topological Kondo insulators. Indeed, by comparing T ∗ with the coherence scale extracted from the self-energy mass renormalization, it is found that both scales are equivalent up to a constant prefactor. Hence, the scale T ∗ obtained from the temperature dependence of topological properties, can be used as an independent measure for Fermi liquid coherence. This is particularly useful in the experimentally relevant mixed valence regime, where charge fluctuations cannot be neglected. Here, a separation of the energy scales related to spin and charge fluctuations is not possible.
The importance of charge fluctuations becomes evident in the extent of spectral weight transfer as the temperature is lowered. For mixed valence, while the hybridization gap emerges, a substantial amount of spectral weight is shifted from the vicinity of the Fermi level to the lower Hubbard band. In contrast, this effect is strongly suppressed in the local moment regime.
In addition to the bulk properties, the spectral function for open boundaries is studied as a function of temperature, both in the local moment and mixed valence regime. This allows an investigation of the emergence of topological edge states with temperature. The method used here is the site-dependent DMFT, which is a generalization of the conventional DMFT to inhomogeneous systems. The hybridization expansion CTQMC algorithm is used as impurity solver.
By comparison with the bulk results for the topological quantity Ns, it is found that the
temperature scale for the appearance of the topological edge states is T ∗, both in the mixed valence and local moment regime.
N2  - Obwohl Heavy-Fermion-Systemen bereits seit vielen Jahrzehnten intensiv untersucht werden, ist auch heute ein großes Interesse an Heavy Fermions vorhanden. Obwohl die grundlegenden Konzepte wie die Ausbildung lokaler Momente, der Kondo-Effekt und die zur Entstehung einer Fermi-Flüssigkeit führenden, koha¨renten Quasiteilchen gut verstanden sind, gibt es weiterhin viele offene Fragestellungen. Diese ergeben sich u.a. aus dem Zusammenspiel von Heavy Fermions mit anderen Phänomenen wie Magnetismus und Supraleitung.
In dieser Hinsicht können Untersuchungen an He-3 sehr wertvolle Einsichten liefern. Das liegt darin begründet, dass He-3 eine einzigartige Realisierung einer Quanten-Flu¨ssigkeit darstellt. Da He-3-Atome Fermionen sind, und da die langreichweitige Coulomb-Abstoßung keine Rolle spielt, ist dieses Material in idealer Weise dazu geeignet, um Fermi-Flüssigkeiten zu studieren.
In drei Dimensionen wird He-3 bereits seit La¨ngerem untersucht.  Vor Kurzem gelang es dann auch, Schichtsysteme aus He-3 zu erzeugen und zu untersuchen. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Phänomenologie zweidimensionaler Fermi-Flu¨ssigkeiten detailliert zu unter- suchen. He-3-Schichtsysteme stellen einen idealen Quanten-Simulator für diese Systeme dar, da sich durch Variation der He-3-Konzentration und durch die Wahl verschiedener Substrat- materialien unterschiedliche Eigenschaften der Fermi-Flüssigkeit gezielt einstellen lassen.
So wurde in He-3-Doppellagen ein Heavy-Fermion-Verhalten nachgewiesen. In Abha¨ngig- keit der Temperatur wurde ein kontinuierlicher Übergang von einem inkohärenten Zustand mit entkoppelten Lagen zu einer koha¨renten Fermi-Flüssigkeit aus Quasiteilchen mit gemischtem
Charakter beobachtet. Dieses Verhalten hat seinen Ursprung in der Hybridisierung der beiden Lagen. Die erste Lage ist beinahe vollständig gefüllt und von starken Korrelationseffekten beeinflusst, wa¨hrend die zweite Lage nur teilgefüllt ist und Korrelationen eine geringe Rolle spielen. Die Quasiteilchen entstehen bei der Kondo-Abschirmung der lokalisierten Momente der ersten Lage durch die delokalisierten Fermionen der zweiten Lage, die bei einer charakteristischen Temperatur-Skala, der Kohärenz-Skala Tcoh stattfindet.
Durch das Verändern der Dichte von He-3-Atomen lässt sich Tcoh variieren. Dabei zeigte
sich, dass bei einer kritischen Dichte ein Verschwinden der Kohärenzskala zu erwarten ist. Dies korrespondiert mit einer Divergenz der effektiven Masse der Quasiteilchen, und einem Zusammenbrechen des Kondo-Effekts an einem quantenkritischen Punkt. Jenseits dieses kritischen Punktes sind die Lagen vollständig entkoppelt. Die erste Lage ist ein Magnet von lokalen Momenten, während die zweite Lage einen itineranten Overlayer darstellt.
 
Allerdings wurde bereits bei einer Dichte, die kleiner ist als der kritische Wert, die Herausbildung einer endlichen Magnetisierung der Probe beobachtet. Der Charakter dieser Zwischenphase, die dem kritischen Punkt voraus geht, blieb allerdings ungeklärt.
In dieser Arbeit werden Resultate von Modellrechnungen eines erweiterten Periodischen Anderson Modell vorgestellt, die von den experimentellen Beobachtungen motiviert wur- den. Dabei ist der Ringaustausch dreier Teilchen, also der dominante magnetische Aus- tauschmechanismus in Schichtsystemen aus He-3, im Modell explizit enthalten. Dieser fu¨hrt zu einer effektiv ferromagnetischen Wechselwirkung zwischen Spins auf benachbarten Gitterplätzen. Zudem berücksichtigt das Modell die Bedingung, dass keine Doppelbesetzung von Gitterplätzen auftritt, indem der Grenzfall einer sehr großen lokalen Coulomb-Abstoßung angenommen wird.
Mit Hilfe der Cellular DMFT wird das Modell als Funktion der Parameter chemisches Potential µ und inverse Temperature β = 1/T untersucht. Diese Methode stellt eine Cluster- Erweiterung der Dynamical Mean-Field Theory (DMFT) dar, und erlaubt es, auf systemati- sche Weise nichtlokale Korrelationen zu berücksichtigen, die über die DMFT-Approximation hinaus gehen. Für die Lösung der in jedem Iterationsschritt auftretenden Cluster-Modelle wird ein CTQMC-Cluster-Lo¨ser eingesetzt, der auf der Hybridisierungentwicklung basiert. Dieser liefert unverzehrte, numerisch exakte Ergebnisse für die Greensche Funktion und andere Observablen.
In einem ersten Schritt wird die Entstehung der kohärenten Fermi-Flüssigkeitsphase unter- sucht. Bei ausreichend tiefer Temperatur zeigt die Selbst-Energie in Matsubara-Frequenzen eine lineare Frequenzabhängigkeit. Gleichzeitig findet in der Spin-Suszeptibilität ein Über-
gang von einem Verhalten nach Curie-Weiss-Gesetz zu einem Pauli-Verhalten statt.  Beide Beobachtungen sind eindeutige Hinweise auf einen Fermi-Flüssigkeitszustand.
Heavy Fermions bilden sich unterhalb der Kohärenz-Skala Tcoh aus. Diese hängt stark von der He-3-Dichte ab. Tcoh ist bei kleiner Füllung recht hoch, wird bei größerer Fu¨llung allerdings zunehmend unterdrückt. Dies bedingt ein abnehmendes Quasiteilchen-Gewicht Z ∼ Tcoh und eine zunehmende Massenrenormierung m∗/m ∼ Tcoh−1. Durch Extrapolation erhält man einen quantenkritischen Punkt, an dem die Kohärenzskala verschwindet. Gleichzeitig divergiert hier die effektive Masse. Dies entspricht dem Zusammenbrechen des Kondo- Effekts, der für die Entstehung der Quasiteilchen verantwortlich ist, da die effektive Hybri- disierung zwischen den Lagen verschwindet.
Berücksichtigt man nur Ergebnisse von paramagnetischer DMFT, so erscheint das obige Szenario plausibel. Allerdings wird in diesem Fall der Ringaustausch komplett vernachlässigt. Um diese Situation zu verbessern, werden Simulationen mit Hilfe von Cellular DMFT an kleinen Clustern der Gro¨ßen Nc = 2 and 3 durchgeführt. Die Ergebnisse zeichnen ein anderes physikalisches Bild. Der Ringaustausch konkurriert mit der Kondoabschirmung der lokalen Momente, da er eine ferromagnetische Ausrichtung der Spins bevorzugt. Daraus resultieren auf kurzen Längenskalen für steigendes µ starke ferromagnetische Fluktuationen. Mit sinkender Temperatur werden diese zunächst verstärkt, dann für T < Tcoh allerdings zunehmend unterdrückt. Dies ist konsistent mit einer kohärenten Fermi-Flüssigkeit. Bei Überschreiten eines gewissen Schwellwertes für µ bestehen die starken Fluktuationen bis zu den tiefsten Temperaturen, die in der Simulation erreicht wurden. Gleichzeitig, zeigt sich ein starker Anstieg der Gesamtbesetzung n in einem engen Fenster um denselben Schwellwert von µ. Dieses Verhalten fehlt in den DMFT-Resultaten vollständig. Die Entwicklung von n mit µ ist stets kontinuierlich, weist allerdings auf eine Diskontinuität im Grenzfall Nc → ∞ hin. Dieser Ü bergang erster Ordnung lässt den Kondo-Effekt abrupt zusammenbrechen. Jenseits des Übergangs ist in der ersten Lage ein ferromagnetischer Zustand ausgebildet, während die zweite Lage ein davon entkoppelter Overlayer wird.
...
KW  - Fermionensystem
KW  - Heavy Fermion Systems
KW  - Starke Kopplung
KW  - Fermi-Flüssigkeit
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Stark korrelierte Fermionen
KW  - topologische Isolatoren
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112039
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vona, Barbara C.
T1  - Molecular Characterization of Genes Involved in Hearing Loss
T1  - Molekulare Charakterisierung der in Hörstörungen involvierten Genen
N2  - The auditory system is an exquisitely complex sensory organ dependent upon the synchronization of numerous processes for proper function. The molecular characterization of hereditary hearing loss is complicated by extreme genetic heterogeneity, wherein hundreds of genes dispersed genome-wide play a central and irreplaceable role in normal hearing function. The present study explores this area on a genome-wide and single gene basis for the detection of genetic mutations playing critical roles in human hearing.
This work initiated with a high resolution SNP array study involving 109 individuals. A 6.9 Mb heterozygous deletion on chromosome 4q35.1q35.2 was identified in a syndromic patient that was in agreement with a chromosome 4q deletion syndrome diagnosis. A 99.9 kb heterozygous deletion of exons 58-64 in USH2A was identified in one patient. Two homozygous deletions and five heterozygous deletions in STRC (DFNB16) were also detected. The homozygous deletions alone were enough to resolve the hearing impairment in the two patients. A Sanger sequencing assay was developed to exclude a pseudogene with a high percentage sequence identity to STRC from the analysis, which further solved three of the six heterozygous deletion patients with the hemizygous, in silico predicted pathogenic mutations c.2726A>T (p.H909L), c.4918C>T (p.L1640F), and c.4402C>T (p.R1468X). A single patient who was copy neutral for STRC and without pathogenic copy number variations had compound heterozygous mutations [c. 2303_2313+1del12 (p.G768Vfs*77) and c.5125A>G (p.T1709A)] in STRC. It has been shown that STRC has been previously underestimated as a hearing loss gene. One additional patient is described who does not have pathogenic copy number variation but is the only affected member of his family having hearing loss with a paternally segregating translocation t(10;15)(q26.13;q21.1). 
Twenty-four patients without chromosomal aberrations and the above described patient with an USH2A heterozygous deletion were subjected to a targeted hearing loss gene next generation sequencing panel consisting of either 80 or 129 hearing-relevant genes. The patient having the USH2A heterozygous deletion also disclosed a second mutation in this gene [c.2276G>T (p.C759F)]. This compound heterozygous mutation is the most likely cause of hearing loss in this patient. Nine mutations in genes conferring autosomal dominant hearing loss [ACTG1 (DFNA20/26); CCDC50 (DFNA44); EYA4 (DFNA10); GRHL2 (DFNA28); MYH14 (DFNA4A); MYO6 (DFNA22); TCF21 and twice in MYO1A (DFNA48)] and four genes causing autosomal recessive hearing loss were detected [GJB2 (DFNB1A); MYO7A (DFNB2); MYO15A (DFNB3), and USH2A]. Nine normal hearing controls were also included. Statistical significance was achieved comparing controls and patients that revealed an excess of mutations in the hearing loss patients compared to the control group. The family with the GRHL2 c.1258-1G>A mutation is only the second family published worldwide with a mutation described in this gene to date, supporting the initial claim of this gene causing DFNA28 hearing loss. Audiogram analysis of five affected family members uncovered the progressive nature of DFNA28 hearing impairment. Regression analysis predicted the annual threshold deterioration in each of the five family members with multiple audiograms available over a number of years.
N2  - Das Gehör als komplexes Sinnesorgan ist für eine einwandfreie Funktion abhängig von der Synchronisation zahlreicher Prozesse. Durch die extreme genetische Heterogenität wird die molekulare Charakterisierung einer erblich bedingten Schwerhörigkeit erschwert, da hunderte genomweit verteilter Gene eine zentrale und unersetzliche Rolle beim Hören spielen. Die vorliegende Studie untersucht dieses Forschungsgebiet auf genomweiter Ebene und auf der Basis von Einzelgenen, um genetische Mutationen zu ermitteln, die eine entscheidende Rolle bei der menschlichen auditiven Wahrnehmung besitzen. 
Diese Arbeit beginnt mit einer Studie an 109 Personen unter Zuhilfenahme von hochauflösenden SNP-Arrays. In dieser Studie wurde eine 6,9 Mb heterozygote Deletion auf Chromosom 4q35.1q35.2 bei einem syndromalen Patienten identifiziert, die eine Übereinstimmung mit einem Chromosom 4q-Deletionssyndrom aufwies. Bei einem weiteren Patienten wurde eine 99,9 kb heterozygote Deletion der Exons 58-64 in USH2A nachgewiesen. Zwei homozygote Deletionen und fünf heterozygote Deletionen in STRC (DFNB16) wurden ebenfalls detektiert. Die homozygoten Deletionen waren ausreichend, um die Schwerhörigkeit bei beiden Patienten zu klären. Ein Sanger-Sequenzierungs-Assay wurde entwickelt, um ein Pseudogen mit einer hohen prozentualen Sequenzidentität zu STRC von der Analyse auszuschließen. Dadurch konnten drei der sechs heterozygoten Deletionspatienten mit hemizygot in silico vorhergesagten pathogenen Mutationen, c.2726A>T (p.H909L), c.4918 C>T (p.L1640F) und c.4402C>T (p.R1468X), aufgeklärt werden. Ein Patient, der eine kopieneutrale STRC Variation und keine pathogenen Kopienzahlvariationen besaß, zeigte eine compound heterozygote Mutation [c.2303_2313+1del12 (p.G768Vfs*77) und c.5125A>G (p.T1709A)] in STRC. Es wurde gezeigt, daß die Beurteilung von STRC als Hörstörungsgen bisher unterschätzt wurde. Zusätzlich wird ein Patient beschrieben, der keine pathogenen Kopienzahlvariationen aufwies, aber das einzige Familienmitglied mit einer Schwerhörigkeit und einer paternalen segregierten Translokation t(10;15)(q26.13;q21.1) war. 
Vierundzwanzig Patienten ohne Chromosomenstörungen und der oben beschriebene Patient mit einer USH2A heterozygoten Deletion wurden mit einem Next Generation Sequencing Panel bestehend aus entweder 80 oder 129 für das Hören relevanter Gene untersucht. Der Patient mit einer USH2A heterozygoten Deletion zeigte eine zweite Mutation in diesem Gen [c.2276G>T (p.C759F)]. Diese compound heterozygote Mutation ist die wahrscheinlichste Ursache für die Schwerhörigkeit des Patienten. Neun Mutationen in Genen, die zu einem autosomal dominanten Hörverlust führen [ACTG1 (DFNA20/26); CCDC50 (DFNA44); EYA4 (DFNA10); GRHL2 (DFNA28); MYH14 (DFNA4A); MYO6 (DFNA22); TCF21], sowie zwei MYO1A (DFNA48) Mutationen und Mutationen in vier weiteren Genen, verantwortlich für autosomal rezessive Schwerhörigkeit [GJB2 (DFNB1A); MYO7A (DFNB2); MYO15A (DFNB3) und USH2A], konnten identifiziert werden. Neun normal hörende Kontrollen waren ebenfalls in diese Studie einbezogen worden. Durch einen Vergleich der Kontrollen mit den Patienten konnte eine statistische Signifikanz erreicht werden, die einen Überschuss an Mutationen bei der Patientengruppe gegenüber der Kontrollgruppe aufzeigte. Die Familie mit einer GRHL2 c.1258-1G>A Mutation ist die erst zweite Familie weltweit, die mit einer Mutation in diesem Gen publiziert worden ist. Dies unterstützt die initiale Behauptung, dass dieses Gen für eine DFNA28 Schwerhörigkeit verantwortlich ist. Die Audiogrammanalyse von fünf der betroffenen Familienmitglieder lässt eine voranschreitende Natur der DFNA28 Hörschädigung erkennen. Eine jährliche Verschlechterung der Hörschwelle bei jedem der fünf Familienmitglieder konnte eine Regressionsanalyse anhand von Audiogrammen, die über eine Anzahl von Jahren zur Verfügung standen, vorhersagen.
KW  - Molekularbiologie
KW  - Hearing loss
KW  - Hörverlust
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112170
N1  - Dieses Dokument wurde aus Datenschutzgründen - ohne inhaltliche Änderungen - erneut veröffentlicht.
Die ursprüngliche Veröffentlichung war am: 09.07.2014
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TY  - THES
A1  - Kubisch (geb. Wiegand), Franziska
T1  - Learning in botanical gardens: Investigating educational methods during an instruction about plants and water
T1  - Lernen in Botanischen Gärten: Die Untersuchung von Lehrmethoden während einer Intervention über Pflanzen und Wasser
N2  - The contribution of botanical gardens to out-of-school education should be larger than it is currently in Germany. In the curricula of all school types botany plays only a minor role, although plants form the base for all animal life on earth. To increase the attractiveness of botanical gardens for teachers, offers and programs should be created and conducted in didactically sensible manners and allow students an emotional approach towards the topics through trial and experiments. Therefore it is insufficient to conduct guided tours, which are still most common. Student-centered methods, like learning at workstations, or experimental courses, can lead to an improved retention of the contents learned at the out-of-school learning setting. There are, however, methodological differences even within learning at workstations.
	In the first part of my study I compared a student- (S) and a teacher-centered (T) type of learning at workstations (chapter III). My intention was to find out, which of both methods results in more positive emotions at the out-of-school learning location and a higher sustainable knowledge increase. Like in all three parts of my study, 8th grade students from so-called “Mittelschulen” and “Realschulen” from Lower Franconia participated in the programs. I evaluated them by using multiple-choice tests assessing the students' knowledge regarding the topic 'plants and water' (see Appendix), following a before-after / control-impact study design. The students' emotions were assessed using the intrinsic motivation inventory directly after the garden visit. Using generalized linear mixed models, I did not find a significant difference between either of the two approaches. A reason for this could be that the students could be practically active in both methods, which made them fairly similar. Given that there was a significant knowledge increase in both methods, and the effort to develop the teacher-centered learning at workstations was much lower, I would suggest to follow that method for educational work in botanical gardens.
	Students already have many predefined concepts regarding many topics, especially when these are important in everyday life. These concepts do often not match the scientific state-of-the-art. Still, students bring their so-called 'alternative conceptions' into visits to the botanical garden. According to theory, confronting them with their own conceptions in the light of scientific facts, should foster updating their concepts with scientifically correct additions. To investigate this method regarding my topic 'plants and water', I developed an intervention with experiments on the lotus effect, which also plays a role in everyday life (chapter IV). Topics like the surface tension of the water, which is also found in 6th grade curricula in German schools, were included. Prior to the intervention, I assessed the students' conceptions using questionnaires and used the three most frequent alternative conceptions to develop a multiple-choice test, which was also used in a before-after / control-impact design. A group of students was also confronted with their conceptions during an introductory talk (AC), whereas another was not (NAC). This was conducted in a way, that likely led to dissatisfaction of the students with their own concepts. The analysis of the questionnaires with the Mann-Whitney U test showed, however, no difference between the two groups directly following the treatment. Over longer time, however, the NAC group retained significantly more knowledge. Probably the students confronted with the alternative conceptions remembered the illustrations of these more easily than the scientifically correct view. For some botanical topics it is certainly helpful to include this conceptual change approach, but apparently not for the lotus effect. In this case it is most sensible to focus on the surface structure of water-repellent leaves and fruits, as we describe it in a publication in 'Unterricht Biologie'. For the practical work in botanical gardens I would suggest to rather assess the students' concepts and assumptions in the beginning of an intervention in a botanical garden, especially with respect to feasibility.
	In the third part of my study I concentrate on the application of concept maps (chapter V). This method of cross-linking old and newly acquired knowledge is effective, but not very common in Germany, neither in schools, nor in botanical gardens. One group of students followed exclusively a teacher-centered learning at workstations regarding 'plants and water' (NCM), a second group created concept maps directly after the treatment and a second directly before the retention test (CM). The first map was intended to be a means of consolidation, whereas the late map was rather focused on recapitulation of what was learned about six weeks ago. To evaluate that I used the same multiple-choice tests as I did for the first part. The CM group showed a significantly higher knowledge increase, over short and long time-scales, although these students did significantly worse in the pretest than those of the NCM group. Regarding genders, female students profited especially from the first concept map (consolidation), males rather from the second (recapitulation). From the results one can conclude that prominently weaker students benefit from this method. Additionally the gender-related results show that using concept maps multiple times can be beneficial for different types of learners.
	In every study there also was a control group (C), which only had to fill out the questionnaires at the same time as the participating students, to account for external factors (like media, etc.).
	Especially learning at workstations and concept maps are very appropriate to be conducted at the out-of-school learning location botanical garden and are likely to strongly increase learning success. It is beneficial to mix several methods to achieve the best results in different types of learners. Additionally, when methods in school are mixed with those of out-of-school learning, the education gets more open, practical and colorful. That all resulted in a substantial long-term knowledge gain of all participating students.
N2  - Der Beitrag botanischer Gärten zur außerschulischen Bildung sollte größer sein, als er momentan in Deutschland ist, denn in den Lehrplänen aller Schularten spielt die Botanik eine sehr geringe Rolle, obwohl Pflanzen die Grundlage allen tierischen Lebens sind. Doch um diesen Lernort für Lehrer attraktiver zu machen, sollten die Programme und Angebote didaktisch aufbereitet sein und den Schülern durch Ausprobieren und Experimentieren einen emotionalen Zugang bieten. Hierfür genügt es nicht, Führungen und Lehrervorträge durchzuführen, welche noch immer zu hohen Prozentsätzen stattfinden. Schülerzentrierte Methoden, wie das Lernen an Stationen, oder experimentelle Praktika, können dazu führen, dass das am außerschulischen Lernort (ASL) Gelernte besser im Gedächtnis bleibt. Jedoch gibt es auch beim Lernen an Stationen methodische Unterschiede.
	Im ersten Teil meiner Studie habe ich eine schülerzentrierte (S) gegen eine lehrerzentrierte (T) Form des Lernens an Stationen gegeneinander getestet (siehe Kapitel III), um herauszufinden, welche der beiden Methoden zu positiveren Emotionen am ASL und einem erhöhten, anhaltenden Wissenszuwachs führt. Wie bei allen drei Teilen meiner Studie nahmen Schüler und Schülerinnen der 8. Jahrgangstufe von Mittel-und Realschulen aus Unterfranken teil. Evaluiert wurde mithilfe eines selbst entwickelten Multiple-Choice-Tests zum Wissen der Schüler und Schülerinnen zum Thema Wasser und Pflanzen (siehe Appendix 5). Dieser Test erfolgte als Vor- und Nachtest sowie als verzögerter Behaltenstest (retention). Die Emotionen der Schüler und Schülerinnen wurden über den IMI-Fragebogen (intrinsic motivation inventory) direkt nach dem Besuch im botanischen Garten einmalig erfragt. Weder beim Wissenstest, noch bei den Emotionen, ergab sich nach Auswertung mittels generalisierter gemischter linearer Modelle (GLMM) ein klares Signal für eine der beiden Methoden. Ein Grund könnte sein, dass bei beiden Formen des Lernens an Stationen die Schüler und Schülerinnen auch praktisch aktiv werden konnten, sich die Methoden somit sehr ähnelten. Da bei beiden Methoden insgesamt signifikant dazu gelernt wurde und das eher lehrerzentierte Lernen an Stationen nicht so aufwändig war in der Entwicklung wie das schülerzentrierte, würde ich den botanischen Gärten erstere Methode für die Bildungsarbeit empfehlen.     
	Schüler und Schülerinnen haben zu vielen Themen, vor allem des Alltags, bereits ganz eigene Konzepte und Vorstellungen, die nicht unbedingt denen das aktuellen wissenschaftlichen Standes entsprechen. So kommen die Schüler und Schülerinnen natürlich auch mit diesen individuellen Konzepten in den botanischen Garten. Hier sollte nun auch auf diese sogenannten “alternativen Konzepte” eingegangen werden, da diese Konfrontation, laut Theorie, die Übernahme neuer, wissenschaftlich korrekter Bausteine in das bereits vorhandene Konzept fördern soll. Um bei dem Thema Wasser und Pflanzen zu bleiben und gleichzeitig ein alltagsrelevantes Thema anzusprechen, habe ich ein Praktikum und Experimente zum Lotuseffekt entwickelt und die Vorstellungen der Schüler und Schülerinnen dazu erfragt (siehe chapter IV). Hierbei spielten auch Themen wie die Oberflächenspannung von Wasser eine Rolle, was in Deutschland in der 6. Klasse angesprochen wird. Aus nicht korrekten Vorstellungen wurden die drei häufigsten ausgesucht und daraus ein Multiple-Choice-Test entwickelt, der ebenfalls als Vor-, Nach- und Behaltenstest fungierte. In einem einführenden Vortrag zum Lotuseffekt wurde ein Teil der Schüler und Schülerinnen (AC) zusätzlich mit diesen alternativen Vorstellungen konfrontiert, über Bilder und im Unterrichtsgespräch. Dies erfolgte in einer Art und Weise, sodass die Schüler und Schülerinnen mit der eigenen Vorstellung unzufrieden wurden. Eine zweite Gruppe wurde während des Vortrags nicht mit ihren alternativen Vorstellungen konfrontiert (NAC). Die Auswertung der Fragebögen über den Mann-Whitney U Test ergab keinen Unterschied zwischen den beiden Gruppen im Hinblick auf den kurzfristigen Wissenserwerb. Die Gruppe jedoch, welche nicht mit ihren alternativen Vorstellungen konfrontiert wurde (NAC), lernte langfristig im Vergleich zu der AC-Gruppe signifikant mehr dazu. Womöglich erinnerten sich die Schüler und Schülerinnen der AC-Gruppe nur noch an die Bilder der falschen und nicht an die der wissenschaftlich korrekten Vorstellung und wurden somit irritiert. Bei einigen botanischen Themen ist es sicherlich von Vorteil, die alternativen Vorstellungen der Schüler und Schülerinnen einzubringen, vielleicht nicht unbedingt beim Lotuseffekt. Hier sollte man sich, wie in einem von uns dazu verfassten Artikel in der Unterricht Biologie beschrieben sein wird, auf die Oberflächenstruktur von wasserabweisenden Blättern und Früchten beschränken. Für die pädagogische Arbeit in botanischen Gärten würde ich die mündliche Abfrage der Vorstellungen und Vermutungen der Schüler und Schülerinnen zu Beginn eines Programmes aus Gründen der besseren und schnelleren Umsetzbarkeit empfehlen.      
	Im dritten Teil meiner Studie beschäftigte ich mich mit der Anwendung von Concept Maps (siehe Kapitel V). Diese Methode des Vernetzens von altem und neu erworbenem Wissen ist effektiv, aber weder in deutschen Schulen, noch in botanischen Gärten weit verbreitet. Eine Gruppe folgte ausschließlich dem lehrerzentrierten Lernen an Stationen zu Wasser und Pflanzen (NCM), eine zweite Gruppe erstellte direkt im Anschluss an das lehrerzentrierte Lernen an Stationen sowie direkt vor dem Behaltenstest eine Concept Map (CM). Die erste Map diente hierbei als Sicherungsform des gerade Gelernten und die späte Map als Wiederholung des vor circa sechs Wochen Gelernten. Als Evaluationsinstrument diente erneut der eigens entwickelte Multiple-Choice-Wissenstest aus der ersten Teilstudie. Die CM-Gruppe zeigte einen signifikant größeren Lernzuwachs, kurz- wie auch langfristig, im Vergleich zur NCM-Gruppe, obwohl die CM-Gruppe im Vortest signifikant schlechter war. Im Hinblick auf die Geschlechter haben die Mädchen vor allem von der ersten Sicherungs-Map und die Jungen mehr von der Wiederholungs-Map profitiert. Anhand der Ergebnisse kann man schlussfolgern, dass vor allem schwächere Schüler und Schülerinnen von dieser Methode profitieren. Außerdem zeigen die Ergebnisse zu den Geschlechtern, dass das mehrmalige Anwenden von Concept Maps unterschiedliche Lerntypen fördern kann.       
	Bei jeder der drei Studien gab es eine Kontrollgruppe (C), die ausschließlich die Fragebögen im Abstand von sechs bis acht Wochen in der Schule beantworten musste. Dies diente dem Ausschließen von Vorkomnissen in der Öffentlichkeit und dem Umfeld der Schüler und Schülerinnen, was deren Wissen zu Wasser und Pflanzen und dem Lotuseffekt hätte erheblich steigern können.
	Vor allem das Lernen an Stationen sowie die Concept Maps lassen sich sehr gut am ASL botanischer Garten durchführen und können zu einem größeren Lernerfolg führen. Am besten spricht man hier die meisten Lerntypen an, wenn man während der Programme möglichst viele verschiedene Methoden anwendet. Dazu kommt, dass man neben den Methoden aus der Schule natürlich auch die des ASL einbringt und so der Unterricht automatisch anschaulicher, offener und praktischer wird. Dies alles hat dazu geführt, das alle Gruppen langfristig signifikant dazu gelernt haben.
KW  - Konstruktive Didaktik
KW  - Out-of-school learning settings
KW  - botanical gardens
KW  - conceptual change
KW  - learning at workstations
KW  - concept maps
KW  - Botanischer Garten
KW  - Lernort
KW  - Stationenarbeit
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111620
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TY  - THES
A1  - Gerhard, Felicitas Irene Veronika
T1  - Controlling structural and magnetic properties of epitaxial NiMnSb for application in spin torque devices
T1  - Anpassung der strukturellen und magnetischen Eigenschaften von epitaktischem NiMnSb in Hinsicht auf die Anwendung in Spin Drehmoment Bauteilen
N2  - This thesis describes the epitaxial growth of the Half-Heusler alloy NiMnSb by molecular beam epitaxy. Its structural and magnetic properties are controlled by tuning the composition and the resulting small deviation from stoichiometry. The magnetic in-plane anisotropy depends on the Mn concentration of the sample and can be controlled in both strength and orientation. This control of the magnetic anisotropy allows for growing NiMnSb layers of a given thickness and magnetic properties as requested for the design of NiMnSb-based devices. The growth and characterization of NiMnSb-ZnTe-NiMnSb heterostructures is presented - such heterostructures form an all-NiMnSb based spin-valve and are a promising basis for spin torque devices.
N2  - Diese Arbeit beschreibt das epitaktische Wachstum der Halb-Heusler Legierung NiMnSb mittels Molekularstrahl Epitaxie. Durch Abstimmen der Zusammensetzung und einer daraus folgenden geringen Abweichung der Stöchiometrie werden die strukturellen und magnetischen Eigenschaften gesteuert. Die magnetische Anisotropie hängt von der Mn Konzentration der Probe ab, wobei sowohl die Stärke als auch die Orientierung der Anisotropie angepasst werden kann. Die Kontrolle der magnetischen Anisotropie erlaubt das Wachstum von NiMnSb Schichten mit gegebener Dicke und magnetischen Eigenschaften, die für das Design von NiMnSb-basierten Bauteilen erforderlich sind. Das Wachstum und die Charakterisierung von NiMnSb-ZnTe-NiMnSb Heterostrukturen wird präsentiert - solche Heterostrukturen bilden ein rein NiMnSb-basiertes Spinventil und sind eine vielversprechende Basis für Spin Drehmoment Bauteile.
KW  - Nickelverbindungen
KW  - Manganverbindungen
KW  - Half Heusler alloy NiMnSb
KW  - molecular beam epitaxy
KW  - magnetic anisotropy
KW  - spin valve
KW  - spin torque device
KW  - Halb-Heusler Legierung NiMnSb
KW  - Molekularstrahl Epitaxie
KW  - Magnetische Anisotropie
KW  - Spinventil
KW  - Spindrehmoment Bauteil
KW  - Antimonverbindungen
KW  - Heterostruktur
KW  - Molekularstrahlepitaxie
KW  - Heuslersche Legierung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111690
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TY  - THES
A1  - Konopik, Oliver
T1  - The impact of logging and conversion to oil palm plantation on Bornean stream-dependent frogs and their role as meso-predators
T1  - Die Auswirkungen von Abholzung des Regenwalds und Umwandlung zu Ölpalmplantagen auf bachbewohnende Frösche und ihre Rolle als Mesoprädatoren in Borneo
N2  - I. Nowadays, tropical landscapes experience large-scale land use intensification and land conversion driven by increasing demand for resourses. Due to the continuously high demand for tropical timber and politically intended step increase in palm oil production, multiple rounds of logging and subsequent conversion to oil palm plantations became a regionally wide-spread land conversion pattern in Southeast Asia. Although many tree species and some animals are highly threatened by logging, a great number of species groups, such as birds or mammals, have been shown to persist in logged forests. Accordingly, many ecosystem services, such as dung removal, seed dispersal or the activity of scavengers, are functionally maintained in logged forests. In contrast, oil palm plantations have been shown to not only dramatically alter the species composition and reduce biodiversity, but also curtail many crucial biotic and abiotic ecosystem functions. The focus of this dissertation was to investigate the response of anuran species richness and community composition to logging and conversion to oil palm plantation in northern Borneo (chapter II). I analysed the diet of various frog species and their change with habitat degradation. Furthermore, I assessed the shift in the trophic position of the anuran community as well as the response of anuran phylogenetic, dietary, and functional diversity to logging and conversion to oil palm plantations (chapter III). Finally, the resilience of the predator-prey interaction between an ant-specialist toad and its ant prey was analysed using shifts in species-level interactions (chapter IV).
II. This part of the study compares the species richness, relative abundance and community composition of stream anuran assemblages among primary forests, repeatedly logged forests and oil palm plantations. I used a highly standardised sampling setup applying transect-based sampling. Surprisingly, most of the anuran species native to primary forests were able to survive in logged forest streams. In contrast, on average only one third of the forest species richness was found in oil palm plantation streams. However, a high percentage of canopy cover above the plantation streams was able to mitigate this loss substantially. This study demonstrates the high conservation value of logged forests for Southeast Asian anurans. In contrast, the conversion to oil palm plantations leads to a dramatic decline of forest species. However, they have a mainly unused potential to contribute to the protection of parts of the regional anuran biodiversity if conservation-oriented management options are implemented.
III. In this part, I analysed the shifts in trophic position and multiple diversity layers of Southeast Asian stream-dependent anuran species across a gradient of disturbance from primary forest through intensively logged forest to oil palm plantation. For this purpose, I identified the diet composition of 59 anuran species by means of stomach flushing. Furthermore, I use diet composition of frog species as well as species traits to calculate dietary and functional diversity, respectively. I found that the trophic position of the entire anuran community is elevated in heavily disturbed habitats. Furthermore, species diversity, phylogenetic species variation, dietary diversity, and functional diversity were reduced. However, beyond the effect of the decreased species richness, only phylogenetic species variability and functional diversity were significantly impacted by land conversion, indicating a non-random loss of phylogenetic groups and functionally unique species. Overall, the observed changes to species interactions and functional composition suggest a greatly modified role of anurans in altered habitats and major foodweb reorganisation. Such far-reaching changes to the way species groups interact are likely to threaten local biodiversity and ecosystem functioning in natural and particularly modified habitats. However, I could also show, that small-scale habitat quality, provided by riparian reserves, is able to mitigate the negative consequences of land conversion considerably.
IV. Here I assess how logging of rain forest and conversion to oil palm plantations affect the populations of the ant-specialist giant river toad (Phrynoidis juxtaspera), and availability and composition of its ant prey. I measured canopy cover as an estimate for the degree of disturbance. I found that toad abundance decreased with increasing disturbance.  At the same time, ant community composition was altered, and local ground-foraging ant species richness increased with disturbance. However, for a given amount of canopy cover, primary forest supported more ant species than altered habitats. Despite these changes, composition of ants consumed by toads was only weakly affected by habitat change, with the exception of the invasive yellow crazy ant (Anoplolepis gracilipes), which was positively selected in oil palm plantations. This suggests that predator-prey interactions can be mostly maintained with habitat disturbance despite shifts in community composition, and even that some predators are capable of exploiting new prey sources in novel ecosystems.
V. I could show that anuran diversity and their trophic interaction is negatively impacted by logging and in particular by conversion to oil palm plantations. From species richness and community composition, my study expanded to phylogenetic, dietary and functional diversity. Furthermore, I investigated the interaction of a particular toad species with its preferred prey (ants), on species level. This increasing degree of detail in my study provided comprehensive results, beyond the detail of many related studies. Overall, conservation of the remaining forest in Southeast Asia is urgently required to protect anuran biodiversity and their trophic interactions.
N2  - I. Durch den stetig steigenden Bedarf an vielfältigen Ressourcen stehen heutzutage vor allem tropische Ökosysteme unter enormem Druck hin zu intensiver Landwirtschaft und der Umwandlung von natürlichen Lebensräumen. Getrieben durch die hohe Nachfrage an Tropenhölzern und dem politisch gewollten Anstieg der Palmölproduktion, etablierte sich in Südostasien eine weit verbreitete Landnutzungsumwandlung charakterisiert durch wiederkehrende Holznutzung und die anschließende Umwandlung zu Ölpalmplantagen. Manche Tiergruppen und vor allem Baumarten sind dadurch stark gefährdet. Dennoch können andere Organismengruppen wie Vögel oder Säuger auch in genutzten Wäldern überleben. Auch Ökosystemdienstleistungen, wie Kotbeseitigung oder die Aktivität von Aasfressern bleiben vielfach in genutzten Wäldern erhalten. Im Gegensatz dazu stellen Ölpalmplantagen keinen geeigneten Lebensraum für viele Tier und Pflanzenarten dar und viele Ökosystemserviceleistungen können in diesen Plantagen nicht aufrecht erhalten werden. Ziel dieser Arbeit war die Auswirkungen dieser massiven Habitatumwandlung auf die Artenzahl und die Artenzusammensetzungen von Fröschen und Kröten in Nordborneo zu untersuchen (Kapitel II). Ich untersuchte die Nahrungszusammensetzung von mehreren Froscharten und wie sich diese mit Habitatumwandlung verändert. Zusätzlich habe ich die Stellung von Fröschen in der Nahrungskette sowie ihre phylogenetische, nahrungs- und funktionelle Diversität untersucht (Kapitel III). Schließlich habe die Interaktion von Fröschen mit ihrer Beute (in diesem Fall Ameisen) auch auf Artebene untersucht (Kapitel IV).
II. Dieser Teil der Arbeit vergleicht die Artenzahl, relative Häufigkeit und die Artenzusammensetzung der bachlebenden Froscharten zwischen Primärwäldern, genutzten Wäldern und Ölpalmplantagen. Dazu nahm ich die Froschbestände mit einer standardisierten Transektmethode auf. Ich fand heraus, dass die meisten Froscharten aus Primärwäldern auch in forstwirtschaftlich intensiv genutzten Wäldern überleben konnten. Im Gegensatz dazu wiesen Ölpalmplantagen nur durchschnittlich ein drittel der Froscharten aus Wäldern auf. Jedoch konnte dieser Artenschwund durch einen hohen Kronenschluss über den Plantagenbächen reduziert werden. Diese Studie belegt den hohen naturschutzfachlichen Wert von genutzten Wäldern in Südostasien und die geringe Bedeutung von Ölpalmplantagen in diesem Zusammenhang. Jedoch zeigt es auch Wege auf, wie Ölpalmplantagen naturschutzfachlich aufgewertet werden können.
III. Dieser Teil der Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen der Habitatumwandlung auf die trophischen Interaktionen und mehrere Ebenen der Froschbiodiversität. Dazu untersuchte ich die Nahrungszusammensetzung von 59 Froscharten mittels Magenspülung. Darüber hinaus nutzte ich diese Daten um die Nahrungsvielfalt zu untersuchen und Daten aus der Literatur und die funktionelle Diversität zu erfassen. Dabei fand ich heraus, dass Frösche bei zunehmender Habitatzerstörung eine höhere Stellung in der Nahrungskette einnahmen. Darüber hinaus sank die allgemeine Diversität, die phylogenetische Verwandtschaft, die Nahrungsvielfalt und die funktionelle Diversität der Frösche. Also lässt sich schließen, dass diese tiefgreifenden Veränderungen eine deutlich andere Rolle der Frösche in den umgewandelten Habitaten zur Folge hat. Solche dramatischen Eingriffe in das Nahrungsnetz können negative Auswirkungen auf die Stabilität von Ökosystemen haben, jedoch zeigt sich auch hier, dass diese durch die Erhöhung des Kronenschlusses deutlich abgemildert werden können.
IV. In diesem Abschnitt befasse ich mich auf die Auswirkungen der Habitatumwandlung auf die Häufigkeit der Kröte Phrynoidis juxtaspera, ihre Beute (Ameisen), sowie die Interaktion von Räuber und Beute. Dabei fand ich heraus, dass die Kröte in ungestörten Bächen am häufigsten war und gleichzeitig mehr (und andere) Ameisenarten in Ölpalmplantagen vorkamen. Jedoch war die Artenzahl von Ameisen bei konstantem Kronenschluss in Primärwäldern immer höher als in Ölpalmplantagen. Im großen Gegensatz zu diesen Veränderungen, war die Nahrungszusammensetzung der verbleibenden Kröten in den Plantagenbächen kaum unterschiedlich im Vergleich mit Primärwaldbächen. Eine Ausnahme war ein deutlich gestiegener Anteil der invasiven Ameisenart Anoplolepis gracilipes. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Räuber-Beute Interaktion unter Umständen unverändert die Habitatumwandlung überstehen können, aber auch in gewissem Umfang neue Ressourcen erschlossen werden können.
V. Mit dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass sich die großflächige Habitatumwandlung von Wäldern hin zu Ölpalmplantagen negativ auf die Froschbiodiversität, wie auch die Räuber-Beute Interaktionen von Fröschen auswirkt. Ausgehend von Artenzahl und Artenzusammensetzung konnte ich in meiner Arbeit darüber hinaus auch die Biodiversität der Frösche auf verschiedenen Ebenen beleuchten und schließlich sogar die Räuber-Beute Interaktion auf Artebene untersuchen. Dadurch konnte ich diesen komplexen Zusammenhang in ganz besonderer Tiefe beleuchten. Insgesamt liefert diese Arbeit einen weiteren wichtigen Beleg dafür, dass Primärwälder, aber neuerdings auch immer mehr genutzte Wälder entscheidend für den Erhalt von tropischer Biodiversität sind.
KW  - Froschlurche
KW  - Biodiversität
KW  - Borneo
KW  - Ölpalmenanbau
KW  - Bach
KW  - amphibia
KW  - Borneo
KW  - logging
KW  - oilpalm plantation
KW  - frogs
KW  - stream
KW  - Rodung
KW  - Südostasien
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111749
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TY  - THES
A1  - Witek, Maximilian
T1  - Multiobjective Traveling Salesman Problems and Redundancy of Complete Sets
T1  - Mehrkriterielle Traveling Salesman Probleme und Redundanz vollständiger Mengen
N2  - The first part of this thesis deals with the approximability of the traveling salesman problem. This problem is defined on a complete graph with edge weights, and the task is to find a Hamiltonian cycle of minimum weight that visits each vertex exactly once. We study the most important multiobjective variants of this problem. In the multiobjective case, the edge weights are vectors of natural numbers with one component for each objective, and since weight vectors are typically incomparable, the optimal Hamiltonian cycle does not exist. Instead we consider the Pareto set, which consists of those Hamiltonian cycles that are not dominated by some other, strictly better Hamiltonian cycles. The central goal in multiobjective optimization and in the first part of this thesis in particular is the approximation of such Pareto sets.

We first develop improved approximation algorithms for the two-objective metric traveling salesman problem on multigraphs and for related Hamiltonian path problems that are inspired by the single-objective Christofides' heuristic. We further show arguments indicating that our algorithms are difficult to improve. Furthermore we consider multiobjective maximization versions of the traveling salesman problem, where the task is to find Hamiltonian cycles with high weight in each objective. We generalize single-objective techniques to the multiobjective case, where we first compute a cycle cover with high weight and then remove an edge with low weight in each cycle. Since weight vectors are often incomparable, the choice of the edges of low weight is non-trivial. We develop a general lemma that solves this problem and enables us to generalize the single-objective maximization algorithms to the multiobjective case. We obtain improved, randomized approximation algorithms for the multiobjective maximization variants of the traveling salesman problem. We conclude the first part by developing deterministic algorithms for these problems.

The second part of this thesis deals with redundancy properties of complete sets. We call a set autoreducible if for every input instance x we can efficiently compute some y that is different from x but that has the same membership to the set. If the set can be split into two equivalent parts, then it is called weakly mitotic, and if the splitting is obtained by an efficiently decidable separator set, then it is called mitotic. For different reducibility notions and complexity classes, we analyze how redundant its complete sets are.

Previous research in this field concentrates on polynomial-time computable reducibility notions. The main contribution of this part of the thesis is a systematic study of the redundancy properties of complete sets for typical complexity classes and reducibility notions that are computable in logarithmic space. We use different techniques to show autoreducibility and mitoticity that depend on the size of the complexity class and the strength of the reducibility notion considered. For small complexity classes such as NL and P we use self-reducible, complete sets to show that all complete sets are autoreducible. For large complexity classes such as PSPACE and EXP we apply diagonalization methods to show that all complete sets are even mitotic. For intermediate complexity classes such as NP and the remaining levels of the polynomial-time hierarchy we establish autoreducibility of complete sets by locally checking computational transcripts. In many cases we can show autoreducibility of complete sets, while mitoticity is not known to hold. We conclude the second part by showing that in some cases, autoreducibility of complete sets at least implies weak mitoticity.
N2  - Der erste Teil dieser Arbeit widmet sich der Approximierbarkeit des Traveling Salesman Problems, bei welchem man in vollständigen Graphen mit Kantengewichten eine Rundreise mit minimalem Gewicht sucht. Es werden die wichtigsten mehrkriteriellen Varianten dieses Problems betrachtet, bei denen die Kantengewichte aus Vektoren natürlicher Zahlen mit einer Komponente pro Kriterium bestehen. Verschiedene Rundreisen sind bei mehrkriteriellen Kantengewichten häufig unvergleichbar, und dementsprechend existiert oft keine eindeutige optimale Rundreise. Stattdessen fasst man jene Rundreisen, zu denen jeweils keine eindeutig bessere Rundreise existiert, zu der sogenannten Pareto-Menge zusammen. Die Approximation solcher Pareto-Mengen ist die zentrale Aufgabe in der mehrkriteriellen Optimierung und in diesem Teil der Arbeit.

Durch Techniken, die sich an Christofides' Heuristik aus der einkriteriellen Approximation orientieren, werden zunächst verbesserte Approximationsalgorithmen für das zweikriterielle metrische Traveling Salesman Problem auf Multigraphen und für analog definierte Hamiltonpfadprobleme entwickelt. Außerdem werden Argumente gegen eine signifikante Verbesserung dieser Algorithmen aufgezeigt. Weiterhin werden mehrkriterielle Maximierungsvarianten des Traveling Salesman Problems betrachtet, bei denen man Rundreisen mit möglichst großem Gewicht in jedem Kriterium sucht. Es werden einkriterielle Techniken auf den mehrkriteriellen Fall übertragen, bei denen man zunächst eine Kreisüberdeckung mit hohem Gewicht berechnet und anschließend pro Kreis die Kante mit dem niedrigsten Gewicht löscht. Die Auswahl einer solchen Kante pro Kreis ist im mehrkriteriellen Fall nicht trivial, weil mehrkriterielle Gewichtsvektoren häufig unvergleichbar sind. Es wird ein allgemeines Lemma entwickelt, welches dieses Problem löst und damit eine Übertragung der einkriteriellen Maximierungsalgorithmen auf den mehrkriteriellen Fall ermöglicht. Dadurch ergeben sich verbesserte, randomisierte Approximationsalgorithmen für die mehrkriteriellen Maximierungsvarianten des Traveling Salesman Problems. Abschließend werden zu diesen Problemvarianten deterministische Algorithmen entwickelt.

Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich Redundanzeigenschaften vollständiger Mengen. Eine Menge heißt autoreduzierbar, wenn zu jeder Instanz x eine von x verschiedene Instanz y mit der gleichen Zugehörigkeit zu der Menge effizient berechnet werden kann. Ist die Menge in zwei äquivalente Teile aufspaltbar, so heißt sie schwach mitotisch, und ist diese Aufspaltung durch einen effizient entscheidbaren Separator erreichbar, so heißt sie mitotisch. Zu verschiedenen Reduktionen und Komplexitätsklassen wird die Frage betrachtet, wie redundant ihre vollständigen Mengen sind.

Während sich vorherige Forschung in diesem Gebiet hauptsächlich auf Polynomialzeitreduktionen konzentriert, liefert diese Arbeit eine systematische Analyse der Redundanzeigenschaften vollständiger Mengen für typische Komplexitätsklassen und solche Reduktionen, die sich in logarithmischem Raum berechnen lassen. Je nach Größe der Komplexitätsklasse und Stärke der Reduktion werden dabei verschiedene Techniken eingesetzt. Für kleine Komplexitätsklassen wie beispielsweise NL und P werden selbstreduzierbare, vollständige Mengen benutzt, um Autoreduzierbarkeit aller vollständigen Mengen nachzuweisen, während für große Komplexitätsklassen wie beispielsweise PSPACE und EXP Diagonalisierungsmethoden sogar die Mitotizität vollständiger Mengen zeigen. Für dazwischen liegende Komplexitätsklassen wie beispielsweise NP und die übrigen Level der Polynomialzeithierarchie wird Autoreduzierbarkeit vollständiger Mengen über lokales Testen von Berechnungstranskripten gezeigt. Während in vielen Fällen Autoreduzierbarkeit vollständiger Mengen gezeigt werden kann, bleibt häufig die Frage offen, ob diese Mengen auch mitotisch sind. Abschließend wird gezeigt, dass in einigen Fällen Autoreduzierbarkeit vollständiger Mengen zumindest schwache Mitotizität impliziert.
KW  - Mehrkriterielle Optimierung
KW  - Travelling-salesman-Problem
KW  - Approximationsalgorithmus
KW  - Komplexitätstheorie
KW  - Komplexitätsklasse
KW  - Autoreduzierbarkeit
KW  - Mitotizität
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-110740
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TY  - THES
A1  - Bustamante, Mauricio
T1  - Ultra-high-energy neutrinos and cosmic rays from gamma-ray bursts: exploring and updating the connection
T1  - Ultra-Hochenergie-Neutrinos und die kosmische Strahlung von Gammastrahlenausbrüche: die Erforschung und die Aktualisierung der Verbindung
N2  - It is natural to consider the possibility that the most energetic particles detected (> 10^18 eV), ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs), are originated at the most luminous transient events observed (> 10^52 erg s^-1), gamma-ray bursts (GRBs). As a result of the interaction of highly-accelerated, magnetically-confined protons and ions with the photon field inside the burst, both neutrons and UHE neutrinos are expected to be created: the former escape the source and beta-decay into protons which propagate to Earth, where they are detected as UHECRs, while the latter, if detected, would constitute the smoking gun of hadronic acceleration in the sources.

Recently, km-scale neutrino telescopes such as IceCube have finally reached the sensitivities required to probe the neutrino predictions of some of the existing GRB models. On that account, we present here a revised, self-consistent model of joint UHE proton and neutrino production at GRBs that includes a state-of-the-art, improved numerical calculation of the neutrino flux (NeuCosmA); that uses a generalised UHECR emission model where some of the protons in the sources are able to "leak out" of their magnetic confinement before having interacted; and that takes into account the energy losses of the protons during their propagation to Earth. We use our predictions to take a close look at the cosmic ray-neutrino connection and find that the current UHECR observations by giant air shower detectors, together with the upper bounds on the flux of neutrinos from GRBs, are already sufficient to put tension on several possibilities of particle emission and propagation, and to point us towards some requirements that should be fulfilled by GRBs if they are to be the sources of the UHECRs. We further refine our analysis by studying a dynamical burst model, where we find that the different particle species originate at distinct stages of the expanding GRB, each under particular conditions. Finally, we consider a possibility of new physics: the effect of neutrino decay in the flux of UHE neutrinos from GRBs. On the whole, our results demonstrate that self-consistent models of particle production are now integral to the advancement of the field, given that the full picture of the UHE Universe will only emerge as a result of looking at the multi-messenger sky, i.e., at gamma-rays, cosmic rays, and neutrinos simultaneously.
N2  - Es ist eine natürliche Annahme, dass die energiereichsten beobachteten Teilchen (> 1018 eV), die ultra-hochenergetische Kosmische Strahlung (UHECRs), möglicherweise in Verbindung mit den leuchtkräftigsten zeitlich beschränkten Ereignissen (> 1052 erg s−1), sogenannten Gammablitzen (GRBs), stehen. Als Folge der Wechselwirkungen zwischen den extrem beschleunigten, in Magnetfeldern gefangenen Protonen und Ionen und den Photonfeldern im Inneren der Gammablitze wer- den sowohl Neutronen als auch UHE Neutrinos erwartet. Erstere köonnen die Quelle verlassen und zerfallen zu Protonen via β-Zerfall, welche zur Erde propagieren und dort als UHECR detektiert werden köonnen, während Letztere, wenn detektiert, den eindeutigen Beweis für die Beschleunigung von Hadronen in besagten Quellen erbringen würden.
Vor Kurzem haben km3-große Neutrinoteleskope, wie IceCube, endlich die benötigte Sensitivität erreicht, um die Neutrinovorhersagen für einige existierende GRB-Modelle zu testen. In diesem Zusammenhang präsentieren wir hier ein überarbeitetes, selbstkonsistentes Modell der gemein- samen Produktion von UHE Protonen und Neutrinos in GRBs. Dieses enthält eine hochmoderne, verbesserte numerische Kalkulation des Neutrinoflusses (NeuCosmA), ein verallgemeinertes Emissionsmodell für UHECR, welches darauf beruht, dass einige Protonen direkt aus den Magnetfeldern innerhalb der Quelle entkommen können ohne wechselzuwirken, und bezieht die Energieverluste der Protonen auf ihrem Weg zur Erde mit ein. Wir nutzen unsere Voraussagen, um einen genaueren Blick auf die Verbindung zwischen Kosmischer Strahlung und Neutrinos zu werfen, und stellen fest, dass aktuelle UHECR Beobachtungen mittels gigantischen Luftschauerdetektoren zusammen mit den oberen Schranken auf den Neutrinofluss von GRBs bereits ausreichen, um Widersprüche zu einigen Emissions- und Propagationsmodellen aufzuzeigen, und deuten uns in die Richtung einiger Voraussetzungen, die von GRBs erfüllt sein müssen, sollten diese die Quellen der UHECRs sein. Des Weiteren verfeinern wir unsere Analyse, indem wir ein dynamisches Explosionsmodell studieren, mittels welcher wir herausfinden, dass unterschiedliche Teilchen von bestimmten Phasen des expandieren GRBs stammen, welche durch unterschiedliche Bedingungen charakterisiert sind. Zum Schluss betrachten wir die Möglichkeit von ”neuer Physik”, den Zerfall von UHE Neutrinos im Neutrinofluss von GRBs. Im Großen und Ganzen zeigen unsere Ergebnisse, dass selbstkonsistente Modelle mittlerweile ein integraler Bestandteil für den Fortschritt dieses Feldes geworden sind, wenn man berücksichtigt, dass der Gesamtzusammenhang des UHE Universums erst sichtbar wird, wenn man den Himmel in unterschiedlichen Kanälen betrachtet, genauer gesagt gleichzeitig in Gammastrahlung, in Kosmischer Strahlung und in Neutrinos.
KW  - Gamma-Burst
KW  - cosmic ray
KW  - astroparticle
KW  - grb
KW  - gamma-ray burst
KW  - ultra high energy
KW  - Neutrino
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112480
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TY  - THES
A1  - Körner, Anita
T1  - Psychological Mechanisms in Embodied Cleansing
T1  - Psychologische Mechanismen verkörperter Reinigung
N2  - Ein schwerer Rucksack lässt Hügel steiler wirken (Proffitt et al.,  2003).	Kaum wahrgenommene Gerüche beeinflussen Ordentlichkeit (Holland, Hendriks, & Aarts, 2005). Kaubewegungen beeinflussen, als wie vertraut man vorher gesehene Namen bewertet (Topolinski, 2012).  Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit derartigen Auswirkungen von körperlichen Zuständen, Sinneswahrnehmungen und Handlun- gen auf psychische Zustände und Vorgänge, die als Embodiment bezeichnet werden.

In der vorliegenden Arbeit wird zuerst Embodiment im Vergleich zur Computer- metapher des Informationsverarbeitungsansatzes definiert und Betrachtungen zu Metaphern für die menschliche Psyche im Allgemeinen aufgestellt. Danach werden verschiedene psychologische Mechanismen für Embodiment-Phänomene aufgezeigt. Kapitel 2 führt alle Embodiment-Phänomene auf drei verschiedene grundlegende psychische Mechanismen zurück, die alleine oder in Kombination alle Embodiment- Phänomene erklären können. Da die Untersuchung zugrundeliegender Mechanis- men bisher eher wenig verbreitet ist, werden außerdem empirische Testverfahren dargestellt, mit deren Hilfe zwischen verschiedenen Mechanismen für spezifische Phänomene unterschieden werden kann. Während die Inhalte dieser Arbeit also Embodiment-Phänomene sind, ist die Herangehensweise—die Untersuchung kog- nitiver Prozesse—in der Social Cognition Perspektive verwurzelt.

Der empirische Teil der Arbeit untersucht einen spezifischen Embodiment-Effekt genauer, nämlich den Einfluss körperlicher Reinigung auf psychische Prozesse, die verkörperte Reinigung. In Kapitel 4 wird untersucht, inwiefern sich Hilfsbereitschaft nach eigenem moralischen oder unmoralischen Verhalten durch physikalische Reinigung ändert—inwiefern man sich also von einem moralisch positiven oder moralisch negativem Gefühl reinwaschen kann (zwei Experimente mit insgesamt
476 Teilnehmern). In Kapitel 5 wird  untersucht, wie sich durch physikalische Reinigung die Änderungen in Optimismus und Selbstwert reduzieren, die durch Erfolg oder Misserfolg in einem vorangehenden Leistungstest hervorgerufen wor- den waren (drei Experimente mit insgesamt 372 Teilnehmern).  Die Grundidee bei verkörperter Reinigung ist also, dass physikalische Reinigung nicht nur physis- che sondern auch psychische Rückstände entfernt. Das heißt, dass der Einfluss vorheriger Erfahrungen durch Händewaschen reduziert werden sollte.

In dieser Arbeit sollen die psychologischen Prozesse untersucht werden, die den Einfluss von Reinigung auf die Psyche vermitteln könnten. Ausgehend von be- reits bekannten Auswirkungen körperlicher Reinigung auf verschiedene psychische Prozesse, werden zwei mögliche Erklärungen für das Phänomen der verkörperten Reinigung kontrastiert und über deren zugrundeliegende Prozesse spekuliert (Kapi- tel 3). Kapitel 4 vergleicht die Effekte verkörperter Reinigung, wenn die beiden Erklärungen konvergierende Vorhersagen machen (nach moralisch negativen Erin- nerungen) und wenn die beiden Erklärungen divergierende Vorhersagen machen (nach moralisch positiven Erinnerungen). Kapitel 5 untersucht dann eine der beiden Erklärungen genauer. Dafür werden verschiedene Aspekte der Reinigungshandlung variiert um die notwendigen und hinreichenden Kriterien für verkörperte Reinigung und damit auch die beteiligten psychischen Prozesse zu untersuchen.

Die Ergebnisse des Einflusses verkörperter Reinigung in Kapitel 4 sind nicht interpretierbar, weil der vorausgesetzte Einfluss positiver und negativer moralischer Erinnerungen auf prosoziales Verhalten nicht nachweisbar war. Mit geändertem Grundparadigma ließ sich dann in Kapitel 5 ein stabiler Effekt verkörperter Reini- gung nachweisen. Eine Variation verschiedener Faktoren der Reinigung ergab, dass eine intentionale oder zumindest wissentliche Reinigung essentiell ist und dass sich diese Reinigung auf den eigenen Körper (und nicht auf einen Gegenstand) bezieht damit physische Reinigung zu psychischer Reinigung führt. Damit spielen sowohl inferentielle als auch automatisch Prozesse eine Rolle bei Effekten verkörperter Reinigung.

Zum Abschluss der Arbeit werden die Erkenntnisse und Limitierungen der ak- tuellen Arbeit diskutiert und die beiden möglichen Reinigungserklärungen in einen anthropologischen Kontext gestellt. Anschließend wird der hier verfolgte Ansatz mit anderen Arten von Embodiment-Erklärungen verglichen.
N2  - The present thesis examines embodiment—the body’s influence on psychological processes. Bodily states, perceptions, and actions influence cognitive processes; for example, a heavy backpack makes hills look steeper (Proffitt et al., 2003); and faint odors influence orderliness (Holland, Hendriks, & Aarts, 2005). In Chapter 2, embodiment phenomena are reviewed and classified according to three possible underlying mechanisms. Additionally, empirical tests for distinguishing between the workings of these mechanisms are discussed.

The empirical part of the thesis examines one specific embodiment in more detail, namely embodied cleansing. The basic idea in embodied cleansing is that physical cleansing reduces not only physical but also psychological remnants of the past. For example, Chapter 4 examines whether prosocial behavior after one’s own moral or immoral behavior is changed by embodied cleansing; and Chapter 5 examines how changes in optimism and self-esteem as a result of previous success or failure in an achievement test are reduced by embodied cleansing.

The present thesis examines psychological mechanisms that could explain embodied cleansing. For that, Chapter 3 derives and contrasts two possible explanations for embodied cleansing. Chapter 4 tests the effect of physical cleansing when both explanations make converging predictions (with morally negative memories) compared to when the two explanations make differing predictions (with morally positive memories). However, the results of embodied cleansing on prosocial behavior after (im)moral recall could not be examined as (im)moral recall, against expectations, did not influence prosocial behavior in the present paradigm.

Chapter 5 more closely examines one of the two explanations. For that, different aspects of the act of cleaning one’s hands are varied to examine necessary and sufficient criteria for embodied cleansing. The results show that deliberate cleaning is essential for embodied cleansing; additionally the cleaning action has to refer to one’s own body (and not to an object). Thus, a combination of inferential and automatic processes seem to play a role in embodied cleansing. Finally the results are discussed in relation to other embodiment effects and explanations.
KW  - Psychologie
KW  - Embodiment
KW  - Social Cognition
KW  - Embodied Cognition
KW  - Embodied Cleansing
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112569
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Üçeyler, Nurcan
A1  - Homola, György A.
A1  - González, Hans Guerrero
A1  - Kramer, Daniela
A1  - Wanner, Christoph
A1  - Weidemann, Frank
A1  - Solymosi, László
A1  - Sommer, Claudia
T1  - Increased Arterial Diameters in the Posterior Cerebral Circulation in Men with Fabry Disease
N2  - A high load of white matter lesions and enlarged basilar arteries have been shown in selected patients with Fabry disease, a disorder associated with an increased stroke risk. We studied a large cohort of patients with Fabry disease to differentially investigate white matter lesion load and cerebral artery diameters. We retrospectively analyzed cranial magnetic resonance imaging scans of 87 consecutive Fabry patients, 20 patients with ischemic stroke, and 36 controls. We determined the white matter lesion load applying the Fazekas score on fluid-attenuated inversion recovery sequences and measured the diameters of cerebral arteries on 3D-reconstructions of the time-of-flight-MR-angiography scans. Data of different Fabry patient subgroups (males – females; normal – impaired renal function) were compared with data of patients with stroke and controls. A history of stroke or transient ischemic attacks was present in 4/30 males (13%) and 5/57 (9%) females with Fabry disease, all in the anterior circulation. Only one man with Fabry disease showed confluent cerebral white matter lesions in the Fazekas score assessment (1%). Male Fabry patients had a larger basilar artery (p<0.01) and posterior cerebral artery diameter (p<0.05) compared to male controls. This was independent of disease severity as measured by renal function and did not lead to changes in arterial blood flow properties. A basilar artery diameter of >3.2 mm distinguished between men with Fabry disease and controls (sensitivity: 87%, specificity: 86%, p<0.001), but not from stroke patients. Enlarged arterial diameters of the posterior circulation are present only in men with Fabry disease independent of disease severity.
KW  - Arterial Diameters
KW  - ischemic stroke
KW  - magnetic resonance imaging
KW  - stroke
KW  - cerebral arteries
KW  - renal system
KW  - central nervous system
KW  - blood flow
KW  - lesions
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112614
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TY  - THES
A1  - Westermann, Alexander J.
T1  - Dual RNA-seq of pathogen and host
T1  - Duale RNA-Sequenzierung eines Pathogens und seines Wirts
N2  - The infection of a eukaryotic host cell by a bacterial pathogen is one of the most intimate examples of cross-kingdom interactions in biology. Infection processes are highly relevant from both a basic research as well as a clinical point of view. Sophisticated mechanisms have evolved in the pathogen to manipulate the host response and vice versa host cells have developed a wide range of anti-microbial defense strategies to combat bacterial invasion and clear infections. However, it is this diversity and complexity that makes infection research so challenging to technically address as common approaches have either been optimized for bacterial or eukaryotic organisms. Instead, methods are required that are able to deal with the often dramatic discrepancy between host and pathogen with respect to various cellular properties and processes. One class of cellular macromolecules that exemplify this host-pathogen heterogeneity is given by their transcriptomes: Bacterial transcripts differ from their eukaryotic counterparts in many aspects that involve both quantitative and qualitative traits. The entity of RNA transcripts present in a cell is of paramount interest as it reflects the cell’s physiological state under the given condition. Genome-wide transcriptomic techniques such as RNA-seq have therefore been used for single-organism analyses for several years, but their applicability has been limited for infection studies.
The present work describes the establishment of a novel transcriptomic approach for infection biology which we have termed “Dual RNA-seq”. Using this technology, it was intended to shed light particularly on the contribution of non-protein-encoding transcripts to virulence, as these classes have mostly evaded previous infection studies due to the lack of suitable methods. The performance of Dual RNA-seq was evaluated in an in vitro infection model based on the important facultative intracellular pathogen Salmonella enterica serovar Typhimurium and different human cell lines. Dual RNA-seq was found to be capable of capturing all major bacterial and human transcript classes and proved reproducible. During the course of these experiments, a previously largely uncharacterized bacterial small non-coding RNA (sRNA), referred to as STnc440, was identified as one of the most strongly induced genes in intracellular Salmonella. Interestingly, while inhibition of STnc440 expression has been previously shown to cause a virulence defect in different animal models of Salmonellosis, the underlying molecular mechanisms have remained obscure. Here, classical genetics, transcriptomics and biochemical assays proposed a complex model of Salmonella gene expression control that is orchestrated by this sRNA. In particular, STnc440 was found to be involved in the regulation of multiple bacterial target mRNAs by direct base pair interaction with consequences for Salmonella virulence and implications for the host’s immune response. These findings exemplify the scope of Dual RNA-seq for the identification and characterization of novel bacterial virulence factors during host infection.
N2  - Die Infektion einer eukaryontischen Wirtszelle mit einem bakteriellen Pathogen ist eines der komplexesten Beispiele einer Domänen-überschreitenden Wechselwirkung zweier Organismen. Infektionsprozesse sind in höchstem Maße relevant, sowohl in der Grundforschung als auch von einem klinischen Blickwinkel aus betrachtet. Im Laufe der Evolution entstanden komplizierte Mechanismen, die es einem Pathogen erlauben, die Wirtsantwort zu manipulieren. Umgekehrt haben potentielle Wirtszellen eine Reihe von anti-mikrobiellen Verteidigungsstrategien entwickelt, um bakterielle Infektionen zu bekämpfen und letztlich zu beseitigen. Es sind jedoch genau diese Verschiedenheit und Komplexität, welche die Infektionsforschung so anspruchsvoll und technisch schwer analysierbar machen. Gängige Analysemethoden wurden zumeist entweder für bakterielle oder aber eukaryontische Organismen entwickelt. Dagegen werden Techniken benötigt, welche es erlauben, mit den mitunter extremen Unterschieden zwischen Wirt und Pathogen umzugehen, die sich in etlichen zellulären Eigenschaften und Prozessen manifestieren. Eine Klasse zellulärer Makromoleküle, die diese Heterogenität zwischen Wirt und Pathogen widerspiegelt, sind ihre jeweiligen Transkriptome: Bakterielle Transkripte unter-scheiden sich von ihren eukaryontischen Pendants in vielerlei Hinsicht, was sowohl quantitative als auch qualitative Aspekte miteinschließt. Die Gesamtheit zellulärer Transkripte ist von größter Bedeutung, da sie den physiologischen Zustand der jeweiligen Zelle unter den gegebenen Bedingungen reflektiert. Aus diesem Grund werden Genom-weite Transkriptom-techniken wie etwa die RNA-Sequenzierung seit etlichen Jahren erfolgreich angewandt, um biologische Prozesse zu untersuchen – jedoch ist deren Eignung für Infektionsstudien in starkem Maße limitiert.
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Etablierung eines neuartigen Ansatzes, „Duale RNA-Sequenzierung“ genannt, der Transkriptomstudien mit der Infektionsbiologie kompatibel macht. Mithilfe dieser Technologie wurde hier im Besonderen versucht, die Rolle nicht-proteinkodierender RNA-Moleküle für die Virulenz zu beleuchten, da die Charakterisierung dieser RNA-Klassen bisherigen Infektionsstudien weitgehend verwehrt blieb. Die Anwendbar-keit der Dualen RNA-Sequenzierung wurde innerhalb eines In-vitro-Infektionsmodells getestet, welches auf dem wichtigen, fakultativ intrazellulären Pathogen Salmonella enterica serovar Tyhimurium und verschiedenen humanen Zelllinien basiert. Die Duale RNA-Sequenzierung zeigte sich dabei in der Lage alle wesentlichen bakteriellen sowie humanen Transkriptklassen zu erfassen und erwies sich als reproduzierbar. Im Zuge dieser Experimente wurde ein Gen für eine zuvor kaum beschriebene kleine nicht-kodierende RNA (STnc440) als eines der am stärksten induzierten Gene intrazellulärer Salmonellen identifiziert. Interessanterweise hatten vorherige Studien gezeigt, dass die Inaktivierung dieses Gens zu einem Virulenzdefizit innerhalb unterschiedlicher Tiermodelle für Salmonellose führt. Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen blieben jedoch unbekannt. In der vorliegenden Arbeit wurden genetische, Transkriptom- sowie biochemische Analysen eingesetzt um das komplexe Regulationsnetzwerk dieser kleinen RNA erstmals näher zu beleuchten. Im Einzelnen konnte gezeigt werden, dass STnc440 die Expression mehrerer bakterieller mRNAs durch das Ausbilden zwischen-molekularer Basenpaarungen reguliert, was weitreichende Konsequenzen sowohl für die Virulenz des Pathogens als auch die Immunantwort des Wirts hat. Diese Ergebnisse veranschaulichen das Potential der Dualen RNA-Sequenzierung für das Auffinden und Charakterisieren neuer bakterieller Virulenzfaktoren während der Wirtsinfektion.
KW  - Transkriptomanalyse
KW  - Dual RNA-seq
KW  - Salmonella enterica
KW  - Wirtszelle
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112462
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TY  - RPRT
A1  - Kounev, Samuel
A1  - Brosig, Fabian
A1  - Huber, Nikolaus
T1  - The Descartes Modeling Language
N2  - This technical report introduces the Descartes Modeling Language (DML), a new architecture-level modeling language for modeling Quality-of-Service (QoS) and resource management related aspects of modern dynamic IT systems, infrastructures and services. DML is designed to serve as a basis for self-aware resource management during operation ensuring that system QoS requirements are continuously satisfied while infrastructure resources are utilized as efficiently as possible.
KW  - Ressourcenmanagement
KW  - Software Engineering
KW  - Resource and Performance Management
KW  - Software Performance Engineering
KW  - Software Performance Modeling
KW  - Performance Management
KW  - Quality-of-Service
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104887
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TY  - THES
A1  - Ahmed, Arabe
T1  - Assessing particle deposition in a representative in vitro model of the rat respiratory tract
T1  - Entwicklung eines in vitro Modells (IVR) der Rattenlunge für die Untersuchung der Deposition von Wirkstoffpartikeln in den Atemwegen der Ratte
N2  - The aim of this thesis was to develop an in vitro model (IVR) of the rat lung for the purpose of investigating the deposition of drug particles in the rat airways. The model attempted to account for the affect of drug product characteristics and physiological parameters on deposition in the lungs. In addition, the model outputs were compared with in vivo lung deposition results from live rats and in silico predictions using published computer model of lung deposition in pre-clinical species.  

Initial work focussed on developing an aerosol exposure system capable of dosing small rodent to a range of airborne test materials. The system consists of two main parts; a fluidised bed aerosol generator and connection of the generator output to a nose only exposure chamber capable of accommodating 12 small animals in a single layer. In addition, an aerodynamic particle spectrometer (APS) was installed for continuously measuring the size distribution and airborne concentration of aerosol particles generated in the exposure chamber. System validation showed acceptable degree of variation of the test material tested, Fluorescent Microspheres (FMS) throughout the exposure chamber (CV < 15.0%). Particle size (MMAD ± GSD) using the APS was shown to be stable throughout the exposure periods.

The IVR model developed in this project was based on a number of euthanased (n=7), female Sprague-Dawley rats (weight: 372 ± 56 g), which underwent high-resolution micro-CT scans. The physical model consisted of five sub sections; Extra-Thoracic region containing the snout and nasophyarynx, trachea-bronchial region containing the trachea, bronchi, and bronchioles. All sections of the model were attached to one another in numerical order and housed within a containment unit. At the rear end of the cast, a flexible diaphragm was attached in order to collect the fraction of inhaled particles exiting the TB section and possibly reaching the lung, referred to as the Post-TB section. 

A study was conducted to assess the influence of inhalation parameters such as the breathing frequency and tidal volume on total and regional dose distribution using FMS as test material. The major finding of this study was the demonstration of the model sensitivity to changes in breathing parameters especially respiratory frequency, where the data showed increased deposition in the peripheral regions of the model with decreased respiratory frequency. Other studies assessed the effect of particle characteristics on deposition on the IVR model, such as particle size, dose increase and formulation changes. 
The results assessing particle size effect showed a slightly higher deposition levels for the 4µm sized particles versus 2µm sized particles in the head region; 90.8 ± 3.6% and 88.2 ± 6.6%. However, this difference did not reach statistical significance (P> 0.05) probably due to the polydispersity of aerosolised FMS particles. In addition, the regional deposition analysis showed an increased lung peripheral deposition with the smaller particles. In addition, the model was shown to be sensitive to changes in formulation composition mediated by inclusion of MgSt. 

The next stage of work was to validate the model in terms of comparison with lung deposition for in vivo rats.  For lung deposition comparison, the absolute amount deposited in the IVR lung model (expressed as µg/kg) was shown to have a reasonably strong correlation with in vivo lung concentration measures (µg/kg); R2= 0.66, P < 0.05. Compounds were predicted well and within 2-folds of the measured lung deposition values. However, knowing the variability in biological systems and the multiple components required to estimate lung doses, predictions within 2-fold of the measured values would seem reasonable

In terms of comparison with in silico model predictions using MPPD, similar deposition levels were noted between the two models, particularly when the data was expressed as percentage of total particles inhaled. The data showed the highest deposition levels were noted in the head region (> 80%) and less than 5.0% deposition for the peripheral lung fractions. 

With regards to using the IVR model to assess the relationship between dose, particle size and efficacy, an in vivo study using FP with different particle sizes (2.0 and 4.0 µm) but same doses ( 100 and 1000 µg/kg).  This study demonstrated that exposure of rat to FP powder resulted in a dose-dependent inhibition of neutrophils in BAL fluids. However, a clear difference in neutrophils suppression was demonstrated for equivalent doses but different particle sizes of FP, where the smaller FP particles (2.0 µm) induced a greater level of neutrophils suppression in comparison with larger FP particles (4.0 µm). In addition, a reasonably good correlation for the relationship between lung deposition in the IVR model and a neutrophils suppression level was demonstrated. Furthermore this data support the hypothesis that regional deposition is an important determinant in efficacy. Therefore, this suggests that the IVR model may be a useful as a tool to describe in vivo efficacy with in vitro data. However, further studies should be conducted to evaluate the validity of this model and relationship.

The IVR model has a number of important limitations. First, the model is based on scans up to generation four of the rat respiratory tract as this represented the limits of the micro-CT scanning technology at the time of this study. Therefore deposition in the deeper region of the lung may not be reflected precisely in the IVR model. Second, the regional deposition data generated using the model tended to show an overestimation of deposition in head region and an underestimation of deposition in the peripheral regions of the lung, in comparison with in vivo lung deposition data. Third, the current model does not take into account lung clearance. However, the amount of the drug present in the in vivo lungs is dependent on numerous physiological processes such as dissolution, passive or active absorption into the systemic circulation, binding to lung tissue and mucociliary clearance. Consequently, the results generated using this IVR model for drug molecules with high lung clearance rate should be treated with some caution. 

Future work extending this research could go in a number of directions. In this research, a representative model of the rat respiratory tract was constructed from analysis of imaging data from a number of euthanised Sprague-Dawley rats. This model represented the “average respiratory tract” in terms of dimensions of Sprague-Dawley rats. However, there is considerable variability in the airway dimensions between rats. This variability encompasses a number of factors such as the strains of rats, sex and age, and disease state. Thus, it may be possible to produce a small number of airway models to represent small and large rats and scaled to represent the extrathoracic and peripheral regions based on literature reports of their dimensions in different rat populations. This approach will then enable the effect of intersubject airway dimensions for different rat populations on aerosol deposition to be thoroughly examined.

In addition, due to the limitation of the micro-CT technology used to construct the physical IVR model, detailed morphology only up to generation 4 were captured. However, recent advances in MRI technology, such as the use of in situ-MRI based scanning technology have enabled rat airway morphometry to be extended to 16 airway generation. This coupled with improvements in the resolutions of rapid-prototyping process means it may be possible to construct a rat model that reflects the in vivo lung morphology more accurately, and thus enable greater understanding of the link between aerosol deposition and airway geometry.  

In conclusion, a model cast of the rat lung was developed and validated to allow the deposition of inhaled particles in the rat lung to be investigated. The model may be used to estimate the lung concentration in vivo rats in preference to exposure concentration measurements based on filter samples which have been shown to be a poor indicator of the lung concentration immediately after exposure. In addition, the model has the potential to be used along with live rats in an inhalation rig in pulmonary pharmaceutics research and may facilitate in development of inhaled formulations to target specific regions within the lung as well as screening of inhaled drugs in preclinical setting.
N2  - Das Ziel dieser Arbeit war es, ein in vitro Modell (IVR) der Rattenlunge für die Untersuchung der Deposition von Wirkstoffpartikeln in den Atemwegen der Ratte zu entwickeln. Das Modell sollte dabei den Einfluss der Arzneistoffeigenschaften und physiologischer Parameter auf die pulmonale Deposition berücksichtigen. Darüber hinaus wurden die Modellergebnisse mit in vivo Daten aus Versuchen mit Ratten und in silico Vorhersagen eines etablierten Computermodells der Partikeldeposition in präklinischen Spezies verglichen.

Erste Arbeiten konzentrierten sich auf die Entwicklung eines Aerosol-Expositionssystems, das in der Lage war, kleine Nagetiere einer Reihe von inhalativ verabreichten Testmaterialien auszusetzen. Das System bestand aus zwei Hauptteilen, einem Wirbelbett-Aerosolgenerator und einer Verabreichungskammer, die eine nasale Partikelexposition und –inhalation („Nose only Inhalation“) bei 12 Kleintieren auf einer Etage ermöglichte. Darüber hinaus wurde ein aerodynamisches Partikelspektrometer (APS) zur kontinuierlichen Messung der Größenverteilung und Konzentration der erzeugten Aerosolpartikel eingebaut. Die Systemvalidierung zeigte einen akzeptablen Grad der Variabilität des Testmaterials, Fluoreszenz-Mikrosphären (FMS), in der gesamten Expositionskammer (VK < 15,0%). Es konnte gezeigt werden, dass die aerodynamische Partikelgröße (MMAD ± GSD) der APS über die Expositionszeiten konstant blieb.

Das IVR-Modell, das in diesem Projekt entwickelt wurde, basierte auf einer Anzahl euthanasierter, weiblicher Sprague-Dawley-Ratten (Gewicht: 372 ± 56 g), die hochauf¬lösenden Mikro-CT-Scans unterzogen wurden. Das physikalische Modell gliederte sich in fünf Teilabschnitte, dem extrathorakalen Bereich bestehend aus der Schnauze und dem Nasopharynx, und dem tracheo-bronchialen Bereich (TB), der die Luftröhre, Bronchien und Bronchiolen umfasste. Alle Abschnitte des Modells wurden miteinander in numerische Reihenfolge gebracht und innerhalb einer Behältereinheit untergebracht. Am hinteren Ende des Gusses wurde eine flexible Membran angebracht, um den Anteil der inhalierten Partikel, der den TB-Abschnitt verlässt und möglicherweise die Lunge erreicht, zu sammeln. Dieses wurde als Post-TB-Anteil bezeichnet.

Eine Untersuchung sollte zeigen, welchen Einfluss Inhalationsparameter wie die Atem¬frequenz und –volumen auf die gesamte und regionale Dosisverteilung der FMS als Test¬material hatten. Das wichtigste Ergebnis dieser Studie war der Nachweis, dass das Modell empfindlich gegenüber Änderungen in der Respirationsparameter, vor allem der Atem¬frequenz, war. 

Die Daten zeigten, dass es unter verminderter Atemfrequenz zu einer verstärkten Partikeldeposition in den peripheren Modellbereichen kam. In weiteren Versuchsansätzen wurden die Wirkung von Partikeleigenschaften, wie Partikelgröße, Dosiserhöhung und Formulierungsänderungen auf die Deposition in dem IVR-Modell ermittelt.

Die Ergebnisse der Untersuchung des Partikelgrößeneffektes zeigten eine etwas höhere Deposition der 4 µm großen Partikel, verglichen mit den 2 µm Partikeln, im Kopfbereich, 90,8 ± 3,6% bzw. 88,2 ± 6,6%. Allerdings war dieser Unterschied statistisch nicht signifikant (P > 0,05), wahrscheinlich aufgrund der Polydispersität der FMS-Aerosolpartikel. Darüber hinaus zeigte die Analyse der regionalen Verteilung eine erhöhte periphere Lungendeposition bei kleineren Partikeln. Zudem war das Modell empfindlich gegenüber Veränderungen in der Formulierungszusammensetzung durch Zugabe von Magnesium¬stearat.

In nächsten Schritt sollte das Modell in Bezug auf den Vergleich mit der Lungendeposition bei Ratten in vivo validiert werden. Es zeigte sich, dass die absolut im IVR-Lungenmodell deponierte Menge (ausgedrückt in µg/kg) eine annehmbar starke Korrelation mit in vivo Daten (µg/kg) aufwies; R2 = 0,66, p < 0,05. Substanzen konnten gut innerhalb des 2-fachen Bereiches der gemessenen Lungendepositionsrate vorhergesagt werden. Angesichts der bekannt hohen Variabilität in biologischen Systemen und der Komplexität der Schätzung der Lungendeposition erscheinen Schwankungen der Vorhersagen innerhalb des 2-fachen Bereiches der tatsächlichen Werte akzeptabel.

Der Vergleich der in silico Vorhersagen mit den IVR-Resultaten zeigte ähnliche Depositions¬raten in beiden Modellen, insbesondere dann, wenn die Daten als Prozentsatz der insgesamt inhalierten Partikel ausgedrückt wurden. Die höchste Deposition fand im Kopfbereich (> 80%) statt und weniger als 5,0 % der Partikel erreichte den peripheren Lungenbereich.

Das IVR-Modell wurde nachfolgend auch in einer in vivo Studie mit Fluticasonpropionat (FP) eingesetzt, um die Beziehung zwischen der Dosis, Partikelgröße und Wirksamkeit unterschiedlicher Teilchengrößen (2,0 und 4,0 µm) bei gleichen Dosen (100 und 1000 µg/kg) zu beurteilen. Diese Studie zeigte eine dosisabhängige Hemmung der Neutrophilen in der bronchoalveolären Lavage. Es wurde jedoch ein deutlicher Unterschied in der Neutrophilensuppression unter äquivalenten Dosen unterschiedlicher Partikelgrößen beobachtet. Kleinere Partikel (2,0 µm) von FP hemmten die Neutrophilen stärker als die größeren FP-Partikel (4,0 µm). Darüber hinaus konnte eine recht gute Korrelation zwischen der Lungendepositionsrate im IVR-Modell und der Neutrophilensuppression gezeigt werden.
 Diese Daten unterstützen die Hypothese, dass die regionale Deposition eine wichtige Determinante der Wirksamkeit ist. Die Ergebnisse legen die mögliche Eignung des IVR-Modells als Hilfsmittel zur Beschreibung der in vivo Effektivität, ausgehend von in vitro Daten, nahe. Allerdings sollten weitere Studien durchgeführt werden, um die Valididtät dieses Modells und der gefundenen Beziehung zu bestätigen. Das IVR-Modell hat eine Reihe von wichtigen Einschränkungen. Erstens basiert das Modell auf Scans lediglich bis zu vierten Generation der Atemwege, was zum Zeitpunkt dieser Studie die Grenze der Mikro-CT-Scan-Technik darstellte. Daher wird in dem IVR-Modell eine Deposition in tieferen Bereichen der Lunge nicht präzise beschrieben. Zweitens zeigten die regionalen Depositionsdaten, die unter Verwendung des Modells ermittelt wurden, im Vergleich zu in vivo Ergebnissen eine Überschätzung der Deposition im Kopfbereich und eine Unterschätzung der Deposition in den peripheren Regionen der Lunge. Drittens berücksichtigt das Modell nicht die Clearance des Arzneistoffes.

Die Arzneistoffkonzentration in der Lunge hängt in vivo von zahlreichen physiologischen Prozessen ab, wie Auflösung, aktive und passive Absorption in den systemischen Kreislauf, die Bindung an das Lungengewebe und mukoziliäre Clearance. Daher sollten die Ergebnisse, die unter Verwendung dieses IVR-Modells gewonnen werden, für Wirkstoff¬moleküle mit hoher Clearance-Rate mit einer gewissen Vorsicht behandelt werden.

Zukünftige weiterführende Arbeiten könnten in eine Reihe von Richtungen gehen. In der vorliegenden Untersuchung wurde ein repräsentatives Modell des Rattenrespirationstraktes aus der Analyse der Bilddaten mehrerer anästhesierter Sprague-Dawley-Ratten erstellt. Dieses Modell repräsentiert die "durchschnittlichen Atemwege " in Bezug auf Abmessungen der Sprague-Dawley-Ratten. Es gibt jedoch eine beträchtliche Variabilität basierend auf einer Reihe von Faktoren wie den Rattenstamm, Geschlecht, Alter und Krankheitszustand. Es wäre möglich, mehrere verschiedene Atemwegsmodelle zu erstellen, um kleine und große Ratten zu repräsentieren. Es könnten, basierend auf Literaturangaben, die extra¬thorakalen und peripheren Regionen in ihren Abmessungen skaliert werden, um verschiedenen Rattenpopulationen zu repräsentieren. Dieser Ansatz würde dann die detaillierte Untersuchung des Einflusses interindividueller Unterschiede der Atemwegs¬dimensionen verschiedener Rattenpopulationen auf die Aerosoldeposition ermöglichen.






Aufgrund der Beschränkung der Mikro-CT-Technologie, die eingesetzt wurde, um das IVR-Modell zu erstellen, konnte eine detaillierte Morphologie nur bis zur vierten Atemwegs¬generation abgebildet werden. Jüngste Fortschritte in der MRI-Technologie, wie die in situ MRI-Scan-Technologie, ermöglichen die Erfassung der Atemwegsmorphometrie bis zu 16 Atemwegsgenerationen. Dieser Ansatz, in Verbindung mit Verbesserungen in den räumlichen Auflösungen der „Rapid-Prototyping“-Verfahren, könnte die Konstruktion eines Rattenmodells ermöglichen, das die in vivo Lungenmorphologie genauer widerspiegelt, und so zu einem besseren Verständnis für den Zusammenhang zwischen Aerosoldeposition und Atemwegsgeometrie führen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in der vorliegenden Arbeit ein Modellguss der Rattenlunge entwickelt und validiert wurde, um die Untersuchung der Deposition von inhalierten Partikel in der Rattenlunge zu ermöglichen. Das Modell kann verwendet werden, um die in vivo Lungenkonzentrationen von Arzneistoffen in Ratten abzuschätzen. Es bietet Vorteile gegenüber der Expositionsabschätzung auf der Basis von Filterproben, die ein schlechter Indikator der Lungenkonzentrationen unmittelbar nach der Exposition sind. Darüber hinaus hat das Modell das Potenzial, zusammen mit lebenden Ratten in einer Inhalationskammer in der Forschung verwendet zu werden und könnte in der Entwicklung von inhalativen Formulierungen erleichtern, die in bestimmten Regionen innerhalb der Lunge deponiert werden sollen. Darüber hinaus ermöglicht das Modell ein Screening inhalativ verabreichter Arzneistoffe in der präklinischen Phase.
KW  - In vitro rat
KW  - Ratte
KW  - in silico models
KW  - lung
KW  - deposition
KW  - Atemwege
KW  - In vitro
KW  - Wirkstoff
KW  - Inhalation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104912
ER  - 
TY  - RPRT
A1  - Rodrigues, Valerian
T1  - Elections and Civil Society in India
N2  - The analysis of the 2014 elections to Lok Sabha in India describes the results and their enormous extent with a differentiate regard to social group voting. Considering the election campaign’s performativity and issues of contestation the landslide victory of BJP (Bharatiya Janata Party) will be illuminated. Through a closer examination of party coalitions, the electoral system, and the leadership factor the BJP’s clear victory over Congress Party will be explained. Besides the opportunity for significant economic and political reforms, the author conjectures a potential for dangerous tendencies to Indian democracy owing to such a resourceful government, which are compared with the government constraints, especially by federal arrangements.
The second part of the article argues that civil society in India is composed of several layers that are distinct and overlap at the same time. Five versions of the same are significant: 1) institutions avowing secular nationalism that upholds inclusive citizenship, equality of treatment, and non-discrimination; 2) a phalanx of institutions inspired by the Gandhian idea of swaraj that are deeply vary of the state and its apparatus and envisage a life of freedom constituted around self-determining associations built from below; 3) such orientations and impulses which stress on religiously inspired values and traditions with its archetypal representation in Hindu nationalism; 4) those who highlight difference and diversity as central to Indian society and stress this fact as foundational to Indian nationalism; 5) and those who are in favour of a right-based approach to citizenship and rule of law in India. Alluding to these distinctive domains constitutive of civil society in India the paper argues that the success of the Bharatiya Janata Party, and the coalition that it led, in the General elections of 2014 rested on its ability in tapping resources from different layers of civil society while making institutions woven around Hindu identity as its anchor.
N2  - Die Analyse der Wahlen 2014 zur Lok Sabha in Indien beschreibt die Resultate und ihr enormes Ausmaß mit einem differenzierenden Blick auf das Wahlverhalten sozialer Gruppen. Durch die Betrachtung der Performativität des Wahlkampfes und den Wahlkampfthemen wird der Erdrutschsieg des BJP (Bharatiya Janata Party) beleuchtet. Mit einer genaueren Sicht auf die Parteienkoalition, das Wahlsystem und den Faktor der "leadership" wird der klare Sieg des BJP über die Kongresspartei erklärt. Neben der Möglichkeit für weitreichende wirtschaftliche und politische Reformen vermutet der Autor, aufgrund der Ressourcenfülle der Regierung, für die indische Demokratie gefährliche Tendenzen, welche den Beschränkungen der Regierung gegenübergestellt werden, insbesondere den Föderationsvereinbarungen.
Der zweite Teil des Artikels führt das Argument an, dass die Zivilgesellschaft in Indien aus verschiedenen Schichten besteht, die sich nicht nur unterscheiden, sondern gleichzeitig auch überlappen. Es gibt hierbei fünf wesentliche Versionen: 1) Institutionen, die sich zu einem säkularen Nationalismus bekennen, der inklusive Staatsbürgerschaft, Gleichbehandlung, und Nicht-Diskriminierung unterstützt; 2) eine Phalanx von Institutionen, die von Gandhis Idee des swaraj inspiriert ist, sich erheblich vom Staat und seinem Apparat unterscheidet und von einem Leben in Freiheit durch von unten aufgebaute, selbst-bestimmende Verbände ausgeht. 3) Solche Orientierungen und Impulse, die religiös inspirierte Werte und Traditionen betonen mit einer archetypischen Darstellung des hinduistischen Nationalismus; 4) solche, die Unterschied und Vielfalt der indischen Gesellschaft als zentrales Kennzeichen identifizieren und zum Fundament des indischen Nationalismus akzentuieren; 5) und solche, die sich für einen rechtebasierten Zugang zu Staatsbürgerschaft und Rechtsstaatlichkeit in Indien aussprechen. Anspielend auf diese charakteristischen Bereiche, die die indische Zivilgesellschaft ausmachen, argumentiert der Artikel, dass der Erfolg der Bharatiya Janata Party (BJP) und der von ihr geführten, aus den Parlamentswahlen 2014 hervorgehenden Koalition, auf der Fähigkeit basiert, Ressourcen aus verschiedenen Schichten der Zivilgesellschaft zu erschließen, während sich Institutionen um hinduistische Identität weben und damit als Anker fungieren.
T3  - Würzburger Arbeitspapiere zur Politikwissenschaft und Soziologie (WAPS) - 4 
KW  - Indien <Parliament>
KW  - Parlamentswahl
KW  - Geschichte 2014
KW  - Civil Society
KW  - Elections in India
KW  - Wahlen in Indien
KW  - Zivilgesellschaft
KW  - Lok Sabha
KW  - Politikwissenschaft
KW  - Indian National Congress
KW  - Bevölkerung / Sozialstruktur
KW  - Bharatiya Janata Party
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105007
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hondke, Sylvia
T1  - Elucidation of WISP3 function in human mesenchymal stem cells and chondrocytes
T1  - Aufklärung der WISP3 Funktion in humanen mesenchymalen Stammzellen und Chondrozyten
N2  - WISP3 is a member of the CCN family which comprises six members found in the 1990’s: Cysteine-rich,angiogenic inducer 61 (CYR61, CCN1), Connective tissue growth factor (CTGF, CCN2), Nephroblastoma overexpressed (NOV, CNN3) and the Wnt1 inducible signalling pathway protein 1-3 (WISP1-3, CCN4-6).They are involved in the adhesion, migration, mitogenesis, chemotaxis, proliferation, cell survival, angiogenesis, tumorigenesis, and wound healing by the interaction with different integrins and heparan sulfate proteoglycans. Until now the only member correlated to the musculoskeletal autosomal disease Progressive Pseudorheumatoid Dysplasia (PPD) is WISP3. PPD is characterised by normal embryonic development followed by cartilage degradation over time starting around the age of three to eight years. Animal studies in mice exhibited no differences between knock out or overexpression compared to wild type litter mates, thus were not able to reproduce the symptoms observed in PPD patients. Studies in vitro and in vivo revealed a role for WISP3 in antagonising BMP, IGF and Wnt signalling pathways. Since most of the knowledge of WISP3 was gained in epithelial cells, cancer cells or chondrocyte cell lines, we investigated the roll of WISP3 in primary human mesenchymal stem cells (hMSCs) as well as primary chondrocytes.
WISP3 knock down was efficiently established with three short hairpin RNAs in both cell types, displaying a change of morphology followed by a reduction in cell number. Simultaneous treatment with recombinant WISP3 was not enough to rescue the observed phenotype nor increase the endogenous expression of WISP3. We concluded that WISP3 acts as an essential survival factor, where the loss resulted in the passing of cell cycle control points followed by apoptosis. Nevertheless, Annexin V-Cy3 staining and detection of active caspases by Western blot and immunofluorescence staining detected no clear evidence for apoptosis. Furthermore, the gene expression of the death receptors TRAILR1 and TRAILR2,important for the extrinsic activation of apoptosis, remained unchanged during WISP3 mRNA reduction. Autophagy as cause of cell death was also excluded, given that the autophagy marker LC3 A/B demonstrated to be uncleaved in WISP3-deficient hMSCs. To reveal correlated signalling pathways to WISP3 a whole genome expression analyses of WISP3-deficient hMSCs compared to a control (scramble) was performed. Microarray analyses exhibited differentially regulated genes involved in cell cycle control, adhesion, cytoskeleton and cell death. Cell death observed by WISP3 knock down in hMSCs and chondrocytes might be explained by the induction of necroptosis through the BMP/TAK1/RIPK1 signalling axis. Loss of WISP3 allows BMP to bind its receptor activating the Smad 2/3/4 complex which in turn can activate TAK1 as previously demonstrated in epithelial cells. TAK1 is able to block
caspase-dependent apoptosis thereby triggering the assembly of the necrosome resulting in cell death by necroptosis.
Together with its role in cell cycle control and extracellular matrix adhesion, as demonstrated in human mammary epithelial cells, the data supports the role of WISP3 as tumor suppressor and survival factor in cells of the musculoskeletal system as well as epithelial cells.
N2  - WISP3 ist ein Mitglied der CCN-Familie, die aus sechs Familienmitgliedern besteht und in den 1990er Jahren endeckt wurde: Cysteine-rich, angiogenic inducer 61 (CYR61, CCN1), Connective tissue growth factor (CTGF, CCN2), Nephroblastoma overexpressed (NOV, CNN3) und den Wnt1 inducible signalling pathway protein 1-3 (WISP1-3, CCN4-6). Die CCN-Proteine sind durch ihre Interaktion mit verschiede- nen Integrinen und Heparansulfaten involviert in die Regulation der Adhäsion, der Migration, der Mi- togenese, der Chemotaxis, der Proliferation, des Zellüberlebens, der Angiogenese, der Tumorgenese und der Wundheilung. WISP3 ist momentan das einzige Mitglied, das direkt mit einer muskuloskelettalen Erkrankung, der Progressiven Pseudorheumatoiden Dysplasie (PPD), assoziiert wird. PPD ist charakter- isiert durch eine normale embryonale Entwicklung mit fortschreitender Knorpeldegeneration beginnend im Alter von drei bis acht Jahren.
Tierversuche mit knock out oder Überexpression von WISP3 in Mäusen waren nicht in der Lage die Symptome der Erkrankung nachzustellen, da keine Unterschiede im Vergleich zu den Wurfgeschwistern beobachtbar waren.  In vitro  und in vivo  Studien offenbarten eine antagonisierende Rolle für WISP3 im BMP, IGF und Wnt Signalweg.  Da die meisten Informationen über WISP3 jedoch in Epithel- und Krebszellen sowie immortalisierten Chondrozytenzelllinien generiert wurden, untersuchten wir die Rolle von WISP3 in primären humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSZs) und primären Chondrozyten. Der WISP3 knock down wurde mit drei short hairpin RNAs in beiden Zelltypen etabliert und wies eine veränderte Zellmorphologie sowie eine reduzierte Zellzahl auf. Knock down mit gleichzeitiger rekombi- nanter WISP3-Behandlung konnte den beobachteten Phänotyp sowie den Zellverlust nicht retten und auch eine Änderung der endogenen Genexpression von WISP3 war nicht zu detektieren. Schlussfolgernd muss WISP3 ein wichtiger Überlebensfaktor sein, dessen Verlust zur Überschreitung von Zellzyklus- Kontrollpunkten führt, was in Apoptose mündet.  Apoptosenachweise wie Annexin V-Cy3 Färbung, Immunfluoreszenzfärbung und Western blot für aktive Caspasen lieferten keine positiven Beweise für diese Form des Zelltodes.	Auch die Genexpression der Todesrezeptoren TRAILR1 und TRAILR2, wichtig für die extrinsische Aktivierung der Apoptose, zeigte kein verändertes Expressionsmuster in WISP3-defizienten hMSZs. Autophagie als Zelltod wurde ebenfalls ausgeschlossen, nachdem im West- ern Blot kein gespaltene Form des Autophagiemarkers LC3 A/B zu detektieren war. Um die Rolle von WISP3 beim Zelltod weiter zu entschlüsseln, wurden Genom-Expressionsanalysen von WISP3-defizienten hMSZs im Vergleich zu Kontroll-hMSZs angefertigt.  Die Analysen ergaben unterschiedlich regulierte Gene vor allem in den Bereichen Zellzyklus-Regulation, Adhäsion, Zytoskelett und Zelltod. Der durch WISP3-Verlust ausgelöste Zelltod kann möglicherweise durch die Aktivierung der Nektroptose über den BMP/TAK1/RIPK1 Signalweg erklärt werden. Es ist bekannt, dass WISP3 BMP4 bindet und so dessen Bindung an den Rezeptor verhindert. Bei WISP3 Verlust bindet BMP4 an seinen Rezeptor und aktiviert den Smad 2/3/4 Komplex der wiederum TAK1 phosphoryliert, wie zuvor in Epithelzellen demonstriert. TAK1 ist in der Lage die Caspase-induzierte Apoptose zu blockieren und auf diese Weise die Bildung des Nekrosomes auszulösen, welches zum Zelluntergang durch Nekroptose führt.
Zusammen mit seiner Rolle in der Zellzyklus-Kontrolle und der extrazellulären Matrixadhäsion, die in humanen Brustepithelialzellen nachgewiesen wurden, unterstützen diese Daten eine Rolle für WISP3 als Tumorsuppressor und Überlebensfaktor in Zellen des Epithel und des muskuloskelettalen Systems.
KW  - Knorpelzelle
KW  - PPD
KW  - mesenchymal stem cells
KW  - cell death
KW  - chondrocytes
KW  - Mesenchymzelle
KW  - Dysplasie
KW  - Genexpression
KW  - Werk
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109641
ER  - 
TY  - THES
A1  - Premachandran Nair, Anoop Chandran
T1  - Identification and functional characterization of TGF-β inducible, immunosuppressive miRNAs in human CD8+ T cells
T1  - Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von TGF-β induzierbaren, immunsuppressiven miRNAs in humanen CD8+ T Zellen
N2  - While TGF-β is able to regulate miRNA expression in numerous cell types, TGF-β-dependent changes in the miRNA profile of CD8+ T cells had not been studied before. Considering that TGF-β suppresses CD8+ T cell effector functions in numerous ways, we wondered whether induction of immune-regulatory miRNAs could add to the  known transcriptional effects of TGF-β on immune effector molecules. In this study, we used miRNA arrays, deep sequencing and qRT-PCR to identify miRNAs that are modulated by TGF-β in human CD8+ T cells. Having found that the TGF-β-dependent downregulation of NKG2D surface expression in NK cells and CD8+ T cells does not go along with a corresponding reduction in mRNA levels, this pathway appeared to be a possible target of TGF-β-inducible miRNAs. However, this hypothesis could not be confirmed by miRNA reporter assays. Instead, we observed that DAP10 transcription is suppressed by TGF-β which in turn negatively affects NKG2D surface expression. In spite of promising preliminary experiments, technical difficulties associated with the transfection of primary NK cells and NK cell lines unfortunately precluded the final proof of this hypothesis.
Instead, we focused on the TGF-β-induced changes in the miRNome of CD8+ T cells and confirmed the induction of the miR-23a cluster members, namely miR-23a, miR-27a and miR-24 by three different techniques. Searching for potential targets of these miRNAs which could contribute to the immunosuppressive action of TGF-β in T cells, we identified and confirmed a previously unknown regulation of IFN-γ mRNA by miR-27a and miR-24. Newly generated miRNA reporter constructs further revealed that LAMP1 mRNA is a target of miR-23a. Upon modulation of the miR-23a cluster in CD8+ T cells by the respective miRNA antagomirs and mimics, significant changes in IFN-γ expression confirmed the functional relevance of our findings. Effects on CD107a/LAMP1 expression were, in contrast, rather minimal. Still, overexpression of the miR-23a cluster attenuated the cytotoxic activity of antigen-specific CD8+ T cells. Taken together, these functional data reveal that the miR-23a cluster not only is induced by TGF-β, but also exerts a suppressive effect on CD8+ T-cell effector functions, even in the absence of TGF-β signaling.
N2  - Obwohl bekannt war, dass TGF- die miRNA Expression in zahlreichen Zelltypen moduliert, waren TGF- abhängige Veränderung des miRNA Profils in CD8+ T Zellen noch nicht untersucht worden. Da TGF-β die Effektorfunktionen von CD8+ T Zellen aber in vielfältiger Weise inhibiert, fragten wir uns, ob die transkriptionellen Effekte, die TGF-β bekanntermaßen auf Immuneffektormoleküle ausübt, noch durch die Induktion immunregulatorischer miRNAs ergänzt werden. Daher nutzten wir miRNA Arrays, Genomsequenzierungstechniken und Echtzeit-PCR um miRNAs zu identifizieren, welche in humane CD8+ T Zellen von TGF- moduliert werden. Die Beobachtung, dass die TGF--abhängige Herunterregulation der NKG2D Oberflächenexpression in Natürlichen Killerzellen und CD8+ T Zellen nicht mit einer entsprechenden Verringerung der mRNA Menge einhergeht, ließ zudem vermuten, dass dieser Signalweg über miRNAs reguliert werden könnte. Nach verschiedenen miRNA Reporterassays musste diese Hpothese jedoch verworfen werden. Stattdessen zeigte sich, dass TGF- die Transkription von DAP10 inhibiert was wiederum die Oberflächenexpression von NKG2D limitieren sollte. Trotz viel versprechender initialer Experimente scheiterte der letzgültige Beweis dieser Hypothese aber an der ungenügenden Transfizierbarkeit von primären NK Zellen sowie von NK Zelllinien.
Daher konzentrierten wir uns im Weiteren auf die durch TGF- induzierten Veränderungen im miRNom von CD8+ T Zellen und konnten mit drei verschiedenen Techniken die Induktion des miR-23a Clusters (mit den einzelnen miRNAs miR-23a, miR-27a und miR-24) bestätigen. Auf der Suche nach potentiellen immunregulatorisch relevanten Zielgenen dieser miRNAs konnten wir erstmals eine Regulation von IFN- durch miR-27a und miR-24 nachweisen. Zu diesem Zweck generierte miRNA Reporterkonstrukte zeigten zudem, dass LAMP1 durch miR-23a reguliert wird. Nach Modulation des miR-23a Clusters durch die entsprechenden miRNA Antagomir und Surrogat-Konstrukte konnten wir auch in CD8+ T Zellen signifikante Veränderungen der IFN-γ Expression nachweisen und somit die funktionelle Relevanz unserer Befunde bestätigen. Die Effekte auf die Expression von CD107a/LAMP1 waren hingegen nur minimal. Trotzdem führte die Überexpression des miR-23a Clusters zu einer Verringerung der zytotoxischen Aktivität von antigenspezifischen CD8+ T Zellen. Zusammen genommen belegen diese funktionellen Untersuchungen, dass das miRNA-23a Cluster, welches durch TGF-β induziert wird, zur Hemung der Effektorfunktionen in CD8+ T Zellen beiträgt, und zwar sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von TGF-β.
KW  - Transforming Growth Factor beta
KW  - Antigen CD8
KW  - miRNS
KW  - Interferon <Gamma->
KW  - Immunsystem
KW  - miR-23a cluster
KW  - T cell cytotoxicity
KW  - Regulation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109741
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tran-Gia, Johannes
T1  - Model-Based Reconstruction Methods for MR Relaxometry
T1  - Modellbasierte Rekonstruktionsmethoden für die MR-Relaxometrie
N2  - In this work, a model-based acceleration of parameter mapping (MAP) for the determination of the tissue parameter T1 using magnetic resonance imaging (MRI) is introduced. The iterative reconstruction uses prior knowledge about the relaxation behavior of the longitudinal magnetization after a suitable magnetization preparation to generate a series of fully sampled k-spaces from a strongly undersampled acquisition. A Fourier transform results in a spatially resolved time course of the longitudinal relaxation process, or equivalently, a spatially resolved map of the longitudinal relaxation time T1.

In its fastest implementation, the MAP algorithm enables the reconstruction of a T1 map from a radial gradient echo dataset acquired within only a few seconds after magnetization preparation, while the acquisition time of conventional T1 mapping techniques typically lies in the range of a few minutes. After validation of the MAP algorithm for two different types of magnetization preparation (saturation recovery & inversion recovery), the developed algorithm was applied in different areas of preclinical and clinical MRI and possible advantages and disadvantages were evaluated.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein modellbasiertes Verfahren namens MAP (engl. Model-based Acceleration of Parameter mapping) für die Bestimmung des T1-Gewebeparameters mittels Magnetresonanztomographie (MRT) entwickelt. Dieser iterative Algorithmus verwendet das Vorwissen über den nach einer Magnetisierungspräparation zu erwartenden Signalverlauf, um aus einer im Anschluss an eine initiale Präparation aufgenommene zeitliche Serie stark unterabgetasteter k-Räume eine Serie voll abgetasteter k-Räume zu generieren.Eine Fourier-Transformation dieser Serie in den Bildraum zeigt den örtlich aufgelösten zeitlichen Verlauf der longitudinalen Relaxation, was eine Kartierung des Gewebeparameters T1 ermöglicht.

In seiner schnellsten Form ermöglicht dieses Verfahren die Rekonstruktion einer T1-Karte aus einem innerhalb weniger Sekunden nach einer passenden Magnetisierungspräparation aufgenommenen radialen Gradienten-Echo-Datensatz, während die Messdauer herkömmlich verwendeter T1-Bestimmungstechniken üblicherweise im Bereich von einigen Minuten liegt. Nach der Validierung des MAP-Algorithmus für zwei unterschiedliche Arten der Magnetisierungspräparation (Sättigungspräparation, Inversion) wurde die entwickelte Technik im Rahmen dieser Arbeit in verschiedenen Bereichen der präklinischen und klinischen MRT angewendet und mögliche Vor- und Nachteile untersucht.
KW  - Kernspintomographie
KW  - Radiologische Diagnostik
KW  - Bildgebendes Verfahren
KW  - Magnetic Resonance Relaxometry
KW  - Magnetresonanz-Relaxometrie
KW  - Model Based Reconstruction Algorithms in Magnetic Resonance Imaging
KW  - Modellbasierte-Rekonstruktionsalgorithmen in der Magnetresonanztomografie
KW  - Relaxation Parameter Mapping in Magnetic Resonance Imaging
KW  - Bestimmung des Relaxations-Parameters in der Magnetresonanztomografie
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109774
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Amthor, Matthias
A1  - Weißenseel, Sebastian
A1  - Fischer, Julian
A1  - Kamp, Martin
A1  - Schneider, Christian
A1  - Höfling, Sven
T1  - Electro-optical switching between polariton and cavity lasing in an InGaAs quantum well microcavity
N2  - We report on the condensation of microcavity exciton polaritons under optical excitation in a microcavity with four embedded InGaAs quantum wells. The polariton laser is characterized by a distinct nonlinearity in the input-output-characteristics, which is accompanied by a drop of the emission linewidth indicating temporal coherence and a characteristic persisting emission blueshift with increased particle density. The temporal coherence of the device at threshold is underlined by a characteristic drop of the second order coherence function to a value close to 1. Furthermore an external electric field is used to switch between polariton regime, polariton condensate and photon lasing.
KW  - Quantum-well, -wire and -dot devices
KW  - Scattering
KW  - stimulated
KW  - Resonators
KW  - Microcavity devices
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111130
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Herrmann, Thomas
A1  - Karunakaran, Mohindar M.
T1  - The Vγ9Vδ2 T cell antigen receptor and butyrophilin-3 A1: models of interaction, the possibility of co-evolution, and the case of dendritic epidermal T cells
N2  - Most circulating human gamma delta T cells are Vγ9Vδ2 T  cells. Their hallmark is the expression of T cell antigen receptors (TCR) whose γ-chains show a Vγ9-JP (Vγ2-Jγ1.2) rearrangement and are paired with Vδ2-containing δ-chains, a dominantTCR configuration, which until recently seemed to occur in primates only. Vγ9Vδ2 T cells respond to phosphoantigens (PAg) such as (E)-4-Hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate (HMBPP), which is produced by many pathogens and isopentenyl pyrophosphate (IPP), which accumulates in certain tumors or cells treated with aminobisphosphonates such as zoledronate. A prerequisite for PAg-induced activation is the contact of Vγ9Vδ2 T cells with cells expressing butyrophilin-3 A1 (BTN3A1). We will first critically review models of how BTN3 might act in PAg-mediated Vγ9Vδ2 T cell activation and then address putative co-evolution of Vγ9, Vδ2, and BTN3 genes. In those rodent and lagomorphs used as animal models, all three genes are lost but a data-base analysis showed that they emerged together with placental mammals. A strong concomitant conservation of functional Vγ9, Vδ2, and BTN3 genes in other species suggests co-evolution of these three genes. A detailed analysis was performed for the new world camelid alpaca (Vicugna pacos). It provides an excellent candidate for a non-primate species with presumably functional Vγ9Vδ2 T cells since TCR rearrangements share features characteristic for PAg-reactive primate Vγ9Vδ2 TCR and proposed PAg-binding sites of BTN3A1 have been conserved. Finally, we analyze the possible functional relationship between the butyrophilin-family member Skint1 and the γδTCR-V genes used by murine dendritic epithelialT cells (DETC). Among placental mammals, we identify five rodents, the cow, a bat, and the cape golden mole as the only species concomitantly possessing potentially functional homologs of murineVγ3,Vδ4 genes, and Skint1 gene and suggest to search for DETC like cells in these species.
KW  - γδ T cells
KW  - Vγ9Vδ2 T cell
KW  - phosphoantigen
KW  - BTN3
KW  - alpaca
KW  - co-evolution
KW  - DETC
KW  - Skint1
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111141
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wagner, Martin
A1  - Krämer, Johannes
A1  - Blohm, Elisabeth
A1  - Vergho, Dorothee
A1  - Weidemann, Frank
A1  - Breunig, Frank
A1  - Wanner, Christoph
T1  - Kidney function as an underestimated factor for reduced health related quality of life in patients with Fabry disease
N2  - Background: Impairments of health related quality of life (HRQoL) are frequently observed in Fabry disease (FD) and are known to be related to neuropathic pain and cardiovascular events. This study aimed to explore the role of chronic kidney disease (CKD) in a large cohort of patients with FD.
Methods: In 96 patients (53% female; age 40 ± 12 yrs) with genetically proven FD, HRQoL was assessed by the Medical Outcomes Study (SF-36) questionnaire. All patients were naïve to enzyme replacement therapy. Three categories for kidney dysfunction were chosen, eGFR ≥/<60 ml/min/1.73 m2 or need of renal replacement therapy (RRT). Minor (e.g. arrhythmia, angina pectoris, etc.) and major (e.g. myocardial infarction, coronary artery bypass, stroke or implantable cardioverter-defibrillator) vascular events as well as pain and pain therapy were considered in linear regression analyses with the dimensions of HRQoL.
Results: Ten patients (10%) had impaired kidney function and a further nine were on RRT (9.4%). Kidney function and pain emerged as the main factors associated with lower scores on the SF 36, in particular on physical components (PCS beta-coefficients for CKD −6.2, for RRT −11.8, for pain −9.1, p < 0.05, respectively), while controlling for gender, vascular event and pain-therapy. Relationships were found for mental aspects of HRQoL. Age and history of vascular events were not related to HRQoL.
Conclusion: Cardiovascular events and pain are important factors related to HRQoL, social functioning and depression. Our study highlights impaired chronic kidney disease, in particular after initiation of RRT, as a strong determinant of reduced HRQoL in FD.
KW  - Quality of life
KW  - SF-36
KW  - Chronic kidney disease
KW  - Fabry disease
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111159
UR  - http://www.biomedcentral.com/1471-2369/15/188
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wiegering, Armin
A1  - Korb, Doreen
A1  - Thalheimer, Andreas
A1  - Kämmerer, Ulrike
A1  - Allmanritter, Jan
A1  - Matthes, Niels
A1  - Linnebacher, Michael
A1  - Schlegel, Nicolas
A1  - Klein, Ingo
A1  - Ergün, Süleyman
A1  - Germer, Christoph-Thomas
A1  - Otto, Christoph
T1  - E7080 (Lenvatinib), a Multi-Targeted Tyrosine Kinase Inhibitor, Demonstrates Antitumor Activities Against Colorectal Cancer Xenografts
N2  - Clinical prognosis of metastasized colorectal carcinoma (CRC) is still not at desired levels and novel drugs are needed. Here, we focused on the multi-tyrosine kinase inhibitor E7080 (Lenvatinib) and assessed its therapeutic efficacy against human CRC cell lines in vitro and human CRC xenografts in vivo. The effect of E7080 on cell viability was examined on 10 humanCRCcell lines and humanendothelial cells (HUVEC). The inhibitory effect of E7080 on VEGF-induced angiogenesis was studied in an ex vivo mouse aortic ring angiogenesis assay. In addition, the efficacy of E7080 against xenografts derived fromCRC cell lines and CRC patient resection specimenswithmutated KRASwas investigated in vivo. Arelatively low cytotoxic effect of E7080 on CRC cell viabilitywas observed in vitro. Endothelial cells (HUVEC)weremore susceptible to the incubation with E7080. This is in line with the observation that E7080 demonstrated an anti-angiogenic effect in a three-dimensional ex vivo mouse aortic ring angiogenesis assay. E7080 effectively disrupted CRC cell-mediated VEGF-stimulated growth of HUVEC in vitro. Daily in vivo treatment with E7080 (5 mg/kg) significantly delayed the growth of KRAS mutated CRC xenografts with decreased density of tumor-associated vessel formations and without tumor regression. This observation is in line with results that E7080 did not significantly reduce the number of Ki67-positive cells in CRC xenografts. The results suggest antiangiogenic activity of E7080 at a dosage thatwas well tolerated by nudemice. E7080 may provide therapeutic benefits in the treatment of CRC with mutated KRAS.
KW  - Chirurgie
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111165
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ebert, Regina
A1  - Jakob, Franz
A1  - Meissner-Weigl, Jutta
A1  - Zeck, Sabine
A1  - Määttä, Jorma
A1  - Auriola, Seppo
A1  - de Sousa, Sofia Coimbra
A1  - Mentrup, Birgit
A1  - Graser, Stephanie
A1  - Rachner, Tilman D.
A1  - Hofbauer, Lorenz C.
T1  - Probenecid as a sensitizer of bisphosphonate-mediated effects in breast cancer cells
N2  - Background: Anti-resorptive bisphosphonates (BP) are used for the treatment of osteoporosis and bone metastases. Clinical studies indicated a benefit in survival and tumor relapse in subpopulations of breast cancer patients receiving zoledronic acid, thus stimulating the debate about its anti-tumor activity. Amino-bisphosphonates in nM concentrations inhibit farnesyl pyrophosphate synthase leading to accumulation of isopentenyl pyrophosphate (IPP) and the ATP/ pyrophosphate adduct ApppI, which induces apoptosis in osteoclasts. For anti-tumor effects μM concentrations are needed and a sensitizer for bisphosphonate effects would be beneficial in clinical anti-tumor applications. We hypothesized that enhancing intracellular pyrophosphate accumulation via inhibition of probenecid-sensitive channels and transporters would sensitize tumor cells for bisphosphonates anti-tumor efficacy.
Methods: MDA-MB-231, T47D and MCF-7 breast cancer cells were treated with BP (zoledronic acid, risedronate, ibandronate, alendronate) and the pyrophosphate channel inhibitors probenecid and novobiocin. We determined cell viability and caspase 3/7 activity (apoptosis), accumulation of IPP and ApppI, expression of ANKH, PANX1, ABCC1, SLC22A11, and the zoledronic acid target gene and tumor-suppressor KLF2.
Results: Treatment of MDA-MB-231 with BP induced caspase 3/7 activity, with zoledronic acid being the most effective. In MCF-7 and T47D either BP markedly suppressed cell viability with only minor effects on apoptosis. Co-treatment with probenecid enhanced BP effects on cell viability, IPP/ApppI accumulation as measurable in MCF-7 and T47D cells, caspase 3/7 activity and target gene expression. Novobiocin co-treatment of MDA-MB-231 yielded identical results on viability and apoptosis compared to probenecid, rendering SLC22A family members as candidate modulators of BP effects, whereas no such evidence was found for ANKH, ABCC1 and PANX1.
Conclusions: In summary, we demonstrate effects of various bisphosphonates on caspase 3/7 activity, cell viability and expression of tumor suppressor genes in breast cancer cells. Blocking probenecid- and novobiocin-sensitive channels and transporters enhances BP anti-tumor effects and renders SLC22A family members good candidates as BP modulators. Further studies will have to unravel if treatment with such BP-sensitizers translates into preclinical and clinical efficacy.
KW  - Bisphosphonates
KW  - Caspase 3/7 activity
KW  - Cell viability,
KW  - Probenecid
KW  - Novobiocin
KW  - Breast cancer cells
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111174
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ewald, Heike
T1  - Influence of context and contingency awareness on fear conditioning – an investigation in virtual reality
T1  - Der Einfluss von Kontext und Kontingenzbewusstsein auf Furchtkonditionierung – eine Untersuchung in virtueller Realität
N2  - Fear conditioning is an efficient model of associative learning, which has greatly improved our knowledge of processes underlying the development and maintenance of pathological fear and anxiety. In a differential fear conditioning paradigm, one initially neutral stimulus (NS) is paired with an aversive event (unconditioned stimulus, US), whereas another stimulus does not have any consequences. After a few pairings the NS is associated with the US and consequently becomes a conditioned stimulus (CS+), which elicits a conditioned response (CR). 
The formation of explicit knowledge of the CS/US association during conditioning is referred to as contingency awareness. Findings about its role in fear conditioning are ambiguous. The development of a CR without contingency awareness has been shown in delay fear conditioning studies. One speaks of delay conditioning, when the US coterminates with or follows directly on the CS+. In trace conditioning, a temporal gap or “trace interval” lies between CS+ and US. According to existing evidence, trace conditioning is not possible on an implicit level and requires more cognitive resources than delay conditioning. 
The associations formed during fear conditioning are not exclusively associations between specific cues and aversive events. Contextual cues form the background milieu of the learning process and play an important role in both acquisition and the extinction of conditioned fear and anxiety. A common limitation in human fear conditioning studies is the lack of ecological validity, especially regarding contextual information. The use of Virtual Reality (VR) is a promising approach for creating a more complex environment which is close to a real life situation.
	I conducted three studies to examine cue and contextual fear conditioning with regard to the role of contingency awareness. For this purpose a VR paradigm was created, which allowed for exact manipulation of cues and contexts as well as timing of events. In all three experiments, participants were guided through one or more virtual rooms serving as contexts, in which two different lights served as CS and an electric stimulus as US. Fear potentiated startle (FPS) responses were measured as an indicator of implicit fear conditioning. To test whether participants had developed explicit awareness of the CS-US contingencies, subjective ratings were collected. 
	The first study was designed as a pilot study to test the VR paradigm as well as the conditioning protocol. Additionally, I was interested in the effect of contingency awareness. Results provided evidence, that eye blink conditioning is possible in the virtual  environment and that it does not depend on contingency awareness. Evaluative conditioning, as measured by subjective ratings, was only present in the group of participants who explicitly learned the association between CS and US. 
	To examine acquisition and extinction of both fear associated cues and contexts, a novel cue-context generalization paradigm was applied in the second study. Besides the interplay of cues and contexts I was again interested in the effect of contingency awareness. Two different virtual offices served as fear and safety context, respectively. During acquisition, the CS+ was always followed by the US in the fear context. In the safety context, none of the lights had any consequences. During extinction, a additional (novel) context was introduced, no US was delivered in any of the contexts. Participants showed enhanced startle responses to the CS+ compared to the CS- in the fear context. Thus, discriminative learning took place regarding both cues and contexts during acquisition. This was confirmed by subjective ratings, although only for participants with explicit contingency awareness. Generalization of fear to the novel context after conditioning did not depend on awareness and was observable only on trend level.
	In a third experiment I looked at neuronal correlates involved in extinction of fear memory by means of functional magnetic resonance imaging (fMRI). Of particular interest were differences between extinction of delay and trace fear conditioning. I applied the paradigm tested in the pilot study and additionally manipulated timing of the stimuli: In the delay conditioning group (DCG) the US was administered with offset of one light (CS+), in the trace conditioning group (TCG) the US was presented 4s after CS+ offset. Most importantly, prefrontal activation differed between the two groups. In line with existing evidence, the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) was activated in the DCG. In the TCG I found activation of the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC), which might be associated with modulation of working memory processes necessary for bridging the trace interval and holding information in short term memory.
	Taken together, virtual reality proved to be an elegant tool for examining human fear conditioning in complex environments, and especially for manipulating contextual information. Results indicate that explicit knowledge of contingencies is necessary for attitude formation in fear conditioning, but not for a CR on an implicit level as measured by FPS responses. They provide evidence for a two level account of fear conditioning. Discriminative learning was successful regarding both cues and contexts. Imaging results speak for different extinction processes in delay and trace conditioning, hinting that higher working memory contribution is required for trace than for delay conditioning.
N2  - Furchtkonditionierung ist ein effizientes Modell für assoziatives Lernen und hat unser Wissen über Prozesse, die der Entstehung und Aufrechterhaltung von pathologischer Furcht und Angst zugrunde liegen, entscheidend vergrößert. In einem differentiellen Furchtkonditionierungparadigma wird ein zunächst neutraler Reiz (NS) gemeinsam mit einem aversiven Ereignis (unbedingter Reiz, US) dargeboten, während ein zweiter Stimulus nicht mit dem Ereignis gepaart wird. Nach mehrmaliger gemeinsamer Darbietung wird der NS mit dem US assoziiert. Dadurch wird er zu einem bedingten Reiz (CS+) und löst eine konditionierte Furchtreaktion (CR) aus. 
Die Bildung expliziten Wissens über die CS/US-Assoziation während der Konditionierung bezeichnet man als Kontingenzbewusstsein. Befunde über die Rolle dieses Bewusstseins in der Furchtkonditionieung sind uneinheitlich. In Delay-Furchtkonditionierungsstudien konnte die Entwicklung einer CR unabhängig von Kontingenzbewusstsein gezeigt werden. Man spricht von Delay-Konditionierung, wenn der US direkt auf den CS+ folgt. Bei der Trace-Konditionierung liegt zwischen dem CS und dem US ein kurzer zeitlicher Abstand (Trace-Interval). Für Trace-Konditionierung werden mehr kognitive Ressourcen benötigt als für Delay-Konditionierung. Auf einer impliziten Ebene ist Trace-Konditionierung nicht möglich.
Die Assoziationen, die während der Furchtkonditionierung gebildet werden, beschränken sich nicht auf Assoziationen zwischen spezifischen Reizen und aversiven Ereignissen. Kontextuelle Reize bilden den Hintergrund des Lernprozesses und spielen sowohl bei der Akquisition als auch bei der Extinktion von Furcht und Angst eine wichtige Rolle. Eine häufige Einschränkung in Furchtkonditionierungsstudien beim Menschen ist der Mangel an ökologischer Validität, besonders hinsichtlich der Kontextinformationen. Der Einsatz von virtuellen Realtitäten (VR) stellt einen vielversprechenden Ansatz dar um komplexe Umgebungen nachzubilden, die nahe an Alltagssituationen sind.
	Um Hinweisreiz- und Kontextkonditionierung unter Berücksichtigung des Kontingenzbewusstseins zu untersuchen habe ich drei Experimente durchgeführt. Dafür wurde ein Paradigma in virtueller Realität entwickelt, das es ermöglicht, Reize, Kontexte sowie zusätzlich das Timing der Ereignisse exakt zu manipulieren. In allen drei Studien wurden Versuchspersonen durch einen oder mehrere virtuelle Räume geführt, in denen zwei verschiedene Lichter als bedingte Reize und ein elektrischer Reiz als unbedingter Reiz dienten. Furchtpotenzierte Startlereaktionen wurden gemessen als Indikator für implizite Furchtkonditionierung. Um zu überprüfen, ob die Versuchspersonen auch explizites Kontingenzbewusstsein erwoben hatten, wurden subjektive Ratings erfasst.
	Die erste Studie wurde als Pilotstudie konstruiert, um sowohl das VR Paradigma als auch das Konditionierungsprotokoll zu testen. Zusätzlich hat mich der Effekt des Kontingenzbewusstseins interessiert. Die Ergebnisse zeigten, dass Lidschlag-konditionierung im VR Paradigma möglich ist und dass sie nicht vom Kontingenz-bewusstsein abhängt. Allerdings war evaluative Konditionierung, gemessen durch subjektive Ratings, nur erkennbar bei Personen, die die Assoziation von CS und US explizit gelernt hatten.
	Um Akquisition und Extinktion sowohl furchtassoziierter Reize als auch furchtassoziierter Kontexte zu untersuchen, wurde in der zweiten Studie ein neues Reiz-Kontext-Generalisierungsparadigma eingesetzt. Neben dem Zusammenspiel von Reizen und Kontexten war ich auch hier an der Rolle des Kontingenzbewusstseins interessiert. Zwei verschiedene virtuelle Büros dienten als Furcht- bzw. Sicherheitskontext. Während der Akquisition folgte auf den CS+ im Furchtkontext immer ein US. Im Sicherheitskontext hatte keines der Lichter Konsequenzen. In der Extinktionsphase wurde zusätzlich ein neuer Kontext eingeführt. In keinem der Kontexte wurde ein US appliziert. Die Versuchspersonen reagierten nur im Furchtkontext mit erhöhter Startlereaktion auf den CS+ im Vergleich zum CS-. Diskriminatives Lernen hat sowohl hinsichtlich der Reize als auch hinsichtlich der Kontexte stattgefunden. Dies wurde bestätigt durch die subjektiven Ratings, allerdings nur bei Probanden mit Kontingenzbewusstsein. Eine Generalisierung der Angst vom Furchtkontext auf den neuen Kontext war nicht abhängig vom Kontingenzbewusstsein, konnte allerdings in der Gesamtgruppe nur tendenziell beobachtet werden.
	In der dritten Studie betrachtete ich neuronale Korrelate der Extinktion von Furchtgedächtnis mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI). Von besonderem Interesse waren dabei die Unterschiede zwischen der Extinktion von Delay- und Trace-Konditionierung. Ich habe das Paradigma aus der Pilotstudie angewendet und zusätzlich das Timing der Reize manipuliert. In der Delay-Konditionierungsgruppe (DCG) wurde der US zeitgleich mit dem Ende des CS+ appliziert, in der Trace-Konditionierungsgruppe (TCG) vier Sekunden nach Ende des CS+. Interessanterweise unterschieden sich die beiden Gruppen in ihrer präfrontalen Aktivierung. In Übereinstimmung mit der Literatur war der ventromediale Präfrontalkortex (vmPFC) in der DCG aktiviert. In der TCG konnte man Aktivierung des dorsolateralen Präfrontalkortex (dlPFC) beobachten. Dies könnte mit erhöhter Beteiligung des Arbeitsgedächtnisses zusammenhängen, die notwendig ist, um das Trace-Interval zu überbrücken und die Informationen im Kurzzeitgedächtnis zu halten.
Zusammengefasst hat sich virtuelle Realität als ein elegantes Instrument zur Fuchtkonditionierung beim Menschen herausgestellt, besonders zur Manipulation von Kontextinformation. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass explizites Kontingenzwissen notwendig ist für evaluative Furchtkonditionierung, nicht jedoch für eine implizite CR gemessen an FPS Reaktionen. Außerdem liefern sie Evidenz für den “two level account of fear conditioning”. Die Ergebnisse der Bildgebung sprechen für zwei unterschiedliche Extinktionsprozesse bei Delay- und Trace-Konditionierung und weisen darauf hin, dass für Trace-Konditionierung eine höhere Beteiligung des Arbeitsgedächtnisses notwendig ist als für Delay-Konditionierung.
KW  - Klassische Konditionierung
KW  - Angst
KW  - Virtuelle Realität
KW  - Schreckreaktion
KW  - Funktionelle Kernspintomographie
KW  - Fear conditioning
KW  - virtual reality
KW  - contingency awareness
KW  - contextual conditioning
KW  - fMRI
KW  - fear potentiated startle response
KW  - Assoziation
KW  - Lernen
KW  - Kontingenz
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111226
ER  - 
TY  - THES
A1  - Büchner, Claudia Nadine
T1  - Single molecule studies of DNA lesion search and recognition strategies
T1  - Einzel-Molekül-Studien von Strategien zur DNS-Schadenssuche und -erkennung
N2  - The integrity of our genome is continuously endangered by DNA damaging factors. Several cellular mechanisms have evolved to recognize and remove different types of DNA lesions. Despite the wealth of information on the three-dimensional structure and the catalytic mechanism of DNA repair enzymes, the essential process of target site search and identification remains more elusive. How can a small number of repair proteins find and detect the rare sites of damage rapidly and efficiently over an excess of millions of undamaged bases? 
To address this pivotal question in DNA repair, I focused on the central players from the two DNA damage excision repair pathways in my studies: nucleotide excision repair (NER) and base excision repair (BER). As examples for completely different approaches of damage search, recognition and verification, I compared the NER protein Xeroderma pigmentosum group D (XPD) with the BER proteins human thymine DNA glycosylase (hTDG) and human 8-oxoguanine glycosylase (hOgg1). 
In particular, the single molecule approach of atomic force microscopy (AFM) imaging and complementary biochemical and biophysical techniques were applied. I established a simple, optimized preparation approach, which yields homogeneous and pure samples of long (several hundreds to thousands of base pairs) DNA substrates suitable for the AFM studies with DNA repair proteins. Via this sample preparation, a single target site of interest can be introduced into DNA at a known position, which allows separate analysis of specific protein-DNA complexes bound to the lesion site and nonspecific complexes bound to non-damaged DNA. 
The first part of the thesis investigates the XPD protein involved in eukaryotic NER. In general, the NER mechanism removes helix-distorting lesions – carcinogenic UV light induced photoproducts, such as cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) as well as bulky DNA adducts. The 5’-3’ helicase XPD has been proposed to be one of the key players in DNA damage verification in eukaryotic NER, which is still a matter of hot debate. In the studies, I focused on XPD from the archaeal species Thermoplasma acidophilum (taXPD), which shares a relatively high sequence homology with the sequence of the human protein and may serve as a good model for its eukaryotic counterpart. Based on AFM experiments and accompanying DNA binding affinity measurements with the biosensor technology Biolayer Interferometry (BLI), a clear role of XPD in damage verification was deciphered. Specifically, the data suggested that the ATP-dependent 5’-3’ helicase activity of XPD was blocked by the presence of damage leading to stalled XPD-DNA damage verification complexes at the lesion sites.
Successful damage verification led to ATP-dependent conformational changes visible by a significant transition in DNA bend angles from ~ 50° to ~ 65° at the site of the bound protein. Remarkably, this DNA bend angle shift was observed both in the presence of ATP and ATPγs (non-hydrolyzable ATP analog) indicating that ATP-binding instead of ATP hydrolysis was sufficient to induce repair competent conformational changes of XPD. Most importantly, detailed protein binding position and DNA bend angle analyses revealed for the first time that XPD preferably recognizes a bulky fluorescein lesion on the translocated strand, whereas a CPD lesion is preferentially detected on the opposite, non-translocated strand. Despite the different recognition strategies for both types of damages, they share a common verification complex conformation, which may serve as a signal for the recruitment of further NER factors.
In the second part of the thesis, AFM imaging and a 2-Aminopurine fluorescence-based base-flipping assay were combined to investigate damage search and recognition by DNA glycosylases in BER. Exemplarily, I chose to study hTDG as a representative of the vast glycosylase family. hTDG excises thymine and uracil from mutagenic G:T and G:U mispairs contributing to cancer and genetic disease. The AFM data suggested that hTDG uses the intrinsic flexibility of G:T and G:U wobble pairs for initial damage sensing, while scanning DNA as a search complex (SC, slightly bent DNA). Remarkably, hTDG has been indicated to continuously switch between the search and interrogation conformation (IC, stronger bent DNA) during damage search. In the IC, target bases are interrogated by extrahelical base flipping, which is facilitated by protein-induced DNA bending and enhanced DNA flexibility at mismatches. AFM and fluorescence analyses revealed that the flipped base is stabilized via hTDG’s arginine finger. Correct target bases are perfectly stabilized within the enzyme’s catalytic pocket resulting in prolonged residence time and enhanced excision probability. To test for the generalizability of the proposed hTDG damage search model to BER glycosylases, identical studies were performed with a second glycosylase, hOgg1. The data on hOgg1, which removes structurally more stable 8-oxoguanine lesions, supported the hypothesis developed for lesion recognition by hTDG as a common strategy employed by BER glycosylases
N2  - Die Stabilität des menschlichen Genoms wird durch DNA-schädigende Faktoren ständig bedroht. Mehrere zelluläre Mechanismen haben sich entwickelt, um verschiedene Typen von DNS-Schädigungen zu erkennen und zu entfernen. Obwohl zahlreiche und vielfältige Informationen über die drei-dimensionalen Strukturen und katalytischen Mechanismen von DNS-Reparaturenzymen vorhanden sind, ist der essentielle Prozess der Suche und Identifikation von Läsionen kaum verstanden. Wie ist es möglich, dass eine kleine Anzahl an Reparaturenzymen die seltenen DNS-Schadensstellen unter Millionen von unbeschädigten Basen schnell und effizient finden kann?
Diese zentrale Frage der DNS-Reparatur habe ich mit Hilfe von Schlüssel-Proteinen aus zwei verschiedenen DNS-Reparaturmechanismen untersucht, zum einen aus der Nukleotid- (NER) und zum anderen aus der Basenexzisionsreparatur (BER). Als Beispiel für zwei völlig unterschiedliche Ansätze zur Schadenssuche, -erkennung und -verifizierung, habe ich das NER Protein Xeroderma pigmentosum group D (XPD) mit den BER Proteinen humane Thymin DNA Glykosylase (hTDG) und der humanen 8-Oxoguanin Glykosylase (hOgg1) verglichen.
Im Detail habe ich Einzelmoleküluntersuchungen mittels Rasterkraftmikroskopie (engl. ‚atomic force microscopy‘, AFM) und unterstützenden biochemischen und biophysikalischen Techniken angewandt. Ich habe eine einfache und optimierte Probenaufbereitungsmethode etabliert, welche es ermöglicht homogene, hochreine und lange (mehrere 100 Basenpaare) DNS-Substrate herzustellen, die für AFM Studien mit DNS-Reparaturenzymen geeignet sind. Mit Hilfe dieser Probenherstellungs-Technik kann eine einzelne, gewünschte Zielstelle an einer bestimmten Position in diese DNS-Substrate eingefügt werden. Die Verwendung dieser speziellen DNS-Substrate erlaubt eine separate Analyse von spezifischen Protein-DNS-Komplexen, die an bestimmte Läsionen gebunden sind, und unspezifischen Komplexen mit unbeschädigter DNS.
Der erste Teil dieser Arbeit behandelt die Rolle von XPD in der eukaryotischen NER. Der NER Mechanismus entfernt DNS-Schäden, welche die Helix-Struktur der DNS verzerren. Das sind zum einen krebserregende UV-Schäden, wie zum Beispiel Cyclobutan-Pyrimidindimere (CPDs) sowie sperrige DNS-Addukte. Die 5‘-3‘ Helikase XPD wird als eines der Schlüsselenzyme bei der Schadens-Verifizierung gehandelt, was jedoch derzeit noch umstritten ist. In meinen Studien habe ich mich mit dem XPD-Protein aus dem archäischen Organismus Thermoplasma acidophilum (taXPD) beschäftigt. Dieses weist eine relativ große Sequenzhomologie mit dem humanen Protein auf und stellt daher ein gutes Modell für das eukaryotische XPD dar. Auf Grund von AFM Experimenten und DNS-Bindungsaffinitätsmessungen mittels Biolayer-Interferometrie (BLI), konnte XPD eine eindeutige Rolle in der DNS-Schadensverifizierung zugesprochen werden. Meine Ergebnisse zeigten, dass die ATP-abhängige Helikase-Aktivität von XPD durch die Anwesenheit eines DNA-Schadens gehemmt wird, was zur Schadensverifizierung und Bildung von XPD-DNA-Komplexen führt, die von der Schadensstelle ‚aufgehalten‘ wurden.
Eine erfolgreiche Schadensverifizierung führt daraufhin zu ATP-abhängigen Konformationsänderungen, die sich in einer Änderung des DNA-Biegewinkels von ~ 50° zu ~ 65° an der Stelle des gebunden Proteins äußern. Es ist bemerkenswert, dass diese Änderung des DNS-Biegewinkels sowohl mit ATP und als auch mit ATPγs (nicht-hydrolysierbares ATP Analog) beobachtet wurde. Dies zeigt, dass bereits die Bindung und anstatt der Hydrolyse von ATP ausreicht, um reparaturkompetente Konformationsänderungen durch XPD zu veranlassen. Darüber hinaus haben meine detaillierten Proteinbindeposition- und DNS-Biegewinkelanalysen haben zum ersten Mal gezeigt, dass XPD sperrige Fluoreszein-Schäden vor allem auf dem translozierten DNS-Strang erkennt, während CPD-Schäden vor allem auf dem gegenüberliegendem nicht-translozierten Strang erkannt werden. Trotz dieser unterschiedlichen Erkennungsstrategien für die zwei Schadenstypen, nehmen die beiden Schäden die gleiche Konformation im Schadensverifizierungs-Komplex an, was als Signal für die Rekrutierung weiterer NER Faktoren dienen könnte.
Im zweiten Teil meiner Arbeit kombinierte ich AFM-Experimente mit einem sogenannten ‚base flipping' Test, der auf der Fluoreszenz von 2-Aminopurine basiert, um die Schadenssuche und -erkennung durch DNS-Glykosylasen im BER-Mechanismus zu untersuchen. Als Beispiel für die weitläufige Familie der Glykosylasen wählte ich hTDG aus. hTDG schneidet Thymin und Uracil aus mutagenen G:T und G:U Fehlpaarungen heraus. Die AFM Daten zeigten, dass sich hTDG für die initiale Schadenserkennung die intrinsische Flexibilität in G:T und G:U Paaren zu Nutze macht, während die DNA als Suchkomplex geprüft wird (engl. ‚search complex‘, SC, leicht gebogene DNS-Struktur). Erstaunlicherweise scheint hTDG dabei kontinuierlich zwischen einem Such- und Prüfkomplex umzuschalten (engl. ‚interrogation complex‘, IC, stärkere Biegung der DNS). Im IC werden Basen durch „flippen“ außerhalb der DNS-Helix geprüft, was durch die Protein induzierte DNS-Biegung und die erhöhte Flexibilität von Fehlpaarungen in der DNS ermöglicht wird. Die Analyse von AFM- und Fluoreszenzexperimenten brachte zum Vorschein, dass die ‚geflippte‘ Base durch den Arginin-Finger von hTDG stabilisiert wird. Die korrekten Zielbasen passen exakt in die katalytische Tasche des Enzyms und werden dort perfekt stabilisiert, was zu einer längeren Aufenthaltsdauer führt, die wiederum die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Base herausgeschnitten wird. Um zu testen, ob das für hTDG vorgeschlagene Schadenssuchmodel auch allgemein für andere BER Glykosylasen gilt, habe ich die gleichen Experimente mit einer weiteren Glykosylase (hOgg1) durchgeführt, ein Protein das strukturell stabilere 8-Oxoguanin-Schäden entfernt. Die Daten für hOgg1 untermauern die Hypothese, die für die Schadenssuche von hTDG erarbeitet wurde, als eine gemeinsame Strategie von BER Glykosylasen.
KW  - Rasterionenmikroskop
KW  - DNS-Schädigung
KW  - Single-molecule
KW  - Atomic-force-microscopy
KW  - DNA lesion
KW  - Einzel-Molekül
KW  - Rasterkraft-Mikroskopie
KW  - DNS-Schaden
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111886
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Haferkamp, Sebastian
A1  - Hesbacher, Sonja
A1  - Weyandt, Gerhard
A1  - Vetter-Kauczok, Claudia S.
A1  - Becker, Jürgen C.
A1  - Motschenbacher, Stephanie
A1  - Wobser, Marion
A1  - Maier, Melissa
A1  - Schmid, Corinna P.
A1  - Houben, Roland
T1  - p53 regulation by TRP2 is not pervasive in melanoma
N2  - p53 is a central tumor suppressor protein and its inhibition is believed to be a prerequisite for cancer development. In approximately 50% of all malignancies this is achieved by inactivating mutations in the p53 gene. However, in several cancer entities, including melanoma, p53 mutations are rare. It has been recently proposed that tyrosinase related protein 2 (TRP2), a protein involved in melanin synthesis, may act as suppressor of the p53 pathway in melanoma. To scrutinize this notion we analyzed p53 and TRP2 expression by immunohistochemistry in 172 melanoma tissues and did not find any correlation. Furthermore, we applied three different TRP2 shRNAs to five melanoma cell lines and could not observe a target specific effect of the TRP2 knockdown on either p53 expression nor p53 reporter gene activity. Likewise, ectopic expression of TRP2 in a TRP2 negative melanoma cell line had no impact on p53 expression. In conclusion our data suggest that p53 repression critically controlled by TRP2 is not a general event in melanoma.
KW  - melanomas
KW  - melanoma cell
KW  - cell staining
KW  - histology
KW  - reporter genes
KW  - apoptosis
KW  - immunohistochemistry techniques
KW  - tumor suppressor genes
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111396
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Brehm, Klaus
A1  - Komguep Nono, Justin
A1  - Lutz, Manfred B.
T1  - EmTIP, a T-Cell Immunomodulatory Protein Secreted by the Tapeworm Echinococcus multilocularis Is Important
N2  - Background

Alveolar echinococcosis (AE), caused by the metacestode of the tapeworm Echinococcus multilocularis, is a lethal zoonosis associated with host immunomodulation. T helper cells are instrumental to control the disease in the host. Whereas Th1 cells can restrict parasite proliferation, Th2 immune responses are associated with parasite proliferation. Although the early phase of host colonization by E. multilocularis is dominated by a potentially parasitocidal Th1 immune response, the molecular basis of this response is unknown.

Principal Findings

We describe EmTIP, an E. multilocularis homologue of the human T-cell immunomodulatory protein, TIP. By immunohistochemistry we show EmTIP localization to the intercellular space within parasite larvae. Immunoprecipitation and Western blot experiments revealed the presence of EmTIP in the excretory/secretory (E/S) products of parasite primary cell cultures, representing the early developing metacestode, but not in those of mature metacestode vesicles. Using an in vitro T-cell stimulation assay, we found that primary cell E/S products promoted interferon (IFN)-γ release by murine CD4+ T-cells, whereas metacestode E/S products did not. IFN-γ release by T-cells exposed to parasite products was abrogated by an anti-EmTIP antibody. When recombinantly expressed, EmTIP promoted IFN-γ release by CD4+ T-cells in vitro. After incubation with anti-EmTIP antibody, primary cells showed an impaired ability to proliferate and to form metacestode vesicles in vitro.

Conclusions

We provide for the first time a possible explanation for the early Th1 response observed during E. multilocularis infections. Our data indicate that parasite primary cells release a T-cell immunomodulatory protein, EmTIP, capable of promoting IFN-γ release by CD4+ T-cells, which is probably driving or supporting the onset of the early Th1 response during AE. The impairment of primary cell proliferation and the inhibition of metacestode vesicle formation by anti-EmTIP antibodies suggest that this factor fulfills an important role in early E. multilocularis development within the intermediate host.
KW  - T Cells
KW  - primary cells
KW  - parasitic diseases
KW  - vesicles
KW  - larvae
KW  - immunoprecipitation
KW  - host-pathogen interactions
KW  - immune response
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111407
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Floren, Andreas
A1  - Mupepele, Anne-Christine
A1  - Müller, Tobias
A1  - Dittrich, Marcus
T1  - Are Temperate Canopy Spiders Tree-Species Specific?
N2  - Arboreal spiders in deciduous and coniferous trees were investigated on their distribution and diversity. Insecticidal knock-down was used to comprehensively sample spiders from 175 trees from 2001 to 2003 in the Białowieża forest and three remote forests in Poland. We identified 140 species from 9273 adult spiders. Spider communities were distinguished between deciduous and coniferous trees. The richest fauna was collected from Quercus where beta diversity was also highest. A tree-species-specific pattern was clearly observed for Alnus, Carpinus, Picea and Pinus trees and also for those tree species that were fogged in only four or three replicates, namely Betula and Populus. This hitherto unrecognised association was mainly due to the community composition of common species identified in a Dufrene-Legendre indicator species analysis. It was not caused by spatial or temporal autocorrelation. Explaining tree-species specificity for generalist predators like spiders is difficult and has to involve physical and ecological tree parameters like linkage with the abundance of prey species. However, neither did we find a consistent correlation of prey group abundances with spiders nor could differences in spider guild composition explain the observed pattern. Our results hint towards the importance of deterministic mechanisms structuring communities of generalist canopy spiders although the casual relationship is not yet understood.
KW  - trees
KW  - spiders
KW  - conifers
KW  - forests
KW  - predation
KW  - oaks
KW  - community structures
KW  - pines
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111413
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Haydn, Johannes M.
A1  - Hufnagel, Anita
A1  - Grimm, Johannes
A1  - Maurus, Katja
A1  - Schartl, Manfred
A1  - Meierjohann, Svenja
T1  - The MAPK pathway as an apoptosis enhancer in melanoma
JF  - Oncotarget
N2  - Inhibition of RAF/MEK/ERK signaling is beneficial for many patients with BRAFV600E–mutated melanoma. However, primary and secondary resistances restrict long-lasting therapy success. Combination therapies are therefore urgently needed. Here, we evaluate the cellular effect of combining a MEK inhibitor with a genotoxic apoptosis inducer. Strikingly, we observed that an activated MAPK pathway promotes in several melanoma cell lines the pro-apoptotic response to genotoxic stress, and MEK inhibition reduces intrinsic apoptosis. This goes along with MEK inhibitor induced increased RAS and P-AKT levels. The protective effect of the MEK inhibitor depends on PI3K signaling, which prevents the induction of pro-apoptotic PUMA that mediates apoptosis after DNA damage. We could show that the MEK inhibitor dependent feedback loop is enabled by several factors, including EGF receptor and members of the SPRED family. The simultaneous knockdown of SPRED1 and SPRED2 mimicked the effects of MEK inhibitor such as PUMA repression and protection from apoptosis. Our data demonstrate that MEK inhibition of BRAFV600E-positive melanoma cells can protect from genotoxic stress, thereby achieving the opposite of the intended anti-tumorigenic effect of the combination of MEK inhibitor with inducers of intrinsic apoptosis.
KW  - PI3K
KW  - melanoma
KW  - RAS
KW  - chemotherapy resistance
KW  - crosstalk
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120649
SN  - 1949-2553
VL  - 5
IS  - 13
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Herrmann, Ken
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Schuster, Tibor
A1  - Abbrederis, Kathrin
A1  - Blümel, Christina
A1  - Santi, Ivan
A1  - Rudelius, Martina
A1  - Wester, Hans-Jürgen
A1  - Peschel, Christian
A1  - Schwaiger, Markus
A1  - Dechow, Tobias
A1  - Keller, Ulrich
T1  - Week one FLT-PET response predicts complete remission to R-CHOP and survival in DLBCL
JF  - Oncotarget
N2  - Despite improved survival in the Rituximab (R) era, a considerable number of patients with diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) ultimately die from the disease. Functional imaging using [18F]fluorodeoxyglucose-PET is suggested for assessment of residual viable tumor very early during treatment but is compromised by non-specific tracer retention in inflammatory lesions. The PET tracer [18F]fluorodeoxythymidine (FLT) as surrogate marker of tumor proliferation may overcome this limitation. We present results of a prospective clinical study testing FLT-PET as superior and early predictor of response to chemotherapy and outcome in DLBCL. 54 patients underwent FLT-PET prior to and one week after the start of R-CHOP chemotherapy. Repetitive FLT-PET imaging was readily implemented into the diagnostic work-up. Our data demonstrate that the reduction of FLT standard uptake valuemean (SUVmean) and SUVmax one week after chemotherapy was significantly higher in patients achieving complete response (CR, n=48; non-CR, n=6; p<0.006). Martingale-residual and Cox proportional hazard analyses showed a significant monotonous decrease of mortality risk with increasing change in SUV. Consistent with these results, early FLT-PET response showed relevant discriminative ability in predicting CR. In conclusion, very early FLT-PET in the course of R-CHOP chemotherapy is feasible and enables identification of patients at risk for treatment failure.
KW  - [18F]Fluorodeoxythymidine
KW  - FLT-PET
KW  - positron emission tomography
KW  - DLBCL
KW  - lymphoma
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120659
SN  - 1949-2553
VL  - 5
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Üçeyler, Nurcan
A1  - Sommer, Claudia
T1  - High-Dose Capsaicin for the Treatment of Neuropathic Pain: What We Know and What We Need to Know
JF  - Pain and Therapy
N2  - Neuropathic pain is a frequent and disabling condition with diverse underlying etiologies and is often difficult to treat. Systemic drug treatment is often limited in efficacy. Furthermore, adverse effects may be a limiting factor when trying to reach the necessary dose. Analgesics that can be applied topically have the potential to largely overcome this problem. They may be of particular advantage in localized neuropathic pain syndromes such as postherpetic neuralgia or small fiber neuropathy. Capsaicin, the pungent component of chili peppers, is a natural ligand of the transient receptor potential vanilloid 1 channel and has long been used as topically applicable cream with concentrations of 0.025 to 0.075%. In 2009, a high-concentration transdermal capsaicin 8% patch (Qutenza ; Acorda Therapeutics, Inc., Ardsley, NY, USA; Astellas Pharma Europe Ltd., Chertsey, Surrey, UK) was introduced for the treatment of peripheral neuropathic pain syndromes other than of diabetic origin in adults. It has since been widely used in diverse neuropathic pain disorders. In this review article, we summarize current knowledge on Qutenza, its advantages and problems, and expose unmet needs.
KW  - transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1)
KW  - analgesia
KW  - capsaicin
KW  - neuropathic pain
KW  - qutenza
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120669
SN  - 2193-651X
VL  - 3
IS  - 2
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Fuj, Shigeo
A1  - Kapp, Markus
A1  - Einsele, Hermann
T1  - Possible Implication of Bacterial Infection in Acute Graft-Versus-Host Disease after Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation
JF  - Frontiers in Oncology
N2  - Graft-versus-host disease (GVHD) is still one of the major causes of morbidity and mortality in allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). In the pathogenesis of acute GVHD, it has been established that donor-derived T-cells activated in the recipient play a major role in GVHD in initiation and maintenance within an inflammatory cascade. To reduce the risk of GVHD, intensification of GVHD prophylaxis like T-cell depletion is effective, but it inevitably increases the risk of infectious diseases and abrogates beneficial graft-versus-leukemia effects. Although various cytokines are considered to play an important role in the pathogenesis of GVHD, GVHD initiation is such a complex process that cannot be prevented by means of single inflammatory cytokine inhibition. Thus, efficient methods to control the whole inflammatory milieu both on cellular and humoral view are needed. In this context, infectious diseases can theoretically contribute to an elevation of inflammatory cytokines after allogeneic HSCT and activation of various subtypes of immune effector cells, which might in summary lead to an aggravation of acute GVHD. The appropriate treatments or prophylaxis of bacterial infection during the early phase after allogeneic HSCT might be beneficial to reduce not only infectious-related but also GVHD-related mortality. Here, we aim to review the literature addressing the interactions of bacterial infections and GVHD after allogeneic HSCT.
KW  - pathogen-associated molecular patterns
KW  - LPS
KW  - GVHD
KW  - bacterial infection
KW  - allogeneic hematopoietic stem cell transplantation
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120674
SN  - 2234-943X
VL  - 4
IS  - 89
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dandekar, Thomas
A1  - Fieselmann, Astrid
A1  - Fischer, Eva
A1  - Popp, Jasmin
A1  - Hensel, Michael
A1  - Noster, Janina
T1  - Salmonella—how a metabolic generalist adopts an intracellular lifestyle during infection
JF  - Frontiers in Cellular and Infection Microbiology
N2  - The human-pathogenic bacterium Salmonella enterica adjusts and adapts to different environments while attempting colonization. In the course of infection nutrient availabilities change drastically. New techniques, “-omics” data and subsequent integration by systems biology improve our understanding of these changes. We review changes in metabolism focusing on amino acid and carbohydrate metabolism. Furthermore, the adaptation process is associated with the activation of genes of the Salmonella pathogenicity islands (SPIs). Anti-infective strategies have to take these insights into account and include metabolic and other strategies. Salmonella infections will remain a challenge for infection biology.
KW  - regulation
KW  - virulence
KW  - "-omics"
KW  - metabolism
KW  - Salmonella-containing vacuole (SCV)
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120686
SN  - 2235-2988
VL  - 4
IS  - 191
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bruttel, Valentin S.
A1  - Wischhusen, Jörg
T1  - Cancer Stem Cell Immunology: Key to Understanding Tumorigenesis and Tumor Immune Escape?
JF  - Frontiers in Immunology
N2  - Cancer stem cell (CSC) biology and tumor immunology have shaped our understanding of tumorigenesis. However, we still do not fully understand why tumors can be contained but not eliminated by the immune system and whether rare CSCs are required for tumor propagation. Long latency or recurrence periods have been described for most tumors. Conceptually, this requires a subset of malignant cells which is capable of initiating tumors, but is neither eliminated by immune cells nor able to grow straight into overt tumors. These criteria would be fulfilled by CSCs. Stem cells are pluripotent, immune-privileged, and long-living, but depend on specialized niches. Thus, latent tumors may be maintained by a niche-constrained reservoir of long-living CSCs that are exempt from immunosurveillance while niche-independent and more immunogenic daughter cells are constantly eliminated. The small subpopulation of CSCs is often held responsible for tumor initiation, metastasis, and recurrence. Experimentally, this hypothesis was supported by the observation that only this subset can propagate tumors in non-obese diabetic/scid mice, which lack T and B cells. Yet, the concept was challenged when an unexpectedly large proportion of melanoma cells were found to be capable of seeding complex tumors in mice which further lack NK cells. Moreover, the link between stem cell-like properties and tumorigenicity was not sustained in these highly immunodeficient animals. In humans, however, tumor-propagating cells must also escape from immune-mediated destruction. The ability to persist and to initiate neoplastic growth in the presence of immunosurveillance - which would be lost in a maximally immunodeficient animal model - could hence be a decisive criterion for CSCs. Consequently, integrating scientific insight from stem cell biology and tumor immunology to build a new concept of "CSC immunology" may help to reconcile the outlined contradictions and to improve our understanding of tumorigenesis.
KW  - tumor immunology
KW  - tumor immunosurveillance
KW  - tumor-propagating cells
KW  - cancer stem cell immunology
KW  - cancer stem cells
KW  - latency
KW  - tumor dormancy
KW  - tumor immune escape
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120699
SN  - 1664-3224
VL  - 5
IS  - 360
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Buga, Ana Maria
A1  - Margaritescu, Claudiu
A1  - Scholz, Claus Jürgen
A1  - Radu, Eugen
A1  - Zelenak, Christine
A1  - Popa-Wagner, Aurel
T1  - Transcriptomics of Post-Stroke Angiogenesis in the Aged Brain
JF  - Frontiers in Aging Neuroscience
N2  - Despite the obvious clinical significance of post-stroke angiogenesis in aged subjects, a detailed transcriptomic analysis of post-stroke angiogenesis has not yet been undertaken in an aged experimental model. In this study, by combining stroke transcriptomics with immunohistochemistry in aged rats and post-stroke patients, we sought to identify an age-specific gene expression pattern that may characterize the angiogenic process after stroke. We found that both young and old infarcted rats initiated vigorous angiogenesis. However, the young rats had a higher vascular density by day 14 post-stroke. “New-for-stroke” genes that were linked to the increased vasculature density in young animals included Angpt2, Angptl2, Angptl4, Cib1, Ccr2, Col4a2, Cxcl1, Lef1, Hhex, Lamc1, Nid2, Pcam1, Plod2, Runx3, Scpep1, S100a4, Tgfbi, and Wnt4, which are required for sprouting angiogenesis, reconstruction of the basal lamina (BL), and the resolution phase. The vast majority of genes involved in sprouting angiogenesis (Angpt2, Angptl4, Cib1, Col8a1, Nrp1, Pcam1, Pttg1ip, Rac2, Runx1, Tnp4, Wnt4); reconstruction of a new BL (Col4a2, Lamc1, Plod2); or tube formation and maturation (Angpt1, Gpc3, Igfbp7, Sparc, Tie2, Tnfsf10), had however, a delayed upregulation in the aged rats. The angiogenic response in aged rats was further diminished by the persistent upregulation of “inflammatory” genes (Cxcl12, Mmp8, Mmp12, Mmp14, Mpeg1, Tnfrsf1a, Tnfrsf1b) and vigorous expression of genes required for the buildup of the fibrotic scar (Cthrc1, Il6ra, Il13ar1, Il18, Mmp2, Rassf4, Tgfb1, Tgfbr2, Timp1). Beyond this barrier, angiogenesis in the aged brains was similar to that in young brains. We also found that the aged human brain is capable of mounting a vigorous angiogenic response after stroke, which most likely reflects the remaining brain plasticity of the aged brain.
KW  - aging
KW  - stroke
KW  - transcriptomics
KW  - angiogenesis
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120700
VL  - 6
IS  - 44
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sonnenschein-van der Voort, Agnes M. M.
A1  - Arends, Lidia R.
A1  - de Jongste, Johan C.
A1  - Annesi-Maesano, Isabella
A1  - Arshad, S. Hasan
A1  - Barros, Henrique
A1  - Basterrechea, Mikel
A1  - Bisgaard, Hans
A1  - Chatzi, Leda
A1  - Corpeleijn, Eva
A1  - Correia, Sofia
A1  - Craig, Leone C.
A1  - Devereux, Graham
A1  - Dogaru, Cristian
A1  - Dostal, Miroslav
A1  - Duchen, Karel
A1  - Eggesbø, Merete
A1  - van der Ent, C. Kors
A1  - Fantini, Maria P.
A1  - Forastiere, Francesco
A1  - Frey, Urs
A1  - Gehring, Ulrike
A1  - Gori, Davide
A1  - van der Gugten, Anne C.
A1  - Hanke, Wojciech
A1  - Henderson, A. John
A1  - Heude, Barbara
A1  - Iñiguez, Carmen
A1  - Inskip, Hazel M.
A1  - Keil, Thomas
A1  - Kelleher, Cecily C.
A1  - Kogevinas, Manolis
A1  - Kreiner-Møller, Eskil
A1  - Kuehni, Claudia E.
A1  - Küpers, Leanne K.
A1  - Lancz, Kinga
A1  - Larsen, Pernille S.
A1  - Lau, Susanne
A1  - Ludvigsson, Johnny
A1  - Mommers, Monique
A1  - Andersen, Anne-Marie Nybo
A1  - Palkovicova, Lubica
A1  - Pike, Katherine C.
A1  - Pizzi, Constanza
A1  - Polanska, Kinga
A1  - Porta, Daniela
A1  - Richiardi, Lorenzo
A1  - Roberts, Graham
A1  - Schmidt, Anne
A1  - Sram, Radim J.
A1  - Sunyer, Jordi
A1  - Thijs, Carel
A1  - Torrent, Maties
A1  - Viljoen, Karien
A1  - Wijga, Alet H.
A1  - Vrijheid, Martine
A1  - Jaddoe, Vincent W. V.
A1  - Duijts, Liesbeth
T1  - Preterm birth, infant weight gain, and childhood asthma risk: A meta-analysis of 147,000 European children
JF  - The Journal of Allergy and Clinical Immunology
N2  - Background
Preterm birth, low birth weight, and infant catch-up growth seem associated with an increased risk of respiratory diseases in later life, but individual studies showed conflicting results.

Objectives
We performed an individual participant data meta-analysis for 147,252 children of 31 birth cohort studies to determine the associations of birth and infant growth characteristics with the risks of preschool wheezing (1-4 years) and school-age asthma (5-10 years).

Methods
First, we performed an adjusted 1-stage random-effect meta-analysis to assess the combined associations of gestational age, birth weight, and infant weight gain with childhood asthma. Second, we performed an adjusted 2-stage random-effect meta-analysis to assess the associations of preterm birth (gestational age <37 weeks) and low birth weight (<2500 g) with childhood asthma outcomes.

Results
Younger gestational age at birth and higher infant weight gain were independently associated with higher risks of preschool wheezing and school-age asthma (P < .05). The inverse associations of birth weight with childhood asthma were explained by gestational age at birth. Compared with term-born children with normal infant weight gain, we observed the highest risks of school-age asthma in children born preterm with high infant weight gain (odds ratio [OR], 4.47; 95% CI, 2.58-7.76). Preterm birth was positively associated with an increased risk of preschool wheezing (pooled odds ratio [pOR], 1.34; 95% CI, 1.25-1.43) and school-age asthma (pOR, 1.40; 95% CI, 1.18-1.67) independent of birth weight. Weaker effect estimates were observed for the associations of low birth weight adjusted for gestational age at birth with preschool wheezing (pOR, 1.10; 95% CI, 1.00-1.21) and school-age asthma (pOR, 1.13; 95% CI, 1.01-1.27).

Conclusion
Younger gestational age at birth and higher infant weight gain were associated with childhood asthma outcomes. The associations of lower birth weight with childhood asthma were largely explained by gestational age at birth."
KW  - gestational age
KW  - low birth weight
KW  - infant growth
KW  - wheezing
KW  - asthma
KW  - epidemiology
KW  - cohort studies
KW  - children
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120714
VL  - 133
IS  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Niemann, Axel
A1  - Huber, Nina
A1  - Wagner, Konstanze M.
A1  - Somandin, Christian
A1  - Horn, Michael
A1  - Lebrun-Julien, Frédéric
A1  - Angst, Brigitte
A1  - Pereira, Jorge A.
A1  - Halfter, Hartmut
A1  - Welzl, Hans
A1  - Feltri, M. Laura
A1  - Wrabetz, Lawrence
A1  - Young, Peter
A1  - Wessig, Carsten
A1  - Toyka, Klaus V.
A1  - Suter, Ueli
T1  - The Gdap1 knockout mouse mechanistically links redox control to Charcot–Marie–Tooth disease
JF  - Brain
N2  - The ganglioside-induced differentiation-associated protein 1 (GDAP1) is a mitochondrial fission factor and mutations in GDAP1 cause Charcot–Marie–Tooth disease. We found that Gdap1 knockout mice (\(Gdap1^{−/−}\)), mimicking genetic alterations of patients suffering from severe forms of Charcot–Marie–Tooth disease, develop an age-related, hypomyelinating peripheral neuropathy. Ablation of Gdap1 expression in Schwann cells recapitulates this phenotype. Additionally, intra-axonal mitochondria of peripheral neurons are larger in \(Gdap1^{−/−}\) mice and mitochondrial transport is impaired in cultured sensory neurons of \(Gdap1^{−/−}\) mice compared with controls. These changes in mitochondrial morphology and dynamics also influence mitochondrial biogenesis. We demonstrate that mitochondrial DNA biogenesis and content is increased in the peripheral nervous system but not in the central nervous system of \(Gdap1^{−/−}\) mice compared with control littermates. In search for a molecular mechanism we turned to the paralogue of GDAP1, GDAP1L1, which is mainly expressed in the unaffected central nervous system. GDAP1L1 responds to elevated levels of oxidized glutathione by translocating from the cytosol to mitochondria, where it inserts into the mitochondrial outer membrane. This translocation is necessary to substitute for loss of GDAP1 expression. Accordingly, more GDAP1L1 was associated with mitochondria in the spinal cord of aged \(Gdap1^{−/−}\) mice compared with controls. Our findings demonstrate that Charcot–Marie–Tooth disease caused by mutations in GDAP1 leads to mild, persistent oxidative stress in the peripheral nervous system, which can be compensated by GDAP1L1 in the unaffected central nervous system. We conclude that members of the GDAP1 family are responsive and protective against stress associated with increased levels of oxidized glutathione.
KW  - animal models
KW  - Charcot-Marie-Tooth disease
KW  - mitochondria
KW  - axonal transport
KW  - demyelinating disease
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120731
VL  - 137
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Deogratias, Anna-Pendo
A1  - Mushi, Martha F.
A1  - Paterno, Laurent
A1  - Tappe, Dennis
A1  - Seni, Jeremiah
A1  - Kabymera, Rogatus
A1  - Kidenya, Benson R.
A1  - Mshana, Stephen E.
T1  - Prevalence and determinants of Campylobacter infection among under five children with acute watery diarrhea in Mwanza, North Tanzania
JF  - Archives of Public Health
N2  - BACKGROUND:
Campylobacteriosis, a zoonotic bacterial disease observed world-wide, is becoming the most commonly recognized cause of bacterial gastroenteritis in humans. This study was done to determine the prevalence and determinants of Campylobacter infection among under-fives with acute watery diarrhea in Mwanza City, Tanzania.

METHOD:
This cross-sectional hospital-based study was conducted at Bugando Medical Centre (BMC) and Sekou Toure Hospital in Mwanza City. All inpatients and outpatients under-fives who met the inclusion criteria from October 2012 to April 2013 were enrolled in the study. Demographic and clinical data were obtained using standardized data collection tools. Stool samples were collected for gram staining and culture for Campylobacter spp. on Preston selective agar media. In addition, blood slides for malaria and HIV tests were done to all patients.

RESULTS:
A total of 300 children were enrolled with a median age of 12 [interquartile range, 8-19] months. Of these, 169 (56.5%) were from BMC and 131 (43.7%) from Sekou-Toure hospital. One hundred and seventy (56.7%) of the participating children were male. Of 300 under-fives with acute watery diarrhea, 29 patients (9.7%) were found to have Campylobacter infection. A significant higher number of children with Campylobacter infection were found in Sekou Toure hospital compared to BMC [16.0% (21/29) versus 4.7% (8/29), p = 0.002)]. Age above 2 years was independently found to predict campylobacter infection (OR: 2.9, 95% CI 1.1-7.7, p = 0.0037). Of 30 patients with a positive blood slide for Plasmodium falciparum, 20.0% were also positive for Campylobacter infection (OR: 3.9, 95% CI 1.2-10.1, p = 0.021).

CONCLUSION:
Campylobacter infection shows a comparatively low prevalence in under-fives with acute watery diarrhea in Mwanza city and is independently associated with positive slides for malaria and an age above 2 years. Further studies are needed to type the most prevalent Campylobacter species and to determine their antibiotic susceptibility pattern.
KW  - acute watery diarrhea
KW  - campylobacteriosis
KW  - under five children
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120749
VL  - 72
IS  - 17
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Pickhard, Anja
A1  - Siegl, Michael
A1  - Baumann, Alexander
A1  - Huhn, Maximilian
A1  - Wirth, Markus
A1  - Reiter, Rudolf
A1  - Rudelius, Martina
A1  - Piontek, Guido
A1  - Brockhoff, Gero
T1  - The response of head and neck squamous cell carcinoma to cetuximab treatment depends on Aurora kinase A polymorphism
JF  - Oncotarget
N2  - Objectives: The aim of this study was to evaluate the efficiency of cetuximab-based anti-EGFR treatment and Aurora kinase A / B knockdown as a function of Aurora kinase polymorphism in HNSCC cell lines.
Materials and methods: First, protein expression of Aurora kinase A / B and EGFR and Aurora kinase A polymorphism were studied in tumour samples.
The survival and proliferation of Aurora kinase A homo- (Cal27) and heterozygous (HN) HNSCC cell lines was evaluated using a colony formation assay and a flow cytometric assay. Also, aneuploidy was determined. EGFR signalling pathway were visualised by western blotting.
Results: Immunohistochemistry revealed the overexpression of Aurora kinase A / B in HNSCC. The knockdown of each kinase caused a significant decrease in clonogenic survival, independent of Aurora kinase A polymorphism. In contrast, cetuximab treatment impaired clonogenic survival only in the Aurora kinase A-homozygous cell line (Cal27).
Conclusion: This study provides in vitro evidence for the predictive value of Aurora kinase A polymorphism in the efficiency of cetuximab treatment. Resistance to cetuximab treatment can be overcome by simultaneous Aurora kinase A/B knockdown.
KW  - aurora kinase A polymorphism
KW  - aurorakinase B
KW  - cetuximab
KW  - HNSCC
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120757
VL  - 5
IS  - 14
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schulz, Anita
A1  - Jaksch, Sebastian
A1  - Schubel, Rene
A1  - Wegener, Erik
A1  - Di, Zhenyu
A1  - Han, Yingchao
A1  - Meister, Annette
A1  - Kressler, Jörg
A1  - Kabanov, Alexander V.
A1  - Luxenhofer, Robert
A1  - Papadakis, Christine M.
A1  - Jordan, Rainer
T1  - Drug-Induced Morphology Switch in Drug Delivery Systems Based on Poly(2-oxazoline)s
JF  - ACS Nano
N2  - Defined aggregates of polymers such as polymeric micelles are of great importance in the development of pharmaceutical formulations. The amount of drug that can be formulated by a drug delivery system is an important issue, and most drug delivery systems suffer from their relatively low drug-loading capacity. However, as the loading capacities increase, i.e., promoted by good drug–polymer interactions, the drug may affect the morphology and stability of the micellar system. We investigated this effect in a prominent system with very high capacity for hydrophobic drugs and found extraordinary stability as well as a profound morphology change upon incorporation of paclitaxel into micelles of amphiphilic ABA poly(2-oxazoline) triblock copolymers. The hydrophilic blocks A comprised poly(2-methyl-2-oxazoline), while the middle blocks B were either just barely hydrophobic poly(2-n-butyl-2-oxazoline) or highly hydrophobic poly(2-n-nonyl-2-oxazoline). The aggregation behavior of both polymers and their formulations with varying paclitaxel contents were investigated by means of dynamic light scattering, atomic force microscopy, (cryogenic) transmission electron microscopy, and small-angle neutron scattering. While without drug, wormlike micelles were present, after incorporation of small amounts of drugs only spherical morphologies remained. Furthermore, the much more hydrophobic poly(2-n-nonyl-2-oxazoline)-containing triblock copolymer exhibited only half the capacity for paclitaxel than the poly(2-n-butyl-2-oxazoline)-containing copolymer along with a lower stability. In the latter, contents of paclitaxel of 8 wt % or higher resulted in a raspberry-like micellar core.
KW  - amphiphilic poly(2-oxazoline)s
KW  - paclitaxel
KW  - drug delivery
KW  - rod-to-sphere transition
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120766
N1  - This is an open access article published under an ACS AuthorChoice License (http://pubs.acs.org/page/policy/authorchoice_termsofuse.html), which permits copying and redistribution of the article or any adaptations for non-commercial purposes.
VL  - 8
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Pollitt, Alice Y.
A1  - Poulter, Natalie S.
A1  - Gitz, Eelo
A1  - Navarro-Nuñez, Leyre
A1  - Wang, Ying-Jie
A1  - Hughes, Craig E.
A1  - Thomas, Steven G.
A1  - Nieswandt, Bernhard
A1  - Douglas, Michael R.
A1  - Owen, Dylan M.
A1  - Jackson, David G.
A1  - Dustin, Michael L.
A1  - Watson, Steve P.
T1  - Syk and Src Family Kinases Regulate C-type Lectin Receptor 2 (CLEC-2)-mediated Clustering of Podoplanin and Platelet Adhesion to Lymphatic Endothelial Cells*
JF  - The Journal of Biological Chemistry
N2  - The interaction of CLEC-2 on platelets with Podoplanin on lymphatic endothelial cells initiates platelet signalling events that are necessary for prevention of blood-lymph mixing during development. In the present study, we show that CLEC-2 signalling via Src family and Syk tyrosine kinases promotes platelet adhesion to primary mouse lymphatic endothelial cells at low shear. Using supported lipid bilayers containing mobile Podoplanin, we further show that activation of Src and Syk in platelets promotes clustering of CLEC-2 and Podoplanin. Clusters of CLEC-2-bound Podoplanin migrate rapidly to the centre of the platelet to form a single structure. Fluorescence life-time imaging demonstrates that molecules within these clusters are within 10 nm of one another and that the clusters are disrupted by inhibition of Src and Syk family kinases. CLEC-2 clusters are also seen in platelets adhered to immobilised Podoplanin using direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM). These findings provide mechanistic insight by which CLEC-2 signalling promotes adhesion to Podoplanin and regulation of Podoplanin signalling thereby contributing to lymphatic vasculature development.
KW  - endothelial cell
KW  - lipid bilayer
KW  - platelet receptor
KW  - tyrosine-protein kinase
KW  - CLEC-2 ITAM
KW  - podoplanin
KW  - Src family
KW  - kinase Syk
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120770
VL  - 289
IS  - 52
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Berkhout, Ben
A1  - Bodem, Jochen
A1  - Erlwein, Otto
A1  - Herchenröder, Ottmar
A1  - Khan, Arifa S.
A1  - Lever, Andrew M. L.
A1  - Lindemann, Dirk
A1  - Linial, Maxine L.
A1  - Löchelt, Martin
A1  - McClure, Myra O.
A1  - Scheller, Carsten
A1  - Weiss, Robin A.
T1  - Obituary: Axel Rethwilm (1959–2014)
JF  - Retrovirology
N2  - No abstract available
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120781
VL  - 11
IS  - 85
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Klatt, Björn K.
A1  - Holzschuh, Andrea
A1  - Westphal, Catrin
A1  - Clough, Yann
A1  - Smit, Inga
A1  - Pawelzik, Elke
A1  - Tscharntke, Teja
T1  - Bee pollination improves crop quality, shelf life and commercial value
JF  - Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences
N2  - Pollination improves the yield of most crop species and contributes to one-third of global crop production, but comprehensive benefits including crop quality are still unknown. Hence, pollination is underestimated by international policies, which is particularly alarming in times of agricultural intensification and diminishing pollination services. In this study, exclusion experiments with strawberries showed bee pollination to improve fruit quality, quantity and market value compared with wind and self-pollination. Bee-pollinated fruits were heavier, had less malformations and reached higher commercial grades. They had increased redness and reduced sugar–acid–ratios and were firmer, thus improving the commercially important shelf life. Longer shelf life reduced fruit loss by at least 11%. This is accounting for 0.32 billion US$ of the 1.44 billion US$ provided by bee pollination to the total value of 2.90 billion US$ made with strawberry selling in the European Union 2009. The fruit quality and yield effects are driven by the pollination-mediated production of hormonal growth regulators, which occur in several pollination-dependent crops. Thus, our comprehensive findings should be transferable to a wide range of crops and demonstrate bee pollination to be a hitherto underestimated but vital and economically important determinant of fruit quality.
KW  - commercial grades
KW  - ecosystem services
KW  - post-harvest quality
KW  - shelf life
KW  - strawberry
KW  - crop yield
KW  - ecology
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120797
VL  - 281
IS  - 1775
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Brehony, Carina
A1  - Trotter, Caronline L.
A1  - Ramsay, Mary E.
A1  - Chandra, Manosree
A1  - Jolley, Keith A.
A1  - van der Ende, Arie
A1  - Carion, Françoise
A1  - Berthelsen, Lene
A1  - Hoffmann, Steen
A1  - Harðardóttir, Hjördís
A1  - Vazques, Julio A.
A1  - Murphy, Karen
A1  - Toropainen, Maija
A1  - Caniça, Manuela
A1  - Ferreira, Eugenia
A1  - Diggle, Mathew
A1  - Edwards, Giles F.
A1  - Taha, Muhamed-Kheir
A1  - Stefanelli, Paola
A1  - Kriz, Paula
A1  - Gray, Steve J.
A1  - Fox, Andrew J.
A1  - Jacobsson, Susanne
A1  - Claus, Heike
A1  - Vogel, Ulrich
A1  - Tzanakaki, Georgina
A1  - Heuberger, Sigrid
A1  - Caugant, Dominique A.
A1  - Frosch, Matthias
A1  - Maiden, Martin C. J.
T1  - Implications of Differential Age Distribution of Disease-Associated Meningococcal Lineages for Vaccine Development
JF  - Clinical and Vaccine Immunology : CVI
N2  - New vaccines targeting meningococci expressing serogroup B polysaccharide have been developed, with some being licensed in Europe. Coverage depends on the distribution of disease-associated genotypes, which may vary by age. It is well established that a small number of hyperinvasive lineages account for most disease, and these lineages are associated with particular antigens, including vaccine candidates. A collection of 4,048 representative meningococcal disease isolates from 18 European countries, collected over a 3-year period, were characterized by multilocus sequence typing (MLST). Age data were available for 3,147 isolates. The proportions of hyperinvasive lineages, identified as particular clonal complexes (ccs) by MLST, differed among age groups. Subjects <1 year of age experienced lower risk of sequence type 11 (ST-11) cc, ST-32 cc, and ST-269 cc disease and higher risk of disease due to unassigned STs, 1- to 4-year-olds experienced lower risk of ST-11 cc and ST-32 cc disease, 5- to 14-year-olds were less likely to experience ST-11 cc and ST-269 cc disease, and ≥25-year-olds were more likely to experience disease due to less common ccs and unassigned STs. Younger and older subjects were vulnerable to a more diverse set of genotypes, indicating the more clonal nature of genotypes affecting adolescents and young adults. Knowledge of temporal and spatial diversity and the dynamics of meningococcal populations is essential for disease control by vaccines, as coverage is lineage specific. The nonrandom age distribution of hyperinvasive lineages has consequences for the design and implementation of vaccines, as different variants, or perhaps targets, may be required for different age groups.
KW  - differential age distribution
KW  - disease-associated
KW  - meningococcal lineages
KW  - vaccine development
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-120808
VL  - 21
IS  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Karl, I.
A1  - Jossberger-Werner, M.
A1  - Schmidt, N.
A1  - Horn, S.
A1  - Goebeler, M.
A1  - Leverkus, M.
A1  - Wajant, H.
A1  - Giner, T.
T1  - TRAF2 inhibits TRAIL- and CD95L-induced apoptosis and necroptosis
JF  - Cell Death & Disease
N2  - The relevance of the adaptor protein TNF receptor-associated factor 2 (TRAF2) for signal transduction of the death receptor tumour necrosis factor receptor1 (TNFR1) is well-established. The role of TRAF2 for signalling by CD95 and the TNF-related apoptosis inducing ligand (TRAIL) DRs, however, is only poorly understood. Here, we observed that knockdown (KD) of TRAF2 sensitised keratinocytes for TRAIL- and CD95L-induced apoptosis. Interestingly, while cell death was fully blocked by the pan-caspase inhibitor benzyloxycarbonyl-Val-Ala-Asp(OMe)-fluoromethylketone (zVAD-fmk) in control cells, TRAF2-depleted keratinocytes were only partly rescued from TRAIL- and CD95L-induced cell death. In line with the idea that the only partially protective effect of zVAD-fmk on TRAIL- and CD95L-treated TRAF2-depleted keratinocytes is due to the induction of necroptosis, combined treatment with zVAD-fmk and the receptor interacting protein 1 (RIP1) inhibitor necrostatin-1 fully rescued these cells. To better understand the impact of TRAF2 levels on RIP1- and RIP3-dependent necroptosis and RIP3-independent apoptosis, we performed experiments in HeLa cells that lack endogenous RIP3 and HeLa cells stably transfected with RIP3. HeLa cells, in which necroptosis has no role, were markedly sensitised to TRAIL-induced caspase-dependent apoptosis by TRAF2 KD. In RIP3-expressing HeLa transfectants, however, KD of TRAF2 also strongly sensitised for TRAIL-induced necroptosis. Noteworthy, priming of keratinocytes with soluble TWEAK, which depletes the cytosolic pool of TRAF2-containing protein complexes, resulted in strong sensitisation for TRAIL-induced necroptosis but had only a very limited effect on TRAIL-induced apoptosis. The necroptotic TRAIL response was not dependent on endogenously produced TNF and TNFR signalling, since blocking TNF by TNFR2-Fc or anti-TNFα had no effect on necroptosis induction. Taken together, we identified TRAF2 not only as a negative regulator of DR-induced apoptosis but in particular also as an antagonist of TRAIL- and CD95L-induced necroptosis.
KW  - Nekrose
KW  - Apoptosis
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-119166
SN  - 2041-4889
VL  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Shityakov, Sergey
A1  - Sohajda, Tamás
A1  - Puskas, Istaván
A1  - Roewer, Norbert
A1  - Förster, Carola
A1  - Broscheit, Jens-Albert
T1  - Ionization States, Cellular Toxicity and Molecular Modeling Studies of Midazolam Complexed with Trimethyl-β-Cyclodextrin
JF  - Molecules
N2  - We investigated the ionization profiles for open-ring (OR) and closed-ring (CR) forms of midazolam and drug-binding modes with heptakis-(2,3,6-tri-O-methyl)-β-cyclodextrin (trimethyl-β-cyclodextrin; TRIMEB) using molecular modeling techniques and quantum mechanics methods. The results indicated that the total net charges for different molecular forms of midazolam tend to be cationic for OR and neutral for CR at physiological pH levels. The thermodynamic calculations demonstrated that CR is less water-soluble than OR, mainly due to the maximal solvation energy (ΔG(CR)(solv = -9.98 kcal·mol ⁻¹), which has a minimal ΔG(OR)(solv) of -67.01 kcal·mol⁻¹. A cell viability assay did not detect any signs of TRIMEB and OR/CR-TRIMEB complex toxicity on the cEND cells after 24 h of incubation in either Dulbecco's Modified Eagles Medium or in heat-inactivated human serum. The molecular docking studies identified the more flexible OR form of midazolam as being a better binder to TRIMEB with the fluorophenyl ring introduced inside the amphiphilic cavity of the host molecule. The OR binding affinity was confirmed by a minimal Gibbs free energy of binding (ΔG(bind)) value of -5.57 ± 0.02 kcal·mol⁻¹, an equilibrium binding constant (K(b)) of 79.89 ± 2.706 μM, and a ligand efficiency index (LE(lig)) of -0.21 ± 0.001. Our current data suggest that in order to improve the clinical applications of midazolam via its complexation with trimethyl-β-cyclodextrin to increase drug's overall aqueous solubility, it is important to concern the different forms and ionization states of this anesthetic. All mean values are indicated with their standard deviations.
KW  - quantum mechanics
KW  - free energy of solvation
KW  - torsional energy
KW  - trimethyl-β-cyclodextrin
KW  - midazolam
KW  - transition state
KW  - molecular docking
KW  - Gibbs free energy of binding
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-119186
VL  - 19
IS  - 10
ER  -