TY  - THES
A1  - Grimm, Johannes
T1  - Autocrine and paracrine effects of BRAF inhibitor induced senescence in melanoma
T1  - Autokrine und parakrine Effekte BRAF-Inhibitor-induzierter Seneszenz im Melanom
N2  - The FDA approval of targeted therapy with BRAFV600E inhibitors like vemurafenib and dabrafenib in 2011 has been the first major breakthrough in the treatment of metastatic melanoma since almost three decades. Despite increased progression free survival and elevated overall survival rates, complete responses are scarce due to resistance development approximately six months after the initial drug treatment. It was previously shown in our group that melanoma cells under vemurafenib pressure in vitro and in vivo exhibit features of drug-induced senescence. It is known that some cell types, which undergo this cell cycle arrest, develop a so-called senescence associated secretome and it has been reported that melanoma cell lines also upregulate the expression of different factors after senescence induction. This work describes the effect of the vemurafenib-induced secretome on cells. Conditioned supernatants of vemurafenib-treated cells increased the viability of naive fibroblast and melanoma cell lines. RNA analysis of donor melanoma cells revealed elevated transcriptional levels of FGF1, MMP2 and CCL2 in the majority of tested cell lines under vemurafenib pressure, and I could confirm the secretion of functional proteins. Similar observations were also done after MEK inhibition as well as in a combined BRAF and MEK inhibitor treatment situation. Interestingly, the transcription of other FGF ligands (FGF7, FGF17) was also elevated after MEK/ERK1/2 inhibition. As FGF receptors are therapeutically relevant, I focused on the analysis of FGFR-dependent processes in response to BRAF inhibition. Recombinant FGF1 increased the survival rate of melanoma cells under vemurafenib pressure, while inhibition of the FGFR pathway diminished the viability of melanoma cells in combination with vemurafenib and blocked the stimulatory effect of vemurafenib conditioned medium. The BRAF inhibitor induced secretome is regulated by active PI3K/AKT signaling, and the joint inhibition of mTor and BRAFV600E led to decreased senescence induction and to a diminished induction of the secretome-associated genes. In parallel, combined inhibition of MEK and PI3K also drastically decreased mRNA levels of the relevant secretome components back to basal levels.
In summary, I could demonstrate that BRAF inhibitor treated melanoma cell lines acquire a specific PI3K/AKT dependent secretome, which is characterized by FGF1, CCL2 and MMP2. This secretome is able to stimulate other cells such as naive melanoma cells and fibroblasts and contributes to a better survival under drug pressure. These data are therapeutically highly relevant, as they imply the usage of novel drug combinations, especially specific FGFR inhibitors, with BRAF inhibitors in the clinic.
N2  - Die Zulassung der spezifischen BRAFV600E Inhibitoren Vemurafenib und Dabrafenib im Jahr 2011 war der erste wirksame Schritt nach Jahrzehnten der Stagnation in der Behandlung des metastasierenden Melanoms. Allerdings zeigte sich, dass trotz erhöhter Gesamtüberlebensrate und gestiegenem progressionsfreien Überleben komplette Remissionen selten waren. Wir konnten in vorangegangenen Versuchen zeigen, dass eine Behandlung BRAFV600E-mutierter Melanom Zelllinien mit Vemurafenib mit der Induktion von Seneszenz-assoziierten Merkmalen einhergeht. Da bekannt ist, dass seneszente Zellen, darunter auch Melanom Zellen, ein sogenanntes Sekretom ausbilden können, welches andere Zellen beeinflussen kann, war die Identifizierung und Charakterisierung von Vemurafenib-induzierten sezernierten Faktoren das Ziel meiner Arbeit. Initiale Versuche zeigten, dass konditionierter Überstand von Vemurafenib behandelten Zellen das Wachstum naiver Zelllinien erhöhen kann. Ich konnte in weiteren Versuchen zeigen, dass sich die Transkription und Expression des Cytokins CCL2, der Matrixmetalloprotease MMP2 und des Wachstumsfaktors FGF1 nach Vemurafenib Behandlung erhöht. Darüber hinaus konnte ich interessanterweise auch eine gesteigerte Transkription anderer FGF Liganden (FGF7, FGF17) feststellen, was meinen Fokus auf die Analyse von FGFR abhängigen Prozessen als Antwort auf die BRAF Inhibition gelenkt hat. Es zeigte sich, dass sich Melanomzellen mittels Zugabe von FGF1 besser gegen die Vemurafenib-induzierte MEK/ERK1/2 Hemmung behaupten können. Darüber hinaus konnte durch den Einsatz eines spezifischen FGFR Inhibitors die Viabilität von Melanomzellen unter Vemurafenib Behandlung vermindert werden. Auch der stimulierende Effekt des Vemurafenib konditionierten Überstandes konnte dadurch teilweise aufgehoben werden. Die Induktion des BRAF Inhibitor assoziierten Sekretoms ist auf einen aktiven PI3K/AKT Signalweg angewiesen. So führt eine gleichzeitige Hemmung des MEK/ERK1/2 und PI3K/AKT Signalwegs zu einer verminderten Seneszenzinduktion und einer niedrigeren Transkription der Seneszenz-assoziierten Gene. Zudem konnte ich feststellen, dass auch eine gemeinsame Hemmung von BRAF und MEK Seneszenz und das damit einhergehende Sekretom unter Beteiligung von CCL2, MMP2 und den FGFs induziert.
Zusammenfassend zeigen meine Daten, dass BRAFV600E-mutierte Melanomzellen nach Vemurafenib Behandlung ein Sekretom ausbilden, welches potentiell wachstumsfördernde und matrix-modellierende Faktoren beinhaltet. Dies ist abhängig vom PI3K/AKT Signalweg und charakterisiert durch die Sekretion von FGF1, CCL2 und MMP2. Klinische Relevanz erlangen diese Erkenntnisse durch die Möglichkeit, diese Faktoren im Rahmen einer Kombinationstherapie, z.B. mit einem spezifischen FGFR Inhibitor, zu inaktivieren.
KW  - Melanoma
KW  - Inhibitor
KW  - Melanom
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-181161
ER  - 
TY  - THES
A1  - Halbig, Benedikt
T1  - Surface Raman Spectroscopy on Ordered Metal Adsorbates on Semiconductor Substrates and Thin Intermetallic Films
T1  - Oberflächen-Raman-Spektroskopie an geordneten Metalladsorbaten auf Halbleitersubstraten und dünnen intermetallischen Filmen
N2  - Surface systems attract great scientific attention due to novel and exotic properties. The atomically structured surfaces lead to a reduced dimensionality which alters electronic correlations, vibrational properties, and their impact on each other. The emerging physical phenomena are not observed for related bulk materials. In this thesis, ordered (sub)monolayers of metal atoms (Au and Sn) on semiconductor substrates (Si(111) and Ge(111)) and ultrathin intermetallic films (CePt5 and LaPt5) on metal substrate (Pt(111)) are investigated by polarized in situ surface Raman spectroscopy. The surface Raman spectra exhibit features of specific elementary excitations like surface phonons and electronic excitations, which are suitable to gain fundamental insights into the surface systems.
The Au-induced surface reconstructions (5x2) and (r3xr3) constitute quasi-one- and two-dimensional Au structures on the Si(111) substrate, respectively. The new reconstruction-related Raman peaks are analyzed with respect to their polarization and temperature behavior. The Raman results are combined with firstprinciples calculations to decide between different proposed structural models. The Au-(5x2)/Si(111) reconstruction is best described by the model of Kwon and Kang, while for Au-(r3xr3)/Si(111) the conjugate honeycomb-chained-trimer model is favored. The Sn-induced reconstructions with 1/3 monolayer on Ge(111) and Si(111) are investigated to reveal their extraordinary temperature behavior. Specific surface phonon modes are identified that are predicted within the dynamical fluctuation model. Contrary to Sn/Si(111), the corresponding vibrational mode of Sn/Ge(111) exhibits a nearly harmonic character. The reversible structural phase transition of Sn/Ge(111) from (r3xr3) to (3x3) is observed, while no phase transition is apparent for Sn/Si(111). Moreover, Raman spectra of the closely related systems Sn-(2r3x2r3)/Si(111) and thin films of a-Sn as well as the clean semiconductor surfaces Si(111)-(7x7) and Ge(111)-c(2x8) are evaluated and compared.
The CePt5/Pt(111) system hosts 4f electrons whose energy levels are modified by the crystal field and are relevant for a description of the observed Kondo physics. In contrast, isostructural LaPt5/Pt(111) has no 4f electrons. For CePt5/Pt(111), distinct Raman features due to electronic Raman scattering can be unambiguously related to transitions between the crystal-field states which are depth-dependent. This assignment is supported by comparison to LaPt5/Pt(111) and group theoretical considerations. Furthermore, the vibrational properties of CePt5 and LaPt5 reveal interesting similarities but also striking differences like an unusual temperature shift of a vibration mode of CePt5, which is related to the influence of 4f electrons.
N2  - Oberflächensysteme sind durch ihre neuartigen Eigenschaften von großem wissenschaftlichen Interesse. Die reduzierten Dimensionen atomar-strukturierter Oberflächen ändern elektronische Korrelationen, vibronische Eigenschaften und deren gegenseitige Beeinflussung. Entsprechende physikalische Phänomene sind für Volumensysteme unbekannt. In dieser Arbeit werden geordnete Monolagen von Metallatomen (Au und Sn) auf Halbleitersubstraten (Si(111) und Ge(111)) und dünne intermetallische Filme (CePt5 und LaPt5) auf metallischem Substrat (Pt(111)) durch polarisierte in situ Oberflächen-Raman-Spektroskopie untersucht. Die OberflächenRaman-Spektren zeigen spezielle elementare Anregungen, wie Oberflächenphononen und elektronische Anregungen, die fundamentale Einsichten gewähren.
Die Au-induzierten Oberflächenrekonstruktionen (5x2) und (w3xw3) bilden jeweils quasi-ein- und zwei-dimensionale Au-Strukturen auf Si(111). Die entstehenden rekonstruktionsbedingten Raman-Peaks werden hinsichtlich ihres Polarisations- und Temperaturverhaltens untersucht. Die Kombination der Raman-Ergebnisse mit firstprinciples-Berechnungen ermöglicht die Unterscheidung zwischen vorgeschlagenen Strukturmodellen. Au-(5x2)/Si(111) wird am besten durch das Modell von Kwon und Kang beschrieben, während für Au-(w3xw3)/Si(111) das conjugate honeycombchained-trimer-Modell bevorzugt wird. Die Sn-induzierten Rekonstruktionen mit 1/3 Monolage auf Ge(111) und Si(111) werden aufgrund ihres außergewöhnlichen Temperaturverhaltens untersucht. Die durch das dynamical fluctuation-Modell vorhergesagten spezifischen Oberflächenphononen werden identifiziert, wobei die entsprechende Vibrationsmode von Sn/Ge(111), im Gegensatz zu Sn/Si(111), nahezu harmonischen Charakter zeigt. Der umkehrbare strukturelle Phasenübergang von (w3xw3) zu (3x3) wird für Sn/Ge(111), jedoch nicht für Sn/Si(111), beobachtet. Außerdem werden Sn-(2w3x2w3)/Si(111) und dünne a-Sn-Filme sowie Si(111)-(7x7) und Ge(111)-c(2x8) untersucht und verglichen.
CePt5/Pt(111) enthält 4f-Elektronen, deren Energieniveaus sich durch das Kristallfeld ändern und die zur Beschreibung der Kondo-Physik nötig sind. Strukturgleiches LaPt5/Pt(111) hat hingegen keine 4f-Elektronen. Für CePt5/Pt(111) werden spezifische Raman-Signaturen durch elektronische Raman-Streuung eindeutig identifiziert und Übergängen zwischen tiefenabhängigen Kristallfeldzuständen zugeordnet. Der Vergleich mit LaPt5/Pt(111) und Gruppentheorie stützt die Zuordnung. Die vibronischen Eigenschaften von CePt5 and LaPt5 zeigen neben Gemeinsamkeiten auch Unterschiede wie anormale Temperaturverschiebungen einer CePt5-Vibrationsmode, die auf Wechselwirkungen mit 4f-Elektronen zurückgehen.
KW  - Raman-Spektroskopie
KW  - Oberflächenphysik
KW  - Oberflächenphonon
KW  - Kristallfeld
KW  - Surface Raman spectroscopy
KW  - Ordered metal adsorbates on semiconductor surfaces
KW  - Thin intermetallic films
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-181385
ER  - 
TY  - THES
A1  - Walter, Jürgen Christian
T1  - Automation in Software Performance Engineering Based on a Declarative Specification of Concerns
T1  - Automatisierung im Software-Performance-Engineering basierend auf einer deklarativen Beschreibung von Performance-Anliegen
N2  - Software performance is of particular relevance to software system design, operation, and evolution because it has a significant impact on key business indicators. During the life-cycle of a software system, its implementation, configuration, and deployment are subject to multiple changes that may affect the end-to-end performance characteristics. Consequently, performance analysts continually need to provide answers to and act based on performance-relevant concerns. To ensure a desired level of performance, software performance engineering provides a plethora of methods, techniques, and tools for measuring, modeling, and evaluating performance properties of software systems. However, the answering of performance concerns is subject to a significant semantic gap between the level on which performance concerns are formulated and the technical level on which performance evaluations are actually conducted. Performance evaluation approaches come with different strengths and limitations concerning, for example, accuracy, time-to-result, or system overhead. For the involved stakeholders, it can be an elaborate process to reasonably select, parameterize and correctly apply performance evaluation approaches, and to filter and interpret the obtained results. An additional challenge is that available performance evaluation artifacts may change over time, which requires to switch between different measurement-based and model-based performance evaluation approaches during the system evolution. At model-based analysis, the effort involved in creating performance models can also outweigh their benefits. 
To overcome the deficiencies and enable an automatic and holistic evaluation of performance throughout the software engineering life-cycle requires an approach that: (i) integrates multiple types of performance concerns and evaluation approaches, (ii) automates performance model creation, and (iii) automatically selects an evaluation methodology tailored to a specific scenario. This thesis presents a declarative approach —called Declarative Performance Engineering (DPE)— to automate performance evaluation based on a humanreadable specification of performance-related concerns. To this end, we separate the definition of performance concerns from their solution. The primary scientific contributions presented in this thesis are:

A declarative language to express performance-related concerns and a corresponding processing framework: 
We provide a language to specify performance concerns independent of a concrete performance evaluation approach. Besides the specification of functional aspects, the language allows to include non-functional tradeoffs optionally. To answer these concerns, we provide a framework architecture and a corresponding reference implementation to process performance concerns automatically. It allows to integrate arbitrary performance evaluation approaches and is accompanied by reference implementations for model-based and measurement-based performance evaluation.

Automated creation of architectural performance models from execution traces:
The creation of performance models can be subject to significant efforts outweighing the benefits of model-based performance evaluation. We provide a model extraction framework that creates architectural performance models based on execution traces, provided by monitoring tools.The framework separates the derivation of generic information from model creation routines. To derive generic information, the framework combines state-of-the-art extraction and estimation techniques. We isolate object creation routines specified in a generic model builder interface based on concepts present in multiple performance-annotated architectural modeling formalisms. To create model extraction for a novel performance modeling formalism, developers only need to write object creation routines instead of creating model extraction software from scratch when reusing the generic framework.

Automated and extensible decision support for performance evaluation approaches:
We present a methodology and tooling for the automated selection of a performance evaluation approach tailored to the user concerns and application scenario. To this end, we propose to decouple the complexity of selecting a performance evaluation approach for a given scenario by providing solution approach capability models and a generic decision engine. The proposed capability meta-model enables to describe functional and non-functional capabilities of performance evaluation approaches and tools at different granularities. In contrast to existing tree-based decision support mechanisms, the decoupling approach allows to easily update characteristics of solution approaches as well as appending new rating criteria and thereby stay abreast of evolution in performance evaluation tooling and system technologies. 

Time-to-result estimation for model-based performance prediction: 
The time required to execute a model-based analysis plays an important role in different decision processes. For example, evaluation scenarios might require the prediction results to be available in a limited period of time such that the system can be adapted in time to ensure the desired quality of service. We propose a method to estimate the time-to-result for modelbased performance prediction based on model characteristics and analysis parametrization. We learn a prediction model using performancerelevant features thatwe determined using statistical tests. We implement the approach and demonstrate its practicability by applying it to analyze a simulation-based multi-step performance evaluation approach for a representative architectural performance modeling formalism.

We validate each of the contributions based on representative case studies. The evaluation of automatic performance model extraction for two case study systems shows that the resulting models can accurately predict the performance behavior. Prediction accuracy errors are below 3% for resource utilization and mostly less than 20% for service response time. The separate evaluation of the reusability shows that the presented approach lowers the implementation efforts for automated model extraction tools by up to 91%. Based on two case studies applying measurement-based and model-based performance evaluation techniques, we demonstrate the suitability of the declarative performance engineering framework to answer multiple kinds of performance concerns customized to non-functional goals. Subsequently, we discuss reduced efforts in applying performance analyses using the integrated and automated declarative approach. Also, the evaluation of the declarative framework reviews benefits and savings integrating performance evaluation approaches into the declarative performance engineering framework. We demonstrate the applicability of the decision framework for performance evaluation approaches by applying it to depict existing decision trees. Then, we show how we can quickly adapt to the evolution of performance evaluation methods which is challenging for static tree-based decision support systems. At this, we show how to cope with the evolution of functional and non-functional capabilities of performance evaluation software and explain how to integrate new approaches. Finally, we evaluate the accuracy of the time-to-result estimation for a set of machinelearning algorithms and different training datasets. The predictions exhibit a mean percentage error below 20%, which can be further improved by including performance evaluations of the considered model into the training data. The presented contributions represent a significant step towards an integrated performance engineering process that combines the strengths of model-based and measurement-based performance evaluation. The proposed performance concern language in conjunction with the processing framework significantly reduces the complexity of applying performance evaluations for all stakeholders. Thereby it enables performance awareness throughout the software engineering life-cycle. The proposed performance concern language removes the semantic gap between the level on which performance concerns are formulated and the technical level on which performance evaluations are actually conducted by the user.
N2  - Die Performanz von Software ist von herausgehobener Relevanz für das Design, den Betrieb und die Evolution von Softwaresystemen, da sie den Geschäftserfolg stark beinflusst. Während des Softwarelebenszyklus ändern sich die Implementierung und die Art der Bereitstellung mehrfach, was jeweils das Ende-zu-Ende Verhalten bezüglich der Performanz beeinflussen kann. Folglich muss sich kontinuierlich mit Fragestellungen der Leistungsbewertung beschäftigt werden. Um performantes Verhalten sicherzustellen gibt es im “Software Performance Engineering” bereits eine Vielzahl an Methoden, Techniken und Werkzeugen um Performanzeigenschaften von Softwaresystemen zu messen, zu modellieren und zu evaluieren. Jedoch unterliegt die Beantwortung von konkreten Fragestellungen einem Missverhältnis zwischen dem einfachen Formulieren von Fragestellungen und dem sehr technischen Level auf dem die Fragen beantwortet werden. Verfahren zur Bestimmung von Performanzmetriken haben unterschiedliche Stärken und Einschränkungen, u.a. bezüglich Genauigkeit, Lösungsgeschwindigkeit oder der erzeugten Last auf dem System. Für die beteiligten Personen ist es ein nicht-trivialer Prozess ein passendes Verfahren zur Performanzevaluation auszuwählen, es sinnvoll zu parametrisieren, auszuführen, sowie die Ergebnisse zu filtern und zu interpretieren. Eine zusätzliche Herausforderung ist, dass sich die Artefakte, um die Leistung eines Systemes zu evaluieren, im zeitlichen Verlauf ändern, was einenWechsel zwischen messbasierten und modellbasierten Verfahren im Rahmen der Systemevolution nötig macht. Bei der modellbasierten Analyse kann zudem der Aufwand für die Erstellung von Performance-Modellen den Nutzen überwiegen.
Um die genannten Defizite zu überwinden und eine ganzheitliche, automatisierte Evaluierung der Leistung während des Software-Entwicklungszyklus zu erreichen ist ein Ansatz von Nöten, der: (i) unterschiedliche Arten von Performanzanliegen und Evaluationsmethoden integriert, (ii) die Erstellung von Performanzmodellen automatisiert und (iii) automatisch eine Methodik zur Evaluation zugeschnitten auf ein spezielles Analyseszenario auswählt. Diese Arbeit präsentiert einen beschreibenden Ansatz, Declarative Performance Engineering (DPE) genannt, um die Evaluation von Performanzfragestellungen basierend auf einem menschenlesbaren Spezifikation zu automatisieren.

Zu diesem Zweck trennen wir die Spezifikation von Performanzanliegen von deren Beantwortung. Die wissenschaftlichen Hauptbeiträge dieser Arbeit sind:

Eine beschreibende Sprache um performanzrelevante Fragestellungen auszudrücken und ein Framework um diese zu beantworten: 
Wir präsentieren eine Sprache, um Performanzanliegen unabhängig von der Evaluationsmethodik zu beschreiben. Neben der Spezifikation von funktionalen Aspekten können auch nicht-funktionale Abwägungsentscheidungen beschrieben werden. Um die spezifizierten Anliegen zu beantworten präsentieren wir eine Frameworkarchitektur und eine entsprechende Referenzimplementierung,um Anliegen automatisch zu beantworten. Das Framework bietet die Möglichkeit beliebige Evaluationsmethodiken zu integrieren und wird ergänzt durch Referenzimplementierungen zur messbasierten und modellbasierten Performanzevaluation.

Automatische Extraktion von architekturellen Performanzemodellen aus Messdatenzur Anwendungsperformanz:
Der signifikante Aufwand zur Erstellung von Performanzmodellen kann deren Vorteile überlagern. Wir schlagen einen Framework zur automatischen Erstellung vor, welches Modelle aus Messdaten extrahiert. Das präsentierte Framework trennt das Lernen von generischen Aspekten von Modellerstellungsroutinen. Um generische Aspekte zu lernen kombiniert unser Framework modernste Extraktionsund Schätztechniken. Wir isolieren Objekterstellungsroutinen, die in einer generischen Schnittstelle zur Modellerzeugung angegeben sind, basierend auf Konzepten die in mehreren Performanz-annotierten Architekturmodellen vorhanden sind. Um eine Modellextraktion für einen neuen Formalismus zu erstellen müssen Entwickler müssen nur die Erstellung von Objekterstellungsroutinen schreiben statt eine Modell-Extraktionssoftware von Grund auf neu zu schreiben.

Automatisierte und erweiterbare Entscheidungsunterstützung für Leistungsbewertungsansätze:
Wir präsentieren eine Methodik und Werkzeuge für die automatisierte Auswahl eines auf die Belange und Anwendungenszenarien der Benutzer zugeschnittenen Leistungsbewertungsansatzes. Zu diesem Zweck schlagen wir vor, die Komplexität der Auswahl eines Leistungsbewertungsansatzes für ein gegebenes Szenario zu entkoppeln. Dies geschieht durch Bereitstellung von Fähigkeitsmodellen für die Lösungsansätze und einen generische Entscheidungsmechanismus. Das vorgeschlagene Fähigkeits-Metamodell ermöglicht es, funktionale und nichtfunktionale Fähigkeiten von Leistungsbewertungsansätzen und Werkzeugen in verschiedenen Granularitäten zu modellieren. Im Gegensatz zu bestehenden baumbasierten Entscheidungensmechanismen ermöglicht unser Ansatz die einfache Aktualisierung von Merkmalen von Lösungsansätzen sowie das Hinzufügen neuer Bewertungskriterien und kann dadurch einfach aktuell gehalten werden.

Eine Methode zur Schätzung der Analysezeit für die modellbasierte Leistungsvorhersage:
Die Zeit, die für die Durchführung einer modellbasierten Analyse benötigt wird, spielt in verschiedenen Entscheidungsprozessen eine wichtige Rolle. Beispielsweise können Auswertungsszenarien erfordern, dass die Vorhersageergebnisse in einem begrenzten Zeitraum zur Verfügung stehen, so dass das System rechtzeitig angepasst werden kann, um die Dienstgüte sicherzustellen.Wir schlagen eine Methode vor, um die Zeit bis zum Ergebnis für modellbasierte Leistungsvorhersage basierend auf Modelleigenschaften und Analyseparametrisierung zu schätzen. Wir lernen ein Vorhersagemodell anhand von leistungsrelevanten Merkmalen, die wir mittels statistischer Tests ermittelt haben. Wir implementieren den Ansatz und demonstrieren seine Praktikabilität, indem wir ihn auf einen mehrstufiger Leistungsbewertungsansatz anwenden. Wir validieren jeden der Beiträge anhand repräsentativer Fallstudien. Die Evaluierung der Leistungsmodellextraktion für mehrere Fallstudiensysteme zeigt, dass die resultierenden Modelle das Leistungsverhalten genau vorhersagen können. Fehler bei der Vorhersagegenauigkeit liegen für die Ressourcennutzung unter 3% und meist weniger als 20% für die Service-Reaktionszeit. Die getrennte Bewertung derWiederverwendbarkeit zeigt, dass der Implementierungsaufwand zur Erstellung von Modellextraktionswerkzeugen um bis zu 91% gesenkt werden kann. 

Wir zeigen die Eignung unseres Framworks zur deklarativen Leistungsbewertung basierend auf zwei Fallstudien die mess- und model-basierte Leistungsbewertungstechniken zur Beantwortung verschiedenster Performance-Anliegen zugeschnitten auf Nutzerbedürfnisse anwenden. Anschließend diskutieren wir die Einsparungen durch den integrierten und automatisierten Ansatz. Des weiteren untersuchen wir die Vorteile der Integration vonweiteren Leistungsbewertungsansätzen in den deklarativen Ansatz.Wir demonstrieren die Anwendbarkeit unseres Entscheidungsframeworks für Leistungsbewertungsansätze, indem wir den Stand der Technik für Entscheidungsunterstützung abbilden. Anschließend zeigen wir die leichte Anpassbarkeit, was für baumbasierte Entscheidungsunterstützungssysteme eine signifikante Herausforderung darstellt. Hierbei zeigen wir wie man Änderungen funktionaler und nichtfunktionaler Fähigkeiten von Leistungsbewertungssoftware sowie neue Ansätze integriert. Abschließend bewerten wir die Genauigkeit der Zeit-zu-Ergebnis-Schätzung für eine Reihe von maschinellen Lernalgorithmen und verschiedenen Trainingsdatensätzen. Unser Vorhersagen zeigen einen mittleren prozentualen Fehler von weniger als 20%, die weiter verbessert werden können durch Berücksichtigung von Leistungsbewertungen des betrachteten Modells in den Trainingsdaten.

Die vorgestellten Beiträge sind ein bedeutender Schritt hin zu einem integrierten Performance-Engineering-Prozess, der die Stärken von modellbasierter und messbasierter Leistungsbewertung kombiniert. Die vorgeschlagene Sprache um Performanzanliegen zu spezifizieren reduziert in Verbindung mit dem Beantwortungsframework die Komplexität der Anwendung von Leistungsbewertungen für alle Beteiligten deutlich und ermöglicht dadurch ein Leistungsbewusstsein im gesamten Softwarelebenszyklus. Damit entfernt die vorgeschlagene Sprache die Diskrepanz zwischen einem einfachen Fragen bezüglich der Leistung und der sehr technische Ebene auf der Leistungsbewertungen tatsächlich ausgeführt werden.
KW  - Software
KW  - Declarative Performance Engineering
KW  - Model-based Performance Prediction
KW  - Measurement-based Analysis
KW  - Decision Support
KW  - Leistungsbewertung
KW  - Software Performance Engineering
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180904
ER  - 
TY  - THES
A1  - Letschert, Sebastian
T1  - Quantitative Analysis of Membrane Components using Super-Resolution Microscopy
T1  - Quantitative Analyse von Membrankomponenten mittels hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie
N2  - The plasma membrane is one of the most thoroughly studied and at the same time most complex, diverse, and least understood cellular structures. Its function is determined by the molecular composition as well as the spatial arrangement of its components. Even after decades of extensive membrane research and the proposal of dozens of models and theories, the structural organization of plasma membranes remains largely unknown. Modern imaging tools such as super-resolution fluorescence microscopy are one of the most efficient techniques in life sciences and are widely used to study the spatial arrangement and quantitative behavior of biomolecules in fixed and living cells. In this work, direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) was used to investigate the structural distribution of mem-brane components with virtually molecular resolution. Key issues are different preparation and staining strategies for membrane imaging as well as localization-based quantitative analyses of membrane molecules.  
An essential precondition for the spatial and quantitative analysis of membrane components is the prevention of photoswitching artifacts in reconstructed localization microscopy images. Therefore, the impact of irradiation intensity, label density and photoswitching behavior on the distribution of plasma membrane and mitochondrial membrane proteins in dSTORM images was investigated. It is demonstrated that the combination of densely labeled plasma membranes and inappropriate photoswitching rates induces artificial membrane clusters. Moreover, inhomogeneous localization distributions induced by projections of three-dimensional membrane structures such as microvilli and vesicles are prone to generate artifacts in images of biological membranes. Alternative imaging techniques and ways to prevent artifacts in single-molecule localization microscopy are presented and extensively discussed.
Another central topic addresses the spatial organization of glycosylated components covering the cell membrane. It is shown that a bioorthogonal chemical reporter system consisting of modified monosaccharide precursors and organic fluorophores can be used for specific labeling of membrane-associated glycoproteins and –lipids. The distribution of glycans was visualized by dSTORM showing a homogeneous molecule distribution on different mammalian cell lines without the presence of clusters. An absolute number of around five million glycans per cell was estimated and the results show that the combination of metabolic labeling, click chemistry, and single-molecule localization microscopy can be efficiently used to study cell surface glycoconjugates.
In a third project, dSTORM was performed to investigate low-expressing receptors on cancer cells which can act as targets in personalized immunotherapy. Primary multiple myeloma cells derived from the bone marrow of several patients were analyzed for CD19 expression as potential target for chimeric antigen receptor (CAR)-modified T cells. Depending on the patient, 60–1,600 CD19 molecules per cell were quantified and functional in vitro tests demonstrate that the threshold for CD19 CAR T recognition is below 100 CD19 molecules per target cell. Results are compared with flow cytometry data, and the important roles of efficient labeling and appropriate control experiments are discussed.
N2  - Die Plasmamembran gehört zu den am meisten untersuchten, gleichzeitig aber auch zu den komplexesten, vielfältigsten und am wenigsten verstandenen biologischen Strukturen. Ihre Funktion wird nicht nur durch die molekulare Zusammensetzung bestimmt, sondern auch durch die räumliche Anordnung ihrer Bestandteile. Selbst nach Jahrzehnten intensiver Forschung und der Veröffentlichung dutzender Membranmodelle und Theorien bleibt die genaue strukturelle Organisation der Plasmamembran ein Rätsel. Moderne Bildgebungsverfahren wie etwa die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie gehören mittlerweile zu den effizientesten Techniken der Lebenswissenschaften und werden immer öfter verwendet, um die räumliche Anordnung als auch die Anzahl von Biomolekülen in fixierten und lebenden Zellen zu studieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die hochauflösende Mikroskopie-Methode dSTORM (direct stochastic optical reconstruction microscopy) angewendet, um die räumliche Verteilung von Membranmolekülen mit annähernd molekularer Auflösung zu untersuchen. Schwerpunkte dieser Arbeit sind dabei verschiedene Präparations- und Färbemethoden für die mikroskopische Untersuchung von Zellmembranen sowie lokalisationsbasierte quantitative Analysemethoden von Membranmolekülen. 
Eine Voraussetzung für die räumliche als auch quantitative Analyse von Membranmolekülen ist die Vermeidung von Photoschalt-Artefakten in rekonstruierten Lokalisationsmikroskopie-Bildern. Um dies genauer zu demonstrieren, wurden die Auswirkungen von Anregungsintensität, Markierungsdichte und verändertem Photoschalten auf die räumliche Verteilung von Proteinen der Plasma- und Mitochondrienmembran in dSTORM-Bildern analysiert. Es wird gezeigt, dass eine dicht markierte Plasmamembran in Kombination mit ungeeigneten Photoschaltraten zu artifiziellen Clustern in der Membran führt. Es sind vor Allem oft die Projektionen dreidimensionaler Membranstrukturen wie etwa Mikrovilli und Vesikel dafür verantwortlich, dass lokale Unterschiede in der Lokalisationsdichte entstehen, wodurch unter Umständen Bildartefakte generiert werden können. Darüber hinaus werden alternative Mikroskopie-Methoden und Möglichkeiten, Artefakte in Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie-Bildern zu verhindern, präsentiert und ausführlich diskutiert. 
Ein weiteres zentrales Thema dieser Arbeit ist die räumliche Anordnung von glykosylierten Membranmolekülen. Es wird demonstriert, wie ein bioorthogonales chemisches Reportersystem bestehend aus modifizierten Monosacchariden und organischen Fluorophoren für die spezifische Markierung von Membran-assoziierten Glykoproteinen und –lipiden eingesetzt werden kann. Mittels dSTORM wird gezeigt, dass die Verteilung von Glykanen in der Plasmamembran unterschiedlicher Zelllinien homogen und frei von Clustern ist. Des Weiteren zeigt eine quantitative Analyse, dass sich in etwa fünf Millionen Glykane auf einer einzigen Zelle befinden. Die Ergebnisse demonstrieren, dass die Kombination aus metabolisch markierten Zielmolekülen, Click-Chemie und Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie effizient genutzt werden kann, um Glykokonjugate auf Zelloberflächen zu untersuchen. 
In einem dritten Projekt wurde dSTORM zur Untersuchung von Rezeptormolekülen auf Krebszellen verwendet. Die Expression dieser Oberflächenproteine ist so gering, dass sich nur wenige Moleküle auf einer Zelle befinden, die jedoch als Zielmoleküle in der personalisierten Immuntherapie dienen könnten. Dafür wurden primäre Tumorzellen aus dem Knochenmark von Patienten, die am Multiplen Myelom erkrankt sind, auf die Expression des CD19-Oberflächenproteins als potentielles Ziel für CAR-modifizierte T-Zellen (chimeric antigen receptor) untersucht. Es wird gezeigt, dass sich, abhängig vom untersuchten Patienten, auf einer Zelle 60 bis 1600 CD19-Moleküle befinden. Funktionale in-vitro-Experimente demonstrieren, dass weniger als 100 CD19 Moleküle ausreichen, um CD19-CAR-T-Zellen zu aktivieren. Diese Ergebnisse werden mit Durchflusszytometrie-Daten verglichen und die wichtige Rolle von Lebendzellfärbung und geeigneten Kontrollexperimenten wird diskutiert.
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Quantifizierung
KW  - Polysaccharide
KW  - Immuntherapie
KW  - Antigen CD19
KW  - super-resolution fluorescence microscopy
KW  - dSTORM
KW  - click chemistry
KW  - plasma membrane organization
KW  - localization microscopy
KW  - artifacts
KW  - Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Plasmamembranorganisation
KW  - Click Chemie
KW  - Glykane
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-162139
ER  - 
TY  - THES
A1  - Endres, Ralph Julian
T1  - Networks of fear: Functional connectivity of the amygdala, the insula and the anterior cingulate cortex in two subtypes of specific phobia
T1  - Netzwerke der Angst: Funktionelle Konnektivität der Amygdala, der Insula und des anterioren cingulären Cortex in zwei Subtypen der spezifischen Phobie
N2  - Neuroimaging research has highlighted the relevance of well-balanced functional brain interactions as an essential basis for efficient emotion regulation. In contrast, abnormal coupling of fear-processing regions such as the amygdala, the anterior cingulate cortex (ACC) and the insula could be an important feature of anxiety disorders. Although activity alterations of these regions have been frequently reported in specific phobia, little is known about their functional interactions during phobogenic stimulus processing.
To explore these interrelationships in two subtypes of specific phobia – i.e., the blood-injection-injury subtype and the animal subtype – functional connectivity (FC) was analyzed in three fMRI studies. Two studies examined fear processing in a dental phobia group (DP), a snake phobia group (SP) and a healthy control group (HC) during visual phobogenic stimuli presentation while a third study investigated differences between auditory and visual stimuli presentation in DP and HC. 
Due to a priori hypotheses of impaired interactions between the amygdala, the ACC and the insula, a first analysis was conducted to explore the FC within these three regions of interest. Based on emerging evidence of functionally diverse subregions, the ACC was further divided into a subgenual, pregenual and dorsal ACC and the insula was divided into a ventral-anterior, dorsal-anterior and posterior region. Additionally, an exploratory seed-to-voxel analysis using the amygdala, ACC and insula as seeds was conducted to scan for connectivity patterns across the whole brain.
The analyses revealed a negative connectivity of the ACC and the amygdala during phobogenic stimulus processing in controls. This connectivity was predominantly driven by the affective ACC subdivision. By contrast, SP was characterized by an increased mean FC between the examined regions. Interestingly, this phenomenon was specific for auditory, but not visual symptom provocation in DP. During visual stimulus presentation, however, DP exhibited further FC alterations of the ACC and the insula with pre- and orbitofrontal regions.
These findings mark the importance of balanced interactions between fear-processing regions in specific phobia, particularly of the inhibitory connectivity between the ACC and the amygdala. Theoretically, this is assumed to reflect top-down inhibition by the ACC during emotion regulation. The findings support the suggestion that SP particularly is characterized by excitatory, or missing inhibitory, (para-) limbic connectivity, reflecting an overshooting fear response based on evolutionary conserved autonomic bottom-up pathways. Some of these characteristics applied to DP as well but only under the auditory stimulation, pointing to stimulus dependency. DP was further marked by altered pre- and orbitofrontal coupling with the ACC and the insula which might represent disturbances of superordinate cognitive control on basal emotion processes. These observations strengthen the assumption that DP is predominantly based on evaluation-based fear responses.
In conclusion, the connectivity patterns found may depict an intermediate phenotype that possibly confers risks for inappropriate phobic fear responses. The findings presented could also be of clinical interest. Particularly the ACC – amygdala circuit may be used as a predictive biomarker for treatment response or as a promising target for neuroscience-focused augmentation strategies as neurofeedback or repetitive transcranial magnetic stimulation.
N2  - Neurowissenschaftliche Erkenntnisse der letzten Jahre verdeutlichten die Relevanz intakter neuronaler Netzwerke als Grundlage adäquater Emotionsregulationsmechanismen. Funktionelle Dysregulationen zwischen angstverarbeitenden Regionen wie der Amygdala, der Insula oder dem anterioren cingulären Cortex (ACC) könnten hingegen einen wichtigen pathophysiologischen Mechanismus von Angststörungen darstellen. Obwohl Aktivitätsunterschiede dieser Regionen wiederholt für spezifische Phobien beschrieben wurden, sind deren funktionelle Interaktionen während phobischer Stimulusverarbeitung kaum erforscht. 
Zur Untersuchung dieser Interaktionen in zwei Subtypen der spezifischen Phobie – dem Blut-Spritzen-Verletzungs-Typus und dem Tier-Typus – wurden im Rahmen dieser Arbeit funktionelle Konnektivitäts-Analysen (FK) anhand dreier fMRT- (funktionelle Magnetresonanztomographie) Studien durchgeführt. Zwei Studien untersuchten die neurale Verarbeitung visueller phobischer Stimuli in einer dentalphobischen Gruppe (DP), einer schlangenphobischen Gruppe (SP) sowie einer Kontrollgruppe (KG). Ergänzend verglich eine dritte Studie den Einfluss visueller und akustischer Stimuli für die DP und eine KG. 
Basierend auf der a priori-Hypothese einer veränderten FK zwischen der Amygdala, der Insula und dem ACC wurden deren spezifische Konnektivitätsmuster untersucht. Aufgrund funktionell unterschiedlicher Subregionen erfolgte eine Untergliederung des ACC in eine subgenuale, perigenuale und dorsalen Region. Analog dazu wurde die Insula in eine ventral-anteriore, dorsal-anteriore und posteriore Region unterteilt. Um darüberhinausgehender Konnektivitätsmuster über das gesamte Gehirn zu ermitteln, wurde eine abschließende Seed-to-Voxel-Analyse mit den Seeds Amygdala, Insula und ACC durchgeführt.
In der Auswertung zeigte sich eine negative FK der Amygdala und des ACC während phobischer Stimulusverarbeitung in der KG, die insbesondere auf die ventrale Division des ACC zurückzuführen war. Die phobischen Gruppen hingegen waren im Vergleich zu der Kontrollgruppe durch eine erhöhte Konnektivität der untersuchten Regionen gekennzeichnet. Dieser Effekt war bei der DP spezifisch für die akustische Stimulusmodalität. Bei visueller Stimuluspräsentation zeigten sich hingegen veränderte Konnektivitätsmuster des ACC und der Insula mit prä- und orbitofrontalen Regionen. 
Insbesondere die negative FK der Amygdala und des ACC, die theoretisch auf einer top-down-Inhibition des ACC über die Amygdala basiert, erscheint einen wichtigen Bestandteil einer effektiven emotionalen Kontrolle darzustellen. In beiden phobischen Gruppen fehlte diese Inhibition. Die erhöhte FK (para-)limbischer Konnektivität der SP könnte hingegen die verstärkte Rekrutierung autonomischer bottom-up-Prozesse als zugrundeliegendem Mechanismus der überschießenden und irrationalen Angstreaktion repräsentieren. Diese Charakteristika konnten in der DP nur für die akustische Stimulusmodalität beobachtet werden. Während der visuellen Stimuluspräsentation war die DP durch Dysregulationen prä- und orbitofrontaler Regionen gekennzeichnet, welche eine beeinträchtigte kognitive Kontrolle über grundlegende Emotionsprozesse widerspiegeln könnte. Dies entspricht der Annahme, dass die DP vor allem durch evaluationsbasierte Furchtreaktionen gekennzeichnet ist, während in der SP als Vertreter des Tier-Typus evolutionär konservierte, limbische Prozesse dominieren. 
Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse die Bedeutung funktioneller Netzwerke in der spezifischen Phobie, wobei die gefundenen Konnektivitätsmuster einen intermediären Phänotyp darstellen könnten, der möglicherweise das Risiko für das Auftreten dysfunktionaler phobischer Angstreaktionen vermittelt. Von klinischem Interesse ist vor allem die Amygdala – ACC-Vernetzung, die als prädiktiver Biomarker für das Therapieansprechen genutzt oder im Rahmen neuromodulatorischer Therapieansätze wie dem Neurofeedback oder der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation gezielt angesteuert werden könnte.
KW  - Kernspintomografie
KW  - Psychiatrie
KW  - Phobie
KW  - fMRT
KW  - Funktionelle Konnektivität
KW  - Spezifische Phobien
KW  - fMRI
KW  - Functional Connectivity
KW  - Specific Phobia
KW  - Neuroimaging
KW  - Dental Phobia
KW  - Zahnbehandlungsphobie
KW  - Angstverarbeitung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180950
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zilker, Markus
T1  - The stability of finished pharmaceutical products and drug substances beyond their labeled expiry dates
T1  - Die Stabilität von Fertigarzneimitteln und Wirkstoffen nach Ablauf des Verfalldatums
N2  - Upon approval of a drug, the stability of the API and the FPP has to be studied intensively because it determines the shelf-life. If a drug is found to be stable, the expiry date is arbitrary set to five years at the maximum, if a drug tends to undergo degradation, the expiry date is set shorter. The drug product must comply with predefined specifications in accordance with the ICH guidelines Q6A and Q6B during its entire market life. The content of the active substance is required to be within a specification of 95–105% of its labeled claim until expiry corresponding to the ICH guideline Q1A(R2). However, there is little or scattered literature information addressing the stability of drug products beyond their expiry dates. The objective of this thesis was to study and assess the long-term stability of a collection involving numerous pure drug substances and ampoules manufactured in the 20th century. The content and the impurity profile were examined by means of appropriate analytical methods, mainly using liquid chromatography. The results were compared to data being available in the literature. Assessing the stability regarding the dosage form and the affiliation of the drug class was conducted. 
The experimental studies comprise the examination of 50 drug substances manufactured 20–30 years ago and 14 long expired ampoules which were older than 40 years in the time of analysis, exceeding many times the maximum shelf life of five years. 
For investigation of the solid drug substances, pharmacopoeial methods were applied as far as possible. Indeed, results of the study showed that 44 tested substances still complied with the specification of the Ph. Eur. with regard to the content and impurity profile, even after more than two decades of storage.
For analysis of the injection solutions, HPLC-UV and HPLC-ESI/MS techniques were applied, commonly based on liquid chromatography methods of the Ph. Eur. for determination of related substances. Each method was further validated for its application to ensure accurate API quantification corresponding to ICH Q2(R1). Quite a few ampoules were identified to show surprisingly high stability. In spite of their age of 53–72 years, APIs such as caffeine, etilefrine, synephrine, metamizole sodium, furosemide, and sodium salicylate complied with the specified content that is valid nowadays, respectively. Nevertheless, typical degradation reaction, e.g. hydrolysis, oxidation, or isomerization, was observed in all remaining ampoules. Various degrees of hydrolysis were revealed for scopolamine, procaine, and adenosine triphosphate, the contents were decreased to 71%, 70%, and 15% of the declared concentrations, respectively. In the epinephrine and dipyridamole ampoules, oxidative degradation has been occurred, finding respective API contents of more or less 70%. For dihydroergotamine, excessive decomposition by epimerization was observed, resulting in an API content of 21% and degradation by isomerization was found in lobeline, still containing 64% of the labeled claim. 
In conclusion, supported by the data of the present studies and the literature, defining and authorizing a longer shelf-life may be applicable to numerous pharmaceuticals which should be considered by pharmaceutical manufacturers and regulatory authorities, if justified based on stability studies. A general extension of the shelf-lives of drug products and the abolishment or extension of the maximum shelf-life limit of five years would prevent disposing of still potent medications and save a lot of money to the entire health care system.
N2  - Bei der Zulassung eines Arzneimittels muss die Stabilität sowohl des Wirkstoffes als auch des Fertigarzneimittels umfassend untersucht werden, da dies für die Festlegung der Haltbarkeit wesentlich ist. Wenn sich herausstellt, dass ein Arzneimittel stabil ist, wird das Verfallsdatum auf höchstens fünf Jahre festgelegt. Neigt ein Arzneimittel zum Abbau, so wird ein kürzeres Verfallsdatum gewählt. Das Arzneimittel muss innerhalb der Haltbarkeitsfrist definierten Spezifikationen entsprechen, welche in den ICH-Richtlinien Q6A und Q6B festgelegt sind. Dabei muss insbesondere der Wirkstoff-Gehalt des Arzneimittels gemäß der ICH-Richtlinie Q1A(R2) innerhalb der Spezifikation von 95–105 % der deklarierten Konzentration liegen. In der Literatur gibt es jedoch wenige Informationen darüber, wie stabil Arzneimittel lange nach Ablauf des Verfallsdatums sind. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Stabilität zahlreicher Feststoffe und Ampullen, die aus einer Altarzneimittel-Sammlung stammten und während des 20. Jahrhunderts hergestellt wurden, zu untersuchen und zu bewerten. Der Gehalt und das Verunreinigungsprofil wurden mittels geeigneter instrumenteller Analyseverfahren bestimmt, wobei hauptsächlich flüssigchromatographische Methoden zur Anwendung kamen. Die Untersuchungsergebnisse wurden mit Literaturdaten verglichen und es wurde eine Beurteilung der Stabilität in Abhängigkeit von der Darreichungsform und der Zugehörigkeit zu einer Arzneistoffklasse vorgenommen.
Die experimentellen Studien umfassten die Untersuchung von 50 Feststoffen, die vor 20 bis 30 Jahren hergestellt worden waren, und 14 Alt-Ampullen, die ein Alter von mindestens 40 Jahre aufwiesen und damit die maximale Haltbarkeit von fünf Jahren um ein Vielfaches überschritten hatten. 
Zur Untersuchung der Feststoffe wurden meist Arzneibuchmethoden verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass 44 geprüfte Substanzen auch nach mehr als zwei Jahrzehnten hinsichtlich ihres Gehalts und Verunreinigungsprofils den jeweiligen Spezifikationen des Europäischen Arzneibuchs entsprachen. 
Zur Analyse der Alt Ampullen wurden HPLC-UV- und HPLC-ESI/MS-Techniken eingesetzt. Diese basierten häufig auf Arzneibuch-Methoden zur Prüfung auf verwandte Substanzen. Für die Gehaltsbestimmungen wurden entsprechend der ICH-Richtlinie Q2(R1) die erforderlichen Parameter validiert. Einige Ampullen zeigten eine überraschend hohe Stabilität des Wirkstoffs, trotz ihres Alters von 53 bis 72 Jahren. Dabei entsprachen die Wirkstoffe Koffein, Etilefrin, Synephrin, Metamizol Natrium, Furosemid und Natriumsalicylat dem heute gültigen Spezifikationsbereich von 95–105 %. Nichtsdestoweniger wurden bei einigen Ampullen typische Abbaureaktionen wie Hydrolyse, Oxidation oder Isomerisierung festgestellt. Die Hydrolyse der Arzneistoffe Scopolamin, Procain und Adenosintriphosphat führte zu verringerten Gehalten von 71 %, 70 % bzw. 15 % der jeweiligen gekennzeichneten Wirkstoffkonzentration. Die Epinephrin- und Dipyridamol-Injektionslösungen waren von oxidativem Abbau betroffen. Der Wirkstoffgehalt dieser Ampullen lag jeweils bei ca. 70 %. In der Dihydroergotamin Ampulle trat eine massive Epimerisierung auf, wobei ein Gehalt von 21 % bestimmt wurde. Aufgrund der Isomerisierung des Arzneistoffes Lobelin reduzierte sich der Wirkstoffgehalt auf 64 %.
Als Schlussfolgerung der experimentellen Studien und der verfügbaren Daten aus der Literatur sollten die pharmazeutischen Unternehmer und die Aufsichtsbehörden erwägen, die Haltbarkeitsdauer für zahlreiche Arzneimittel zu verlängern, wenn dies basierend auf Stabilitätsuntersuchungen gerechtfertigt ist. Eine generelle Ausweitung der Verwendbarkeit von Arzneimitteln sowie die Abschaffung oder Erweiterung der maximalen Haltbarkeitsdauer von fünf Jahren würde die Entsorgung noch wirksamer Medikamente verhindern und dem Gesundheitssystem viel Geld einsparen.
KW  - Stabilität
KW  - Fertigarzneimittel
KW  - Wirkstoff
KW  - Chromatographie
KW  - Chemical stability
KW  - Shelf-life
KW  - Expiry date
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180695
ER  - 
TY  - THES
A1  - Saleh, Ahmed
T1  - The emerging role of stress speckle tracking in viability world
T1  - Die aufkommende Rolle des Belastungs-Speckletrackings in der Vitalitätswelt
N2  - Introduction: Speckle-tracking echocardiography has recently emerged as a quantitative ultrasound technique for accurately evaluating myocardial function by analyzing the motion of speckles identified. Speckle-tracking obtained under stress may offer an opportunity to improve the detection of dynamic regional abnormalities and myocardial viability.
Objective: To evaluate stress speckle tracking as tool to detect myocardial viability in comparison to cardiac MRI in post-STEMI patients.
Methods: 49 patients were prospectively enrolled in our 18-month’s study. Dobutamin stress echocardiography was performed 4 days post-infarction accompanied with automated functional imaging (Speckle tracking) analysis of left ventricle during rest and then during low dose stress. All patients underwent a follow up stress echocardiography at 6 weeks with speckle tracking analysis. Cardiac MRI took place concomitantly at 4 days post-infarction and 6 weeks. We carried out an assessment of re-admission with acute coronary syndrome (ACS) after one year of enrollment.
Results: Investigating strain rate obtained with stress speckle tracking after revascularization predicted the extent of myocardial scar, determined by contrast-enhanced magnetic resonance imaging. A good correlation was found between the global strain and total infarct size (R 0.75, p< 0.001). Furthermore, a clear inverse relationship was found between the segmental strain and the transmural extent of infarction in each segment. (R -0.69, p<0.01). Meanwhile it provided 81.82% sensitivity and 82.6% specificity to detect transmural from non-transmural infarction at a cut-off value of -10.15. Global stress strain rate showed 80% sensitivity and 77.5% specificity at a cut-off value of -9.1 to predict hospital re-admission with ACS. A cut-off value of -8.4 had shown a 69.23% sensitivity and 73.5% specificity to predict the re-admission related to other cardiac symptoms.
Conclusion: Strain rate obtained from speckle tracking during stress is a novel method of detecting myocardial viability after STEMI .Moreover it carries a promising role in post-myocardial infarction risk stratification with a reasonable prediction of reversible cardiac-related hospital re-admission.
N2  - Das Strainrate  unter Belastung ist eine  effektive Methode zum Nachweis der Myokardviabilität nach STEMI. Darüber hinaus spielt es eine vielversprechende Rolle bei der Risikostratifizierung nach Myokardinfarkt mit einer vernünftigen Vorhersage einer reversiblen kardialen Krankenhaus-Wiederaufnahme.
KW  - strain rate
KW  - Speckle tracking
KW  - viability
KW  - echocardiography
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180536
N1  - Aus datenschutzrechtlichen Gründen wurde der Zugriff auf den Volltext zu diesem Dokument gesperrt. Eine inhaltlich identische neue Version ist erhältlich unter:
https://doi.org/10.25972/OPUS-22344
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lorson, Thomas
T1  - Novel Poly(2-oxazoline) Based Bioinks
T1  - Neuartige Poly(2-oxazolin) Basierte Biotinten
N2  - Motivated by the great potential which is offered by the combination of additive manufacturing and tissue engineering, a novel polymeric bioink platform based on poly(2 oxazoline)s was developed which might help to further advance the young and upcoming field of biofabrication. In the present thesis, the synthesis as well as the characteristics of several diblock copolymers consisting of POx and POzi have been investigated with a special focus on their suitability as bioinks. 
In general, the copolymerization of 2-oxazolines and 2-oxazines bearing different alkyl side chains was demonstrated to yield polymers in good agreement with the degree of polymerization aimed for and moderate to low dispersities.
For every diblock copolymer synthesized during the present study, a more or less pronounced dependency of the dynamic viscosity on temperature could be demonstrated. Diblock copolymers comprising a hydrophilic PMeOx block and a thermoresponsive PnPrOzi block showed temperature induced gelation above a degree of polymerization of 50 and a polymer concentration of 20 wt%. Such a behavior has never been described before for copolymers solely consisting of poly(cyclic imino ether)s.
Physically cross linked hydrogels based on POx b POzi copolymers exhibit reverse thermal gelation properties like described for solutions of PNiPAAm and Pluronic F127. However, by applying SANS, DLS, and SLS it could be demonstrated that the underlying gel formation mechanism is different for POx b POzi based hydrogels. It appears that polymersomes with low polydispersity are formed already at very low polymer concentrations of 6 mg/L. Increasing the polymer concentration resulted in the formation of a bicontinuous sponge like structure which might be formed due to the merger of several vesicles. For longer polymer chains a phase transition into a gyroid structure was postulated and corresponds well with the observed rheological data.
Stable hydrogels with an unusually high mechanical strength (G’ ~ 4 kPa) have been formed above TGel which could be adjusted over a range of 20 °C by changing the degree of polymerization if maintaining the symmetric polymer architecture. Variations of the chain ends revealed only a minor influence on TGel whereas the influence of the solvent should not be neglected as shown by a comparison of cell culture medium and MilliQ water.
Rotationally as well as oscillatory rheological measurements revealed a high suitability for printing as POx b POzi based hydrogels exhibit strong shear thinning behavior in combination with outstanding recovery properties after high shear stress.
Cell viability assays (WST-1) of PMeOx b PnPrOzi copolymers against NIH 3T3 fibroblasts and HaCat cells indicated that the polymers were well tolerated by the cells as no dose-dependent cytotoxicity could be observed after 24 h at non-gelling concentrations up to 100 g/L. 
In summary, copolymers consisting of POx and POzi significantly increased the accessible range of properties of POx based materials. In particular thermogelation of aqueous solutions of diblock copolymers comprising PMeOx and PnPrOzi was never described before for any copolymer consisting solely of POx or POzi. In combination with other characteristics, e.g. very good cytocompatibility at high polymer concentrations and comparably high mechanical strength, the formed hydrogels could be successfully used for 3D bioprinting. Although the results appear promising and the developed hydrogel is a serious bioink candidate, competition is tough and it remains an open question which system or systems will be used in the future.
N2  - Motiviert durch das große Potential, das die Kombination aus additiver Fertigung und künstlicher Geweberegeneration bietet, wurde eine neuartige polymerbasierte Biotintenplattform auf Basis von Poly(2 oxazolin)en entwickelt. Diese soll zukünftig dazu beitragen das noch junge, aber aufstrebende Forschungsfeld der Biofabrikation weiterzuentwickeln.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Synthese sowie die Eigenschaften von mehreren Diblock Copolymeren, bestehend aus POx und POzi, untersucht, wobei der Hauptfokus auf deren Eignung als Biotinte lag. 
Grundsätzlich konnte gezeigt werden, dass Copolymere, bestehend aus 2 Oxazolinen und 2 Oxazinen, die unterschiedliche Alkylseitenketten besitzen, synthetisiert werden können. Dabei lagen die ermittelten Polymerisationsgrade nahe am zuvor errechneten Wert. Die Polymere wiesen mittlere bis niedrigere Dispersitäten auf.
Für jedes der im Rahmen der vorliegenden Arbeit synthetisierten Diblock Copolymere konnte eine mehr oder weniger starke Abhängigkeit der dynamischen Viskosität von der Temperatur gezeigt werden. Allerdings ist es nicht möglich, aus den thermischen Eigenschaften des Bulkmaterials Rückschlüsse auf das temperaturabhängige Verhalten in Lösung zu ziehen. Diblock Copolymere mit einem hydrophilen PMeOx Block und einem thermoresponsiven PnPrOzi Block bildeten oberhalb einer Kettenlänge von 50 Einheiten und einer Polymerkonzentration von 20 Gew% ein physikalisches Gel. Solch ein Verhalten wurde bisher noch nicht für Copolymere, die ausschließlich auf POx oder seinen höheren Homologen basieren, beschrieben.
Physikalische Hydrogele, basierend auf POx b POzi Copolymeren, weisen eine umgekehrte thermische Gelierung wie auch wässrige Lösungen von PNiPAAm und Pluronic F127 auf. Allerdings konnte durch die komplementäre Verwendung von SANS, DLS und SLS gezeigt werden, dass sich der zugrundeliegende Gelbildungsmechanismus für POx b POzi basierte Hydrogele deutlich von den beiden zuvor genannten unterscheidet. Es wird davon ausgegangen, dass sich zunächst bei einer sehr geringen Polymerkonzentration von 6 mg/L Vesikel mit geringer Polydispersität ausbilden. Eine Erhöhung der Konzentration resultiert in der Ausbildung eines bikontinuierlichen Netzwerks mit schwammartiger Struktur. Dieses bildet sich vermutlich durch die Fusion mehrerer Vesikel. Des Weiteren wird für höhere Polymerisationsgrade ein Phasenübergang zu einer gyroidalen Struktur postuliert der sich sehr gut mit den gewonnenen rheologischen Daten deckt.
Stabile Hydrogele mit außergewöhnlich hoher mechanischer Stärke (G‘ ≈ 4kPa) bildeten sich oberhalb der Tgel, die über eine Temperaturspanne von 20 °C durch Änderung des Polymerisationsgrades eingestellt werden konnte. Veränderung der Kettenenden zeigten nur einen geringen Einfluss auf die TGel, wobei der Einfluss des verwendeten Lösemittels nicht unterschätzt werden sollte. Dies konnte durch den direkten Vergleich von MilliQ Wasser und Zellkulturmedium gezeigt werden.
Rheologische Untersuchungen, die sowohl im rotierenden als auch im oszillierenden Modus durchgeführt wurden, zeigten eine gute Eignung der POx b POzi basierten Hydrogele für Extrusion basierte Druckverfahren. Insbesondere aufgrund des stark ausgeprägten scherverdünnenden Verhaltens und der ausgezeichneten Strukturerholung nach hoher Scherbelastung sollten gute Druckergebnisse erzielbar sein.
Zellviabilität-Assays (WST-1) von PMeOx b PnPrOzi Copolymeren an NIH 3T3 Fibroblasten und HaCat-Zellen zeigten, dass die Polymere bei Konzentrationen von bis zu 100 g/L und Inkubationszeiten von 24 h keine dosisabhängige Zytotoxizität besitzen.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Copolymerisation von POx und POzi den verfügbaren Eigenschaftsbereich von POx basierten Materialien deutlich vergrößert hat. Insbesondere die temperaturinduzierte Gelierung von wässrigen Polymerlösungen wurde noch nie zuvor für ein anderes Copolymer auf Basis von POx und POzi beschrieben. Aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften, wozu unter anderem eine sehr gute Zytokompatibilität bei hohen Polymerkonzentrationen und eine vergleichsweise hohe mechanische Festigkeit zählen, konnten die entwickelten Hydrogele erfolgreich für den 3D Biodruck verwendet werden. Obwohl die beschriebenen Ergebnisse sehr vielversprechend sind und die entwickelte Hydrogelplattform folglich als ernstzunehmender Biotintenkandidat angesehen werden sollte, ist die Konkurrenz sehr groß und es bleibt abzuwarten, welche Tinte bzw. Tinten in Zukunft zum Einsatz kommen.
KW  - Polymere
KW  - Ringöffnungspolymerisation
KW  - Lichtstreuung
KW  - Biomaterial
KW  - 3D-Druck
KW  - Poly(2-oxazolin)e
KW  - poly(2-oxazoline)s
KW  - Biofabrikation
KW  - biofabrication
KW  - Biotinten
KW  - bioinks
KW  - Hydrogel
KW  - hydrogel
KW  - Ringöffnungspolymerisation
KW  - ring-opening polymerization
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180514
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Stennett, Tom E.
A1  - Bissinger, Philipp
A1  - Griesbeck, Stefanie
A1  - Ullrich, Stefan
A1  - Krummenacher, Ivo
A1  - Auth, Michael
A1  - Sperlich, Andreas
A1  - Stolte, Matthias
A1  - Radacki, Krzysztof
A1  - Yao, Chang-Jiang
A1  - Würthner, Frank
A1  - Steffen, Andreas
A1  - Marder, Todd B.
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Near-Infrared Quadrupolar Chromophores Combining Three-Coordinate Boron-Based Superdonor and Superacceptor Units
T2  - Angewandte Chemie, International Edition
N2  - In this work, two new quadrupolar A-π-D-π-A chromophores have been prepared featuring a strongly electron- donating diborene core and strongly electron-accepting dimesitylboryl F(BMes2) and bis(2,4,6-tris(trifluoromethyl)phenyl)boryl (BMes2) end groups. Analysis of the compounds by NMR spectroscopy, X-ray crystallography, cyclic voltammetry and UV-vis-NIR absorption and emission spectroscopy indicated that the compounds possess extended conjugated π-systems spanning their B4C8 cores. The combination of exceptionally potent π-donor (diborene) and π- acceptor (diarylboryl) groups, both based on trigonal boron, leads to very small HOMO-LUMO gaps, resulting in strong absorption in the near-IR region with maxima in THF at 840 and 1092 nm, respectively, and very high extinction coefficients of ca. 120,000 M-1cm-1. Both molecules also display weak near-IR fluorescence with small Stokes shifts.
KW  - boron
KW  - near-IR chromophores
KW  - conjugation
KW  - low-valent compounds
KW  - synthesis
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180391
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: T. E. Stennett, P. Bissinger, S. Griesbeck, S. Ullrich, I. Krummenacher, M. Auth, A. Sperlich, M. Stolte, K. Radacki, C.-J. Yao, F. Wuerthner, A. Steffen, T. B. Marder, H. Braunschweig, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 6449. , which has been published in final form at  https://doi.org/10.1002/anie.201900889. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Use of Self-Archived Versions.
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riese, Stefan
T1  - Photophysics and Spin Chemistry of Donor-Acceptor substituted Dipyrrinato-Metal-Complexes
T1  - Photophysik und Spin-Chemie in Donor-Akzeptor substituierten Dipyrrinato-Metall-Komplexen
N2  - In this thesis, the photophysics and spin chemistry of donor-photosensitizer-acceptor triads were investigated. While all investigated triads comprised a TAA as an electron donor and a NDI as an electron acceptor, the central photosensitizers (PS) were different chromophores based on the dipyrrin-motif. The purity and identity of all target compounds could be confirmed by NMR spectroscopy, mass spectrometry and elemental analysis.
The first part of the work dealt with dipyrrinato-complexes of cyclometalated heavy transition metals. The successful synthesis of novel triads based on Ir(III), Pt(II) and Pd(II) was presented. The optical and electrochemical properties indicated charge separation (CS), which was confirmed by transient absorption (TA) spectroscopy. TA-spectroscopy also revealed that the process of CS is significantly slower and less efficient for the triads based on Pt(II) and Pd(II) than for the analogous Ir(III) triads. This is mostly due to a much more convoluted reaction pathway, comprising several intermediate states before the formation of the final charge separated state (CSS2). On the other hand, CSS2 exhibits long lifetimes which are dependent on the central metal ion. While the Ir(III) triads show lifetimes of about 0.5 µs in MeCN, the Pt(II) and Pd(II) analogues show lifetimes of 1.5 µs. The magnetic field effect on the charge recombination (CR) kinetics of CSS2 was investigated by magnetic field dependent ns-TA spectroscopy and could be rationalized based on a classical kinetic scheme comprising only one magnetic field dependent rate constant k±. The behavior of k± shows a clear separation of the coherent and incoherent spin interconversion mechanisms. While the coherent spin evolution is due to the isotropic hyperfine coupling with the magnetic nuclei of the radical centers, the incoherent spin relaxation is due to a rotational modulation of the anisotropic hyperfine coupling tensor and is strongly dependent on the viscosity of the solvent. This dependence could be used to measure the nanoviscosity of the oligomeric solvent pTHF, which was found to be distinctly different from its macroviscosity.
The second part of the work dealt with bisdipyrrinato complexes and their bridged porphodimethenato (PDM) analogues. Initially, the suitability of the different chromophores for the use as PS in donor-acceptor substituted triads was tested by a systematic investigation of their steady state and transient properties. While the PDM-complex of Zn(II) and Pd(II) exhibited promising characteristics such as a high exited state lifetime and relatively intense emission, the purely organic parent PDM and the non-bridged bisdipyrrinato-Pd(II) complex were less suitable. The difference between the two Pd(II) complexes could be explained by a structural rearrangement of the non-bridged complex which results in a non-emissive metal centered triplet state with disphenoidal geometry. This rearrangement is prevented by the dimethylmethylene-bridges in the bridged analogue resulting in higher phosphorescence quantum yields and excited state lifetimes.
With the exception of the Zn(II)PDM-complex, the synthesis of novel donor acceptor substituted triads could be realized for all desired central chromophores. They were investigated equivalently to the cyclometalated triads described in the first part. The steady state properties indicate a stronger electronic coupling between the subunits due to the lack of unsaturated bridges between the donor and the central chromophore. Photoinduced CS occurs in all investigated triads. Due to the low exited state lifetimes of the central chromophores, CSS is formed less efficiently for the triads based on the unbridged Pd(II)-complex as well as the purely organic PDM. In the triad based on the bridged Pd(II) complex, the CR of CSS2 is faster than its formation resulting in low intermediate concentrations. For its elongated analogue, this is not the case and CSS2 can be observed clearly. Although the spin-chemistry of the triads based on bisdipyrrinato-Pd(II) and porphodimethenato-Pd(II) is less well understood, first interpretations of the magnetic field dependent decay kinetics gave results approximately equivalent to those obtained for the cyclometalated triads. Furthermore, the MFE was shown to be useful for the investigation of the quantum yield of CS and the identity of the observed CSSs.
In both parts of this work, the influence of the central photosensitizer on the photophysics and the spin chemistry of the triads could be shown. While the process of CS is directly dependent on the PS, the PS usually is not directly involved in the final CSSs. None the less, it can still indirectly affect the CR and spin chemistry of the CSS since it influences the electronic coupling between donor and acceptor, as well as the geometry of the triads.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurden die Photophysik und Spinchemie von Donor-Photosensibilisator-Akzeptor-Triaden untersucht. In allen untersuchten Triaden wurden Triarylamin (TAA) bzw. Naphthalindiimid (NDI) als Elektronen-Donor bzw. -Akzeptor verwendet. Der zentrale Photosensibilisator (PS) hingegen wurde variiert, behielt allerdings das Dipyrrin-Chromophor als gemeinsames Strukturmotiv bei. Alle Zielverbindungen wurden mittels NMR-Spektroskopie, Massenspektrometrie und Elementaranalyse auf Identität und Reinheit geprüft.
Der erste Abschnitt der Arbeit beschäftigte sich mit cyclometallierten Dipyrrinato-Komplexen schwererer Übergangsmetalle. Die erfolgreiche Synthese von neuartigen Triaden mit Ir(III)-, Pt(II)- und Pd(II)- Zentralionen wurde beschrieben. Die optischen und elektrochemischen Eigenschaften der Verbindungen deuteten auf das Auftreten von Ladungstrennung hin was mit Hilfe transienter Absorptionsspektroskopie (TA) bewiesen werden konnte. Weiterhin ergab die Untersuchung der Stoffe, dass die Ladungstrennung in den Triaden mit Pd(II) und Pt(II) als Zentralion wesentlich langsamer und weniger effizient abläuft als in den analogen Verbindungen mit Ir(III) als Zentralion. Der resultierende ladungsgetrennte Zustand (CSS2) weist eine hohe Lebenszeit auf, welche vom Zentralatom abhängt. Für Ir(III) beträgt diese ungefähr 0.5 µs, während sie für Pt(II) und Pd(II) auf ca. 1.5 µs ansteigt. Der Einfluss eines externen Magnetfeldes auf die Kinetik der Ladungsrekombination (CR) wurde mittels magnetfeldabhängiger ns-TA-Spektroskopie untersucht. Der auftretende Magnetfeldeffekt (MFE) konnte mit Hilfe eines klassischen Modells auf eine einzige magnetfeldabhängige Geschwindigkeitskonstante k± zurückgeführt werden. Der Verlauf von k± zeigt eine deutliche Trennung der kohärenten und inkohärenten Spin-Flip-Mechanismen. Während die kohärente Spin-Umwandlung auf die isotrope Hyperfeinkopplung mit den magnetischen Nuklei der Radikalzentren zurückgeht, wird die inkohärente Spin Relaxation durch die Rotationsmodulation des anisotropen Hyperfeinkopplung-Tensors hervorgerufen und ist daher stark abhängig von der Viskosität des Lösungsmittels. Dieser Umstand wurde dazu genutzt die Nanoviskosität des polymeren Lösungsmittels pTHF zu messen, welche stark von der angegebenen Makroviskosität abweicht.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden zunächst mehrere Bisdipyrrinato-Metall-Komplexe sowie ihre verbrückten Porphodimethenato (PDM)-Analoga hinsichtlich ihrer Eignung als PS in Donor-Akzeptor-substituierten Triaden getestet. Während die verbrückten Zn(II)- und Pd(II)-Komplexe vielversprechende Eigenschaften wie langlebige angeregte Zustände und relativ intensive Emission aufweisen, erscheinen der unverbrückte Pd(II)-Komplex sowie der nicht komplexierte PDM-Ligand weniger geeignet. Der große Unterschied zwischen den beiden augenscheinlich ähnlichen Pd(II)-Komplexen ist auf eine strukturelle Reorganisation der Geometrie des unverbrückten Komplexes zurück zu führen. Diese resultiert in einem Metall-zentrierten Triplet-Zustand mit bisphenoidaler Geometrie, welcher schnell und strahlungslos in den Grundzustand übergeht. Im verbrückten Komplex hingegen verhindern die Dimethylmethylen-Brücken zwischen den beiden Dipyrrin-Chromophoren die strukturelle Umordnung und erhöhen daher die Lebenszeit und Quantenausbeute der Phosphoreszenz.
Mit Ausnahme des Zn(II)-PDM-Komplexes konnten für alle geeigneten PS die entsprechenden Donor-Akzeptor substituierten Triaden synthetisiert werden. Diese wurden mit den bereits für die cyclometallierten Triaden beschriebenen Methoden untersucht. Da keine ungesättigte Verbindung zwischen Donor und PS vorhanden ist, sind die elektronischen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Untereinheiten nicht vernachlässigbar. In allen untersuchten Triaden konnte photo-induzierte Ladungstrennung (CS) nachgewiesen werden. Diese ist weniger effizient für Photosensibilisatoren in welchen der angeregte Zustand eine kurze Lebenszeit aufweist. Während für die Triade mit dem verbrückten Pd(II)-PDM-Komplex als PS, die CR von CSS2 schneller ist als seine Bildung, ist die Lebensdauer von CSS2 im verlängerten Anlog deutlich höher und CSS2 kann klar nachgewiesen werden. Obwohl die Spin-Chemie der Bisdipyrrinato- und Porphodimethenato-Triaden weniger gut untersucht wurden, ergab die Analyse der durchgeführten Magnetfeld-abhängigen Messung der CR-Kinetik Ergebnisse, die gut mit den Befunden für die cyclometallierten Triaden übereinstimmen. 
In beiden Teilen dieser Arbeit konnte der Einfluss des Photosensibilisators auf die Photophysik und Spin-Chemie der Triaden gezeigt werden. Während die CS direkt vom PS abhängt, ist dieser normalerweise nicht direkt am finalen CSS beteiligt. Dennoch kann der PS die CR und Spin-Chemie des ladungsgetrennten Zustandes indirekt beeinflussen, da er die elektronische Wechselwirkung zwischen Donor und Akzeptor sowie die Struktur der Triaden bestimmt.
KW  - Charge-transfer-Komplexe
KW  - Ladungstrennung
KW  - Lichtabsorption
KW  - Spin-chemistry
KW  - magnetic field effect
KW  - transient absorption
KW  - charge separation
KW  - charge recombination
KW  - radical ion pair
KW  - isotropic hyper fine coupling
KW  - spin relaxation
KW  - structural restriction
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180228
ER  - 
TY  - THES
A1  - Simon, Katja
T1  - Identifying the role of Myb-MuvB in gene expression and proliferation of lung cancer cells
T1  - Identifizierung der Rolle des Myb-MuvB in der Genexpression und der Proliferation von Lungenkrebszellen
N2  - The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a transcriptional master regulator of mitotic gene expression. The MMB subunits B-MYB, FOXM1 as well as target genes of MMB are often overexpressed in different cancer types. Elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis for patients. Furthermore, it has been reported that pathways, which are involved in regulating the mitotic machinery are attractive for a potential treatment of cancers harbouring Ras mutations (Luo et al., 2009). 
This suggest that the MMB complex could be required for tumorigenesis by mediating overactivity of mitotic genes and that the MMB could be a useful target for lung cancer treatment. However, although MMB has been characterized biochemically, the contribution of MMB to tumorigenesis is largely unknown in particular in vivo. 
In this thesis, it was demonstrated that the MMB complex is required for lung tumorigenesis in vivo in a mouse model of non small cell lung cancer. Elevated levels of B-MYB, NUSAP1 or CENPF in advanced tumors as opposed to low levels of these proteins levels in grade 1 or 2 tumors support the possible contribution of MMB to lung tumorigenesis and the oncogenic potential of B-MYB.The tumor growth promoting function of B-MYB was illustrated by a lower fraction of KI-67 positive cells in vivo and a significantly high impairment in proliferation after loss of B-Myb in vitro. Defects in cytokinesis and an abnormal cell cycle profile after loss of B-Myb underscore the impact of B-MYB on proliferation of lung cancer cell lines. The incomplete recombination of B-Myb in murine lung tumors and in the tumor derived primary cell lines illustrates the selection pressure against the complete loss of B-Myb and further demonstrats that B-Myb is a tumor-essential gene. In the last part of this thesis, the contribution of MMB to the proliferation of human lung cancer cells was demonstrated by the RNAi-mediated depletion of B-Myb. Detection of elevated B-MYB levels in human adenocarcinoma and a reduced proliferation, cytokinesis defects and abnormal cell cycle profile after loss of B-MYB in human lung cancer cell lines underlines the potential of B-MYB to serve as a clinical marker.
N2  - Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex ist ein transkriptionaler Meisterregulator der mitotischen Genexpression. Die MMB Untereinheiten B-MYB, FOXM1 und ihre Zielgene sind oft überexprimiert in verschiedenen Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer schlechten Prognose für Patienten. Außerdem wurde berichtet, dass Signalwege, die die Mitosemaschinerie betreffen, reizvoll sind als mögliches Target für die Behandlung von Ras mutierten Krebsarten (Lao et al., 2009). 
Dies weißt auf darauf hin, dass der MMB Komplex an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte, indem er die Überexpression mitotischer Gene fördert und damit ein geeignetes Target zur Behandlung von Krebs darstellen könnte. Obwohl der MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Beteiligung des MMB an der Tumorgenese weitestgehend unbekannt speziell in vivo. 
In dieser Doktorarbeit wurde anhand eines NSCLC Mausmodells gezeigt, dass der MMB für die Lungentumorgenese in vivo erforderlich ist. Erhöhte Level von B-MYB, NUSAP1 oder CENPF in fortgeschrittenen Tumoren und im Gegenzug niedrigen Leveln in Grad 1 und 2 Tumoren unterstreichen die mögliche Beteiligung des MMB an der Lungentumorgenese und das onkogene Potential von B-MYB. Die Tumorwachstum-fördernde Funktion von B-MYB wurde veranschaulicht durch eine geringere Anzahl an KI-67 positiven Zellen in vivo und einem signifikant hohen Beeinträchtigung der Proliferation nach dem Verlust von B-MYB in vitro. Defekte in der Zytokinese und ein abnormales Zellzyklusprofil nach dem Verlust von B-MYB heben den Einfluss von B-Myb auf die Proliferation von Lungenkrebszelllinien hervor. Die unvollständige Rekombination von B-Myb in murinen Lungentumoren und den daraus hergestellten primären Tumorzelllinien veranschaulichen den Selektionsdruck auf den kompletten Verlust von B-MYB und zeigen zusätzlich, dass B-MYB ein für den Tumor essentielles Gen ist. Im letzten Teil der Doktorarbeit konnte die Beteiligung des MMB auf die Proliferation auf Lungenkrebszellen gezeigt werden durch den Verlust von B-MYB durch RNAi-Interferenz (RNAi). Detektion erhöhter B-Myb Level in humanen Adenokarzinomen und eine verminderte Proliferation, Zytokinese-Defekte und ein abnormales Zellzyklusprofil nach B-MYB Verlust in humanen Lungenkrebszelllinien unterstreichen das Potential von B-MYB als klinischer Marker zu fungieren.
KW  - Lungenkrebs
KW  - MMB
KW  - B-MYB
KW  - K-RAS
KW  - lung cancer
KW  - Mitose
KW  - Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161814
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heck, Johannes
T1  - Role of cyclase-associated protein 2 in platelet function and description of an inherited macrothrombocytopenia
T1  - Rolle von cyclase-associated protein 2 in der Thrombozytenfunktion und Beschreibung einer erblich bedingten Makrothrombozytopenie
N2  - Cyclase-associated protein (CAP)2 is an evolutionarily highly conserved actin-binding protein implicated in striated muscle development, carcinogenesis, and wound healing in mammals. To date, the presence as well as the putative role(s) of CAP2 in platelets, however, remain unknown. Therefore, mice constitutively lacking CAP2 (Cap2gt/gt mice) were examined for platelet function. These studies confirmed the presence of both mammalian CAP isoforms, CAP1 and CAP2, in platelets. CAP2-deficient platelets were slightly larger than WT controls and displayed increased GPIIbIIIa activation and P-selectin recruitment in response to the (hem)ITAM-specific agonists collagen-related peptide and rhodocytin. However, spreading of CAP2-deficient platelets on a fibrinogen matrix was unaltered. In conclusion, the functionally redundant CAP1 isoform may compensate for the lack of CAP2 in murine platelets. Moreover, the studies presented in this thesis unveiled a severe macrothrombocytopenia that occurred independently of the targeted Cap2 allele and which was preliminarily termed orphan (orph). Crossing of the respective mice to C57BL/6J wild-type animals revealed an autosomal recessive inheritance. Orph mice were anemic and developed splenomegaly as well as BM fibrosis, suggesting a general hematopoietic defect. Strikingly, BM MKs of orph mice demonstrated an aberrant morphology and appeared to release platelets ectopically into the BM cavity, thus pointing to defective thrombopoiesis as cause for the low platelet counts. Orph platelets exhibited marked activation defects and spread poorly on fibrinogen. The unaltered protein content strongly suggested a defective alpha-granule release to account for the observed hyporesponsiveness. In addition, the cytoskeleton of orph platelets was characterized by disorganized microtubules and accumulations of filamentous actin. However, further experiments are required to elucidate the activation defects and cytoskeletal abnormalities in orph platelets. Above all, the gene mutation responsible for the phenotype of orph mice needs to be determined by next-generation sequencing in order to shed light on the underlying genetic and mechanistic cause.
N2  - Cyclase-associated protein 2 (CAP)2 ist ein evolutionär hoch konserviertes Aktin-bindendes Protein, welches in der Entwicklung der quergestreiften Muskulatur, der Krebsentstehung und der Wundheilung von Säugetieren eine Rolle spielt. Bis heute sind jedoch das Vorhandensein sowie die mutmaßliche(n) Funktion(en) von CAP2 in Thrombozyten unbekannt. Aus diesem Grund wurden Mäuse, denen konstitutiv CAP2 fehlt (Cap2gt/gt-Mäuse), im Hinblick auf ihre Thrombozytenfunktion untersucht. Diese Untersuchungen bestätigten die Anwesenheit beider Säugetierisoforme von CAP, CAP1 und CAP2, in Thrombozyten. CAP2-defiziente Thrombozyten waren geringfügig größer als WT-Kontrollen und zeigten eine erhöhte GPIIbIIIa-Aktivierung und P-Selektin-Rekrutierung nach Stimulation durch die (hem)ITAM-spezifischen Agonisten collagen-related peptide und Rhodozytin. Demgegenüber verlief die Adhäsion (sog. spreading) CAP2-defizienter Thrombozyten auf einer Fibrinogen-Matrix unverändert. Dies legt den Schluss nahe, dass die funktionell redundante CAP1-Isoform in der Lage ist, den Mangel an CAP2 in Mäusethrombozyten zu kompensieren. Darüber hinaus offenbarten die in dieser Dissertation präsentierten Untersuchungen eine schwere Makrothrombozytopenie, welche unabhängig von dem veränderten Cap2-Allel auftrat und welche vorläufig als orphan (orph) bezeichnet wurde. Das Kreuzen der entsprechenden Mäuse mit C57BL/6J-Wildtyp-Tieren enthüllte einen autosomal rezessiven Erbgang. Orph-Mäuse waren anämisch und entwickelten eine Milzvergrößerung sowie eine Knochenmarkfibrose, was einen generellen hämatopoetischen Defekt nahelegte. Bemerkenswerterweise waren Knochenmarksmegakaryozten von orph-Mäusen morphologisch auffällig und gaben allem Anschein nach Thrombozyten ektop in das Knochenmarkstroma ab, was auf eine defekte Thrombopoese als Ursache für die niedrigen Thrombozytenzahlen hindeutet. Orph-Thrombozyten zeigten ausgesprochene Aktivierungsdefekte und adhärierten kaum auf Fibrinogen. Der unveränderte Gehalt an Proteinen lenkte den Verdacht auf eine defekte Exozytose von Alpha-Granula als Ursache der Mindererregbarkeit. Des Weiteren war das Zytoskelett von orph-Thrombozyten durch unorganisierte Mikrotubuli und Akkumulationen von filamentösem Aktin charakterisiert. Weitere Experimente sind jedoch notwendig, um die Aktivierungsdefekte und die Zytoskelettveränderungen aufzuklären. Vor allem aber muss die Genmutation, welche für den Phänotyp der orph-Mäuse verantwortlich ist, mittels Sequenziermethoden der nächsten Generation (next-generation sequencing) aufgeklärt werden um Aufschluss über die zugrunde liegende genetische und mechanistische Ursache zu geben.
KW  - Thrombozyt
KW  - Actin
KW  - Actin-bindende Proteine
KW  - Thrombozytopenie
KW  - platelets
KW  - actin cytoskeleton
KW  - actin-binding proteins
KW  - cyclase-associated protein
KW  - cyclase-associated protein 2
KW  - inherited macrothrombocytopenia
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179968
ER  - 
TY  - THES
A1  - Awad, Eman Da'as
T1  - Modulation of insulin-induced genotoxicity in vitro and genomic damage in gestational diabetes
T1  - Modulation der Insulin-induzierten Genotoxizität in vitro und Genomschäden bei Frauen mit Gestationsdiabetes
N2  - Diabetes mellitus is a global health problem, where the risk of diabetes increases rapidly
due to the lifestyle changes. Patients with type II diabetes have many complications
with increased risk of morbidity and mortality. High levels of insulin may lead to DNA
oxidation and damage. Several studies proposed that hyperinsulinemia may be an
important risk factor for various types of cancer. To investigate insulin signaling
pathway inducing oxidative stress and genomic damage, pharmaceutical and natural
compounds which can interfere with the insulin pathway including PI3K inhibitors,
resveratrol, lovastatin, and RAD-001 were selected due to their beneficial effects
against metabolic disorder. Thus, the anti-genotoxic potential of these compounds
regarding insulin-mediated oxidative stress were investigated in normal rat kidney cells
in vitro. Our compounds showed protective effect against genotoxic damage and
significantly decreased reactive oxygen specious after treatment of cells with insulin
with different mechanisms of protection between the compounds. Thus, these
compounds may be attractive candidates for future support of diabetes mellitus therapy.
Next, we explored the link between gestational diabetes mellitus and genomic damage
in cells derived from human blood. Moreover, we investigated the influence of
estradiol, progesterone, adrenaline and triiodothyronine on insulin-induced genomic
damage in vitro. First, we studied the effect of these hormones in human promyelocytic
leukemia cells and next ex vivo with non-stimulated and stimulated peripheral blood
mononuclear cells. In parallel, we also measured the basal genomic damage using three
conditions (whole blood, non-stimulated and stimulated peripheral blood mononuclear
cells) in a small patient study including non-pregnant controls with/without hormonal
contraceptives, with a subgroup of obese women, pregnant women, and gestational
diabetes affected women. A second-time point after delivery was also applied for
analysis of the blood samples. Our results showed that GDM subjects and obese
individuals exhibited higher basal DNA damage compared to lower weight nonpregnant
or healthy pregnant women in stimulated peripheral blood mononuclear cells
in both comet and micronucleus assays. On the other hand, the DNA damage in GDM
women had decreased at two months after birth. Moreover, the applied hormones also
showed an influence in vitro in the enhancement of the genomic damage in cells of the control and pregnant groups but this damage did not exceed the damage which existed
in obese and gestational diabetes mellitus patients with high level of genomic damage.
In conclusion, insulin can induce genomic damage in cultured cells, which can be
modulated by pharmaceutical and naturals substances. This may be for future use in the
protection of diabetic patients, who suffer from hyperinsulinemia during certain disease
stages. A particular form of diabetes, GDM, was shown to lead to elevated DNA
damage in affected women, which is reduced again after delivery. Cells of affected
women do not show an enhanced, but rather a reduced sensitivity for further DNA
damage induction by hormonal treatment in vitro. A potential reason may be an
existence of a maximally inducible damage by hormonal influences.
N2  - Diabetes mellitus stellt eine globales Gesundheitsproblem dar, das aufgrund der sich
ändernden Lebensführung rapide ansteigt. Bei Patienten mit Diabetes Typ II kommt es
verstärkt zu Komplikationen, was eine erhöhte Morbidität und Mortalität zur Folge hat.
Ein hoher Insulinspiegel kann zur DNA-Oxidation und damit zu DNA-Schäden führen.
Diverse Studien postulieren, dass Hyperinsulinämie ein entscheidender Risikofaktor
für verschiedene Krebserkrankungen darstellt. Zur Untersuchung des Insulin-
Signaltransduktionsweg, über den oxidativer Stress und daraus resultierender
Genomschäden induziert werden, wurden aus diversen Pharmazeutika und
Naturstoffen, welche den Insulin-Signalweg beeinträchtigen, PI3K Inhibitoren,
Resveratrol, Lovastatin und RAD-001 aufgrund ihrer positiven Effekte bei
Stoffwechselerkrankungen, ausgewählt.
Mit diesen Verbindungen wurde die anti-Genotoxizität (Schutzwirkung) hinsichtlich
des durch Insulin induzierten oxidativen Stresses und Genomschadens in einer
primären Nierenzelllinie der Ratte in vitro untersucht.
Unsere Ergebnisse zeigten protektive Effekte der ausgewählten Substanzen hinsichtlich
genotoxischer Schäden sowie einen signifikanten Rückgang reaktiver
Sauerstoffspezies bei insulinbehandelten Zellen, wobei der Wirkmechanismus
zwischen den Substanzen jedoch unterschiedlich war. Somit handelt es sich bei den
untersuchten Stoffen um äußerst interessante Verbindungen, die in der Zukunft
Diabetes mellitus Therapien unterstützen könnten.
Außerdem untersuchten wir den Zusammenhang zwischen Schwangerschaftsdiabetes
und Genomschäden in humanen Blutzellen. Dafür verwendeten wir neben humanen
HL-60 Zellen nicht stimulierte sowie mit Hilfe von Phytohemagglutinin (PHA) zur
Aufnahme des Zellzyklus stimulierte periphere mononukleäre Blutzellen von gesunden
sowie von Gestationsdiabetes betroffenen Probandinnen. Wir analysierten zunächst
den Einfluss von Östradiol, Progesteron, Adrenalin und Triiodthyronin auf den
Genomschaden dieser Zellen in vitro.. Parallel dazu bestimmten wir in die basalen
Genomschäden im Vollblut, in nicht stimulierten sowie in PHA-stimulierten peripheren
mononukleären Blutzellen. Diese Studie schloss nicht-schwangere Frauen mit bzw.
ohne Einnahme hormoneller Kontrazeptiva sowie je eine Subgruppen mit
übergewichtigen Frauen, gesunden schwangeren Frauen und Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes ein. Bei Schwangeren wurde einige Zeit nach der
Entbindung eine zweite Blutuntersuchung durchgeführt. Wir konnten zeigen, dass
Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes sowie übergewichtige Frauen im Vergleich zu
normalgewichtigen, nicht-schwangeren Frauen sowie gesunden schwangeren Frauen
mehr basale DNA-Schäden sowohl im Comet-Assay als auch im Mikrokern-Test in
stimulierten peripheren mononuklearen Zellen aufweisen. Des Weiteren sanken die
DNA-Schäden bei Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes zwei Monate nach der Geburt.
Darüber hinaus verstärkten die verwendeten Hormone in vitro die zellulären
Genomschäden, jedoch überstiegen sie nicht die größere Menge an DNA-Schäden,
welche bei übergewichtigen Frauen bzw. Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes
nachgewiesenen wurden.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Insulin Zellschäden in vitro induzieren
kann, die jedoch durch Pharmazeutika und Naturstoffen reguliert werden können. Diese
Erkenntnis könnte zukünftig Diabetespatienten helfen, die an Hyperinsulinämie leiden.
Schwangerschaftsdiabetes, eine besondere Form des Diabetes, führt zu erhöhten DNASchäden
bei betroffenen Frauen, die sich nach der Geburt jedoch wieder verringern.
Die Zellen betroffener Frauen zeigen keine erhöhte, sondern vielmehr eine verminderte
Sensitivität für weiteren DNA-Schäden durch hormonelle Behandlung in vitro. Eine
mögliche Erklärung dafür könnte sein, dass eine maximal induzierbare Zahl an DNASchäden,
die durch hormonelle Einflüsse bzw. daraus resultierenden Aktivierungen von
Signalkaskaden hervorgerufen werden können, existiert.
KW  - Gestationsdiabetes
KW  - DNA-Schäden
KW  - Insulin
KW  - Gestational diabetes
KW  - DNA damage
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161866
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Bundschuh, Ralph A.
A1  - Bundschuh, Lena
A1  - Fanti, Stefano
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Higuchi, Takahiro
A1  - Weich, A.
A1  - Pienta, Kenneth J.
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Pomper, Martin G.
A1  - Gorin, Michael A.
A1  - Herrmann, Ken
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Rowe, Steven P.
T1  - Novel Structured Reporting Systems for Theranostic Radiotracers
T2  - Journal of Nuclear Medicine
N2  - Standardized reporting is more and more routinely implemented in clinical practice and such structured reports have a major impact on a large variety of medical fields, e.g. laboratory medicine, pathology, and, recently, radiology. Notably, the field of nuclear medicine is constantly evolving, as novel radiotracers for numerous clinical applications are developed. Thus, framework systems for standardized reporting in this field may a) increase clinical acceptance of new radiotracers, b) allow for inter- and intra-center comparisons for quality assurance, and c) may be used in (global) multi-center studies to ensure comparable results and enable efficient data abstraction. In the last two years, several standardized framework systems for positron emission tomography (PET) radiotracers with potential theranostic applications have been proposed. These include systems for prostate-specific membrane antigen (PSMA)-targeted PET agents for the diagnosis and treatment of prostate cancer (PCa) and somatostatin receptor (SSTR)-targeted PET agents for the diagnosis and treatment of neuroendocrine neoplasias. In the present review, those standardized framework systems for PSMA- and SSTR-targeted PET will be briefly introduced followed by an overview of their advantages and limitations. In addition, potential applications will be defined, approaches to validate such concepts will be proposed, and future perspectives will be discussed.
KW  - standardized reporting
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - prostate cancer
KW  - neuroendocrine neoplasia
KW  - 68Ga-DOTATATE
KW  - 68Ga-DOTATOC
KW  - 68Ga-DOTANOC
KW  - somatostatin receptor
KW  - SSTR
KW  - prostate-specific membrane antigen
KW  - PSMA
KW  - RADS
KW  - PSMA-RADS
KW  - SSTR-RADS
KW  - MI-RADS
KW  - PROMISE
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-174629
SN  - 0161-5505
N1  - This research was originally published in JNM. Authors: Rudolf A. Werner, Ralph A. Bundschuh, Lena Bundschuh, Stefano Fanti, Mehrbod S. Javadi, Takahiro Higuchi, A. Weich, Kenneth J. Pienta, Andreas K. Buck, Martin G. Pomper, Michael A. Gorin, Ken Herrmann, Constantin Lapa, Steven P. Rowe. Novel Structured Reporting Systems for Theranostic Radiotracers. J Nucl Med May 1, 2019 vol. 60 no. 5 577-584 © SNMMI.
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kreter, Michael
T1  - Targeting the mystery of extragalactic neutrino sources - A Multi-Messenger Window to the Extreme Universe -
T1  - Auf der Jagd nach extragalaktischen Neutrino Punktquellen - Ein Multi-Messenger Fenster in das Hochenergie-Universum -
N2  - Active Galactic Nuclei (AGNs) are among the most powerful and most intensively studied objects in the Universe. AGNs harbor a mass accreting supermassive black hole (SMBH) in their center and emit radiation throughout the entire electromagnetic spectrum. About 10% show relativistic particle outflows, perpendicular to the so-called accretion disk, which are known as jets. Blazars, a subclass of AGN with jet orientations close to the line-of-sight of the observer, are highly variable sources from radio to TeV energies and dominate the γ- ray sky. The overall observed broadband emission of blazars is characterized by two distinct emission humps. While the low-energy hump is well described by synchrotron radiation of relativistic electrons, both leptonic processes such as inverse Compton scattering and hadronic processes such as pion-photoproduction can explain the radiation measured in the high-energy hump. Neutrinos, neutral, nearly massless particles, which only couple to the weak force 1 are exclusively produced in hadronic interactions of protons accelerated to relativistic energies. The detection of a high-energy neutrino from an AGN would provide an irrefutable proof of hadronic processes happening in jets. Recently, the IceCube neutrino observatory, located at the South Pole with a total instrumented volume of about one km 3 , provided evidence for a diffuse high-energy neutrino flux. Since the atmospheric neutrino spectrum falls steeply with energy, individual events with the clearest signature of coming from an extraterrestrial origin are those at the highest energies. These events are uniformly distributed over the entire sky and are therefore most likely of extragalactic nature. While the neutrino event (known as “BigBird”) with a reconstructed energy of ∼ 2 PeV has already been detected in temporal and spatial agreement with a single blazar in an active phase, still, the chance coincidence for such an association is only on the order of ∼ 5%. The neutrino flux at these high energies is low, so that even the brightest blazars only yield a Poisson probability clearly below unity. Such a small probability is in agreement with the observed all-sky neutrino flux otherwise, the sky would already be populated with numerous confirmed neutrino point sources. In neutrino detectors, events are typically detected in two different signatures 2 . So-called shower-like electron neutrino events produce a large particle cascade, which leads to a pre- cise energy measurement, but causes a large angular uncertainty. Track-like muon neutrino events, however, only produce a single trace in the detector, leading to a precise localization but poor energy reconstruction. The “BigBird” event was a shower-like neutrino event, tem- porally coincident with an activity phase of the blazar PKS 1424−418, lasting several months. Shower-like neutrino events typically lead to an angular resolution of ∼ 10 ◦ , while track-like events show a localization uncertainty of only ∼ 1 ◦ . Considering the potential detection of a track-like neutrino event in agreement with an activity phase of a single blazar lasting only days would significantly decrease the chance coincidence of such an association. In this thesis, a sample of bright blazars, continuously monitored by Fermi/LAT in the MeV to GeV regime, is considered as potential neutrino candidates. I studied the maximum possible neutrino ex- pectation of short-term blazar flares with durations of days to weeks, based on a calorimetric argumentation. I found that the calorimetric neutrino output of most short-term blazar flares is too small to lead to a substantial neutrino detection. However, for the most extreme flares, Poisson probabilities of up to ∼ 2% are reached, so that the possibility of associated neutrino detections in future data unblindings of IceCube and KM3NeT seems reasonable. On 22 September 2017, IceCube detected the first track-like neutrino event (named IceCube- 170922A) coincident with a single blazar in an active phase. From that time on, the BL Lac object TXS 0506+056 was subject of an enormous multiwavelength campaign, revealing an en- hanced flux state at the time of the neutrino arrival throughout several different wavelengths. In this thesis, I first studied the long-term flaring behavior of TXS 0506+056, using more than nine years of Fermi/LAT data. I found that the activity phase in the MeV to GeV regime already started in early 2017, months before the arrival of IceCube-170922A. I performed a calorimetric analysis on a 3-day period around the neutrino arrival time and found no sub- stantial neutrino expectation from such a short time range. By computing the calorimetric neutrino prediction for the entire activity phase of TXS 0506+056 since early 2017, a possible association seems much more likely. However, the post-trial corrected chance coincidence for a long-term association between IceCube-170922A and the blazar TXS 0506+056 is on the level of ∼ 3.5 σ, establishing TXS 0506+056 as the most promising neutrino point source candidate in the scientific community. Another way to explain a high-energy neutrino signal without an observed astronomical counterpart, would be the consideration of blazars at large cosmological distances. These high-redshift blazars are capable of generating the observed high-energy neutrino flux, while their γ-ray emission would be efficiently downscattered by Extragalactic Background Light (EBL), making them almost undetectable to Fermi/LAT. High-redshift blazars are impor- tant targets, as they serve as cosmological probes and represent one of the most powerful classes of γ-ray sources in the Universe. Unfortunately, only a small number of such objects could be detected with Fermi/LAT so far. In this thesis, I perform a systematic search for flaring events in high-redshift γ-ray blazars, which long-term flux is just below the sensitiv- ity limit of Fermi/LAT. By considering a sample of 176 radio detected high-redshift blazars, undetected at γ-ray energies, I was able to increase the number of previously unknown γ-ray blazars by a total of seven sources. Especially the blazar 5BZQ J2219−2719, at a distance of z = 3.63 was found to be the most distant new γ-ray source identified within this thesis. In the final part of this thesis, I studied the flaring behavior of bright blazars, previously considered as potential neutrino candidates. While the occurrence of flaring intervals in blazars is of purely statistical nature, I found potential differences in the observed flaring behavior of different blazar types. Blazars can be subdivided into BL Lac (BLL) objects, Flat-Spectrum Radio Quasar (FSRQ) and Blazars Candidates of Uncertain type (BCU). FSRQs are typ- ically brighter than BL Lac or BCU type blazars, thus longer flares and more complicated substructures can be resolved. Although BL Lacs and BCUs are capable of generating signifi- cant flaring episodes, they are often identified close to the detection threshold of Fermi/LAT. Long-term outburst periods are exclusively observed in FSRQs, while BCUs can still con- tribute with flare durations of up to ten days. BL Lacs, however, are only detected in flaring states of less than four days. FSRQs are bright enough to be detected multiple times with time gaps between two subsequent flaring intervals ranging between days and months. While BL Lacs can show time gaps of more than 100 days, BCUs are only observed with gaps up to 20 days, indicating that these objects are detected only once in the considered time range of six years. The newly introduced parameter “Boxyness” describes the averaged flux in an identified flaring state and does highly depend on the shape of the considered flare. While perfectly box-like flares (flares which show a constant flux level over the entire time range) correspond to an averaged flux which is equal the maximum flare amplitude, irregular shaped flares generate a smaller averaged flux. While all blazar types show perfectly box-shaped daily flares, BL Lacs and BCUs are typically not bright enough to be resolved for multiple days. The work presented in this thesis illustrates the challenging state of multimessenger neu- trino astronomy and the demanding hunt for the first extragalactic neutrino point sources. In this context, this work discusses the multiwavelength emission behavior of blazars as a promising class of neutrino point sources and allows for predictions of current and future source associations
N2  - Aktive Galaxienkerne (Active Galactic Nuclei, AGNs) zählen zu den extremsten und am intensivsten studierten Objekten im Universum. In ihrem Zentrum befindet sich ein Materie-akkretierendes supermassives schwarzes Loch. AGNs senden Strahlung im gesamten elektromagnetischen Spektrum aus, während lediglich etwa 10% dieser Galaxien Teilchen in so-genannten Jets auf relativistische Energien beschleunigen können. Eine Unterklasse von AGNs, bekannt als Blazare verfügt über Jets, welche unter einem geringen Sichtwinkel beobachtet werden. Diese Quellen sind höchst variabel und dominieren den beobachteten Him- mel im Gammabereich. Multiwellenlängen-Beobachtungen von Blazaren zeigen eine typische Doppelhöckerstruktur. Während der niederenergetische Höcker gut durch leptonische Prozesse wie zum Beispiel Synchrotronstrahlung beschrieben werden kann, lässt sich die Emission des hochenergie-Höckers sowohl durch leptonische als auch durch hadronische Prozesse beschreiben. Neutrinos, nahezu masselose, neutrale Elementarteilchen werden ausschließlich in hadronischen Prozessen generiert. Der Nachweis eines hochenergetischen Neutrinos in Koinzidenz mit einem AGN würde somit einen unwiderlegbaren Beweis für das Vorhandensein relativistischer Protonen in diesen Quellen liefern. Die Existenz eines diffusen hochenergetischen Neutrino-Flusses konnte bereits durch das IceCube Experiment nachgewiesen werden. Bei dem IceCube Detektor handelt es sich um einen Cherenkov Detektor am Südpol mit einer gesamten instrumentierten Fläche von etwa 1 km\(^3\). Hochenergetische Neutrinos sind überwiegend von extraterrestrischer Natur, da atmosphärische Neutrinos ab Energien von > 100 TeV durch ihr steiles Spektrum sehr unwahrscheinlich werden. Da diese hochenergetischen Neutrinos gleichmäßig über den gesamten Himmel verteilt sind, kann von einem extra- galaktischen Ursprung ausgegangen werden. Das so genannte “BigBird” Ereignis, welches mit einer Energie von 2 PeV rekonstruiert wurde, ist in zeitlicher und räumlicher Übereinstimmung mit einem monatelangen Ausbruch des Blazars PKS 1424-418 detektiert worden. Dennoch liegt die Wahrscheinlichkeit für eine Korrelation dieser beiden Ereignisse lediglich bei etwa 5%. Aufgrund des sehr geringen zu erwartenden Neutrino-Flusses bei diesen hohen Energien ist eine Neutrino-Erwartung individueller Quellen von deutlich unter einem Ereignis nicht verwunderlich. Anderenfalls wäre der Himmel bereits mit identifizierten Neutrino- Quellen bevölkert.

Neutrino-Detektoren weisen Neutrino-Ereignisse üblicherweise in zwei unterschiedlichen Signaturen nach.  Bei dem “BigBird” Ereignis handelte es sich um ein sogenanntes “shower-like” Elektronen-Neutrino-Ereignis.  Dieses  erzeugt  eine  Teilchenkaskade  innerhalb des  Detektors, was zu einer Positionsunsicherheit von 10\(^◦\)  an Himmel führt.  “Track-like” Myon-Ereignisse hingegen erzeugen lediglich eine Teilchenspur und resultieren somit in einer Positionsunsicherheit  von 1\(^◦\).  Zur  Detektion  korrelierter  Ereignisse  wären  somit  ein  “track-like”  Neutrino- Ereignis,  sowie  ein  Blazar  Ausbruch  von  lediglich  wenigen  Tagen  erforderlich.  In  dieser  Arbeit untersuche ich eine Auswahl von 150 hellen Blazaren, welche kontinuierlich im MeV-GeV Bereich mit Fermi/LAT beobachtet werden.  Basierend auf einem kalorimetrischen Ansatz untersuche  ich  die  maximal  zu  erwartende  Neutrino  Anzahl  kurzer  Aktivitätsphasen  mit  einer Dauer  von  einigen  Tagen  bis  Wochen.    Die  maximale  Neutrino-Erwartung  solcher  kurzen Intervalle  ist  deutlich  zu  gering,  um  eine  korrelierte  Neutrino-Blazar  Detektion  erklären  zu können.  Dennoch, für die extremsten Ausbrüche sind Poisson-Wahrscheinlichkeiten von 2% zu  erwarten,  was  diese  Quellen  zu  vielversprechenden  Kandidaten  in  zukünftigen  Neutrino-Punktquellen-Suchen macht.
Am 22. September 2017 detektierte IceCube ein hochenergetisches “track-like” Neutrino-Ereignis (bekannt als IceCube-170922A) in Übereinstimmung mit einer Phase erhöhter Aktivität des Blazars TXS 0506+056. In dieser Arbeit untersuche ich zunächst das Langzeit-Emissionsverhalten dieser Quelle über einen Zeitraum von mehr als neun Jahren im MeV-GeV Bereich mithilfe von Fermi/LAT Daten. Die Aktivitätsphase dieser Quelle begann bereits Anfang 2017, Monate vor der Detektion von IceCube-170922A. Basierend auf einer kalorimetrischen Neutrino-Abschätzung konnte keine signifikante Neutrino-Erwartung in einem Zeitraum von drei Tagen um den Zeitpunkt der Neutrino-Detektion gefunden werden. Unter Berücksich- tigung der gesamten Aktivitätsphase seit Anfang 2017 erscheint eine mögliche Korrelation beider Ereignisse kalorimetrisch deutlich wahrscheinlicher. Die korrigierte Zufallswahrscheinlichkeit liegt in der Größenordnung von 3.5 σ, wodurch sich TXS 0506+056 als die vielver- sprechendste extragalaktische Neutrino Punktquelle etabliert.

 
Eine weitere Möglichkeit das Auftreten hochenergetischer Neutrinos ohne Zuordnung zu einer astrophysikalischen Quelle, besteht in der Berücksichtigung von Blazaren bei hohen kosmologischen Distanzen. Solche Blazare mit hoher Rotverschiebung wären im Stande den gemessenen Neutrino-Fluss zu erzeugen, zugleich jedoch undetektiert durch Fermi/LAT zu bleiben. Durch die hohen kosmologischen Entfernungen dieser Blazare werden mögliche hochenergetis- che Photonen am extragalaktischen Hintergrundlicht (Extragalactic Background Light, EBL) hin zu kleineren Energien gestreut. Blazare bei hohen Rotverschiebungen sind überproportional relevante Quellen, da diese zu den extremsten Gamma-Quellen im Universum zählen und zudem wichtiger Bestandteil im Verständnis der Entwicklung von AGNs sind. Leider sind bisher nur sehr wenige solcher Quellen von Fermi/LAT detektiert worden. In dieser Ar- beit führe ich eine systematische Suche nach Phasen erhöhter Gamma-Aktivität in Blazaren mit hoher Rotverschiebung durch, deren gemittelter Langzeitfluss unterhalb der Sensitivitätsgrenze von Fermi/LAT liegt. Basierend auf einer Auswahl von 176 im Gamma-Bereich undetektierten Blazaren mit hoher Rotverschiebung konnte die Anzahl bisher unbekannter Gamma-Quellen hoher Rotverschiebung um sieben Quellen gesteigert werden. Insbesondere der Blazar 5BZQ J2219-2719, welcher sich bei einer Rotverschiebung von z = 3.63 befindet, repräsentiert die am weitesten entfernte, neu identifizierte Gamma-Quelle innerhalb dieser Arbeit.

Im letztem Kapitel dieser Arbeit beschäftige ich mich mit dem Langzeit-Emissionsverhalten heller Blazare, welche zuvor als vielversprechende Neutrino-Kandidaten untersucht wurden. Während das Auftreten von Ausbrüchen von rein statistischer Natur ist, konnte ich mögliche Unterschiede im gemessenen Emissionsverhalten unterschiedlicher Blazar-Klassen feststellen. Blazare lassen sich in BL Lac (BLL) Objekte, Flat-Spectrum Radio Quasar (FSRQ) und Blazar-Kandidaten unbekannten Types (BCU) unterteilen. FSRQs sind im Allgemeinen hellere MeV-GeV Quellen als  BL Lacs  und BCUs, und  zeigen daher häufiger und längere Ausbruch-Phasen. Während BL Lacs und BCUs zu signifikanten Ausbrüchen im Stande sind, werden diese Quellen häufig an der Detektionsschwelle von Fermi/LAT beobachtet. Perioden erhöhter Aktivität mit einer Dauer von mehreren Monaten können ausschließlich in FSRQs aufgelöst werden. Wobei BCUs noch Ausbrüche von etwa zehn Tagen zeigen, werden BL Lacs nicht länger als vier Tage in Folge detektiert. FSRQs werden üblicherweise in mehreren unabhängigen Ausbrüchen detektiert. Daher zeigen diese Quellen sowohl kurze Lücken von einigen Tagen zwischen der Detektion zweier aufeinanderfolgender Ausbrüche, als auch Lücken von mehr als 100 Tagen. BL Lacs werden ebenfalls in unabhängigen Ausbruchphasen identifiziert, mit Lücken von etwa 100 Tagen. BCUs hingehen zeigen lediglich eine einzelne Aktivität- sphase. Der neu definierte Parameter “Boxyness” beschreibt den mittleren Fluss innerhalb eines Ausbruchs und hängt sehr von dessen Form  ab. Perfekte “boxartige”/kastenförmige Ausbrüche zeigen eine konstante Fluss-Amplitude. Irreguläre Ausbrüche hingegen führen zu einem reduzierten mittleren Fluss. Alle Blazar-Klassen verfügen über perfekte “boxartige” Ausbrüche von lediglich einem Tag. Typischerweise sind BL Lacs und BCUs nicht hell genug um auf längeren Zeitskalen detektiert zu werden. Aufgrund der beschränkten Sensitivität von Fermi/LAT, können Unterstrukturen von weniger als einem Tag leider nicht aufgelöst werden.

Diese Arbeit spiegelt die Herausforderungen in der neuen Disziplin der Neutrino Astronomie, sowie die vielversprechende Jagd nach den ersten extragalaktischen Neutrino Punktquellen wieder. In diesem Zusammenhang werden Blazare als ein sprechendsten Objekte möglicher zukünftiger Neutrino-Assoziationen diskutiert.
KW  - Blazar
KW  - Active Galactic Nuclei
KW  - Neutrinos
KW  - Multi-Messenger
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179845
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kruber, Philip
T1  - Functional analysis of DROSHA and SIX1 mutations in kidney development and Wilms tumor
T1  - Funktionelle Analysen von DROSHA und SIX1 Mutationen in der Nierenentwicklung und dem Wilms Tumor
N2  - Wilms tumor (WT) is the most common kidney cancer in childhood. It is a genetically heterogeneous tumor and several genetic alterations have been identified in WT patients. Recurrent mutations were found in the homeo-domain of SIX1 and SIX2 in high proliferative tumors (18.1% of the blastemal-type tumors) as well as in the microprocessor genes DROSHA and DGCR8 (18.2% of the blastemal-type tumors), indicating a critical role of the SIX-SALL pathway and aberrant miRNA processing in WT formation. Underlined by the fact that a significant overlap between mutations in DROSHA and SIX1 was found, indicating a synergistic effect.
To characterize the in vivo role of DROSHA and SIX mutations during kidney development and their oncogenic potential, I analyzed mouse lines with either a targeted deletion of Drosha or an inducible expression of human DROSHA or SIX1 carrying a tumor-specific E1147K or Q177R mutation, respectively.
The DROSHA mutation E1147K was predicted to act in a dominant negative manner. Six2-cre mediated deletion of Drosha in nephron progenitors led to a lethal phenotype with apoptotic loss of progenitor cells and early termination of nephrogenesis. Mosaic deletions via Wt1-creERT2 resulted in a milder phenotype with viable offspring that developed proteinuria after 2-4 weeks, but no evidence of tumor formation. Activation of the DROSHA-E1147K transgene via Six2-cre, on the other hand, induced a more severe phenotype with apoptosis of progenitor cells, proteinuria and glomerular sclerosis. The severely growth-retarded mice died within the first two months. This strong phenotype was consistent with the predicted dominant-negative effect of DROSHA-E1147K.
Analysis of the SIX1-Q177R mutation suggested that the mutation leads to a shift in DNA binding specificity instead of a complete loss of DNA binding. This may end up in subtle changes of the gene regulatory capacity of SIX1. Six2-cre mediated activation of SIX1-Q177R lead to a viable phenotype with no alterations or shortened life span. Yet a global activation of SIX1-Q177R mediated by Zp3-cre resulted in bilateral hydronephrosis and juvenile death of the mice.
To mimic the synergistic effect of DROSHA and SIX1 mutations, I generated compound mutants in two combinations: A homozygous deletion of Drosha combined with an activation of SIX1-Q177R and a compound mutant with activation of DROSHA-E1147K and SIX1-Q177R. Each mouse model variant displayed new phenotypical alterations. Mice with Six2-cre mediated homozygous deletion of Drosha and activation of SIX1-Q177R were not viable, yet heterozygous deletion of Drosha and activation of SIX1-Q177R led to hydronephrosis, proteinuria and an early death around stage P28. Combined activation of DROSHA-E1147K and SIX1-Q177R under Six2-cre resulted in proteinuria, glomerulosclerosis and lesions inside the kidney. These mice also suffered from juvenile death. Both mouse models could confirm the predicted synergistic effect.
While these results underscore the importance of a viable self-renewing progenitor pool for kidney development, there was no evidence of tumor formation. This suggests that either additional alterations in mitogenic or antiapoptotic pathways are needed for malignant transformation, or premature loss of a susceptible target cell population and early lethality prevent WT formation.
N2  - Der Wilms Tumor ist der am häufigsten auftretende Nierentumor im Kindesalter. Er ist genetisch heterogen und bisher wurden bereits verschiedene genetische Mutationen in Wilms Tumor Patienten gefunden. Es konnten wiederkehrende Mutationen in der Homeo-Domäne der Gene SIX1 und SIX2 und in den Genen des Mikroprozessorkomplexes DROSHA und DGCR8 gefunden werden. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass einerseits die gestörte Prozessierung von miRNAs und andererseits der SIX-SALL Signalweg eine wichtige Rolle im Entstehungsprozess des Wilms Tumors spielen. Des Weiteren konnte die Analyse der blastem-reichen Tumore einen möglichen synergetischen Effekt zwischen DROSHA und SIX1 aufzeigen.
Um die Bedeutung von DROSHA und SIX Mutationen für die Nierenentwicklung und für die Tumorgenese in vivo zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit Mausmodelle mit konditioneller Deletion von DROSHA oder induzierbarer Expression der DROSHA Mutation E1147K bzw. der SIX1 Mutation Q177R analysiert.
Es wurde vermutet, dass die E1147K Mutation einen dominant-negativen Effekt besitzt. Six2-cre vermittelte Deletion von DROSHA in Nierenvorläuferzellen führte zu einem letalen Phänotyp, der sich durch Apoptose von Vorläuferzellen und vorzeitigen Abbruch der Nephrogenese auszeichnete. Mosaik-Deletion mittels Wt1-creERT2 führte zu einem deutlich milderen Phänotyp. Die Nachkommen waren lebensfähig, entwickelten aber innerhalb der ersten 2-4 Wochen eine Proteinurie. Bei beiden, so erzeugten, Mauslinien konnten keine Tumorbildung feststellen werden. Aktivierung des DROSHA-E1147K Transgenes durch Six2-cre brachte einen deutlich gravierenderen Phänotyp hervor. Dieser zeichnete sich durch Apoptose von Vorläuferzellen, sowie Proteinurie und Glomerulosklerose aus. Die im Wachstum stark retardierten Mäuse starben innerhalb der ersten zwei Monate nach der Geburt. Dieser Phänotyp unterstreicht den vermuteten dominant-negativen Effekt von DROSHA-E1147K auch in vivo.
Analysen der Q177R Mutation konnten zeigen, dass diese Mutation in der Homeo-Domäne des SIX1 Genes wahrscheinlich nicht zu einem kompletten Verlust der Fähigkeit, DNA zu binden, führt, sondern eher eine leichte Verschiebung der DNA Bindespezifität als Folge hat. Das könnte eine subtile Veränderung in der Fähigkeit von SIX1 Gene zu regulieren bedeuten. Six2-cre vermittelte Aktivierung des SIX1-Q177R Transgenes hatte jedoch keinen sichtbaren Effekt für den Phänotyp der Mäuse. Dennoch hatte eine globale Aktivierung des Transgenes durch Zp3-cre bilaterale Hydronephrose und einen frühzeitigen Tod der Mäuse zur Folge.
Um den bereits vermuteten Synergieeffekt zwischen DROSHA-E1147K und SIX1-Q177R zu untersuchen, wurden zwei neue Mausgenotypen erzeugt. Einerseits wurde eine Mauslinie mit dem SIX1-Q177R Transgen und der Drosha Deletion, andererseits eine Mauslinie, die sowohl das SIX1-Q177R Transgen, als auch das DROSHA-E1147K Transgen besitzt, verpaart. Beide Mauslinien entwickelten jeweils neue Phänotypen. Mäuse mit Six2-cre vermittelter, homozygoter Deletion von Drosha und gleichzeitiger Aktvierung von SIX1-Q177R waren nicht lebensfähig, während Mäuse mit heterozygoter Deletion von Drosha und gleichzeitiger Aktvierung von SIX1-Q177R sehr wohl lebensfähig waren. Diese Mäuse entwickelten wiederum Hydronephrose, sowie Proteinurie und verstarben innerhalb des ersten Lebensmonats. Kombinierte Aktivierung von DROSHA-E1147K und SIX1-Q177R mittels Six2-cre führte ebenfalls zu Proteinurie. Jedoch litten die Mäuse nicht an Hydronephrose, sondern an Glomerulosklerose und Zystenbildung. Ebenfalls starben die Mäuse einen frühzeitigen Tod. Beide Mausmodelle konnten, durch die Ausprägung neuer Phänotypen, den vermuteten Synergieeffekt beweisen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen deutlich, wie wichtig ein lebensfähiger Zellpool an selbst-erneuernden Vorläuferzellen für die Nierenentwicklung ist. Dennoch konnten keine Anzeichen für eine Tumorbildung gefunden werden. Das lässt vermuten, dass weitere genetische Veränderungen z.B. in mitogenen oder anti-apoptotischen Signalwegen von Nöten sind, um eine maligne Transformation zu gewährleisten. Natürlich könnte auch der frühzeitige Verlust der verantwortlichen Zellpopulation und das frühe Absterben der Embryos ein Hindernis für die Wilms Tumorbildung sein.
KW  - Nephroblastom
KW  - micro processor complex
KW  - DROSHA
KW  - Wilms tumor
KW  - kidney development
KW  - SIX1
KW  - Nephrogenese
KW  - Wilms-Tumor
KW  - microRNA
KW  - Genmutation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161418
ER  - 
TY  - THES
A1  - Elsässer, Sebastian
T1  - Lattice dynamics and spin-phonon coupling in the multiferroic oxides Eu(1-x)Ho(x)MnO3 and ACrO2
T1  - Gitterdynamik und Spin-Phonon Kopplung in den multiferroischen Oxiden Eu(1-x)Ho(x)MnO3 und ACrO2
N2  - The focus of this thesis is the investigation of the lattice dynamics and the coupling of magnetism and phonons in two different multiferroic model systems. The first system, which constitutes the main part in this work is the system of multiferroic manganites RMnO$_{3}$, in particular Eu$_{1-x}$Ho$_{x}$MnO$_{3}$ with $0 \le x \le 0.5$. Its cycloidal spin arrangement leads to the emergence of the ferroelectric polarization via the inverse Dzyaloshinskii-Moriya interaction. This system is special among RMnO$_{3}$ as with increasing Ho content $x$, Eu$_{1-x}$Ho$_{x}$MnO$_{3}$ does not only become multiferroic, but due to the exchange interaction with the magnetic Ho-ion, the spin cycloid (and with it the electric polarization) is also flipped for higher Ho contents. This makes it one of the first compounds, where the cycloidal reorientation happens spontaneously, rather than with the application of external fields.

On the other hand, there is the delafossite ACrO$_{2}$ system. Here, due to symmetry reasons, the spin-spiral pattern can not induce the polarization according to the inverse Dzyaloshinskii-Moriya interaction mechanism. Instead, it is thought that another way of magnetoelectric coupling is involved, which affects the charge distribution in the $d-p$ hybridized orbitals of the bonds.
	
The lattice vibrations as well as the quasi-particle of the multiferroic phase, the electromagnon, are studied by Raman spectroscopy. Lattice vibrations like the B$_{3g}$(1) mode, which involves vibrations of the Mn-O-Mn bonds modulate the exchange interaction and serve as a powerful tool for the investigation of magnetic correlations effects with high frequency accuracy. Raman spectroscopy acts as a local probe as even local magnetic correlations directly affect the phonon vibration frequency, revealing coupling effects onto the lattice dynamics even in the absence of global magnetic order. By varying the temperature, the coupling is investigated and unveils a renormalization of the phonon frequency as the magnetic order develops. For Eu$_{1-x}$Ho$_{x}$MnO$_{3}$, the analysis of this spin-induced phonon frequency renormalization enables the quantitative determination of the in-plane spin-phonon coupling strengths. This formalism, introduced by Granado et al., is extended here to evaluate the out-of-plane coupling strengths, which is enabled by the identification of a previously elusive feature as a vibrational mode. The complete picture is obtained by studying the lattice- and electromagnon dynamics in the magnetic field.
Further emphasis is put towards the development of the cycloidal spin structure and correlations with temperature. A new model of describing the temperature-dependent behavior of said spin correlations is proposed and can consistently explain ordering phenomena which were until now unaddressed. The results are underscored with Monte Carlo based simulations of the spin dynamics with varying temperature.

Furthermore, a novel effect of a tentative violation of the Raman selection rules in Eu$_{1-x}$Ho$_{x}$MnO$_{3}$ was discovered. While the phonon modes can be separated and identified by their symmetry by choosing appropriate polarization configurations, in a very narrow temperature range,  Eu$_{1-x}$Ho$_{x}$MnO$_{3}$ shows an increase of phonon intensities in polarization configurations where they should be forbidden. This is interpreted as a sign of local disorder, caused by 90° domain walls and could be explained within the model framework.
	
This course of action is followed with the material system of delafossites ACrO$_{2}$. Being a relatively new class of multiferroic materials, the investigations on ACrO$_{2}$ are also of characterizing nature. For this, shell model calculations are performed as a reference to compare the vibrational frequencies obtained by the Raman experiments to. A renormalization of the vibrational frequencies is observed in this system as well and systematically analyzed across the sample series of \textit{A}=Cu, Pd and Ag. Eventually, the effect of applying an external magnetic field is studied. A particularly interesting feature specific for CuCrO$_{2}$ is a satellite peak which appears at lower temperatures. It is presumably related to a deformation of the lattice and therefore going to be discussed in further detail.
N2  - Mit der Entdeckung des Riesenmagnetoelektischen Effekts (Giant Magnetoelectric Effect) in TbMnO$_{3}$  durch Kimura et al., im Jahre 2003, erlebte das Forschungsgebiet der multiferroischen Seltenerdmanganate RMnO$_{3}$ einen neuen Aufschwung durch die neuen Möglichkeiten, die sich durch diese Entdeckung offenbarten. \cite{Kimura2003} Der Effekt besteht darin, dass sich durch ein bestimmtes Muster der magnetischen Ordnung eine direkt an dieses Muster gekoppelte ferroelektrische Polarisation ergibt. Die Kopplung von magnetischer und ferroelektrischer Ordnung bewirkt, dass stets beide Parameter simultan beeinflusst werden, wenn ein externes elektrisches oder magnetisches Feld angelegt wird: Wird das Magnetisierungsmuster durch ein externes Magnetfeld beeinflusst, wirkt sich dies direkt auf die elektrische Polarisation aus. Umgekehrt, wenn die Polarisation durch ein elektrisches Feld beeinflusst wird, ist die magnetische Ordnung entsprechend betroffen. Dies erlaubt die vollständige Umordnung der elektrischen Polarisation durch ein magnetisches Feld oder der magnetischen Ordnung durch ein elektrisches Feld. Materialien, die mindestens zwei ferroische Eigenschaften, in diesem Fall eine spontane Magnetisierung und spontane elektrische Polarisation, in der gleichen Phase aufweisen, werden als Multiferroika bezeichnet. Diese allgemeine Klassifikation ist noch zu unterteilen in Typ-I und Typ-II Multiferroika. Zu Typ-I Multiferroika zählen Systeme wie BiFeO$_{3}$, bei denen die ferroelektrische und die magnetische Ordnung weitestgehend unabhängig voneinander und daher bei verschiedenen Temperaturen einsetzen ($T_{C} = 1100$~K für die ferroelektrische, $T_{N}=$ 643~K für die  magnetische Ordnung \cite{Khomskii2009}). Dementsprechend sind Magnetisierung und Polarisation in diesem System kaum miteinander gekoppelt. Demgegenüber stehen die hier betrachteten Systeme der orthorhombischen RMnO$_{3}$ Seltenerdmanganate und der ACrO$_{2}$ Delafossite, die der Gruppe der Typ-II Multiferroika angehören. Hier ist die magnetische Ordnung die direkte Ursache der ferroelektrischen Polarisation, d.h. beide Phänomene treten simultan ab der gleichen Ordnungstemperatur auf.
		
		Das Ziel von Forschungsbemühungen auf diesem Gebiet der Multiferroika ist zum Einen, neue Materialien zu finden, die solcherlei Kopplungseffekte zeigen. Zum Anderen gilt es, den Effekt besser nutzbar zu machen, sei es durch eine größere Kopplungsstärke oder durch höhere mögliche Ordnungstemperaturen.
		Um dies zu erreichen ist es von essentieller Bedeutung die zu Grunde liegenden mikroskopischen Mechanismen zu ergründen, diese zu studieren und schließlich ein besseres Verständnis der multiferroischen Kopplungsmechanismen zu erlangen.
		
		In dieser Dissertation liegt der Fokus auf der systematischen Untersuchung von Kopplungseffekten zwischen der magnetischen Ordnung und der Dynamik des Kristallgitters mittels Ramanspektroskopie. Insbesondere werden Renormalisierungseffekte der Frequenzen der Gitterschwingungen untersucht, die sich durch die Ausbildung der magnetischen Ordnung und Kopplung derselben an die Gitterdynamik ergeben, die sogenannte Spin-Phonon Kopplung (SPC). Zu diesem Zweck werden die spektroskopischen Experimente mit Augenmerk auf die Polarisations-, Temperatur- und Magnetfeldabhängigkeit der ramanaktiven Moden durchgeführt. Dabei werden Serien von Proben zweier Materialsysteme untersucht, bei denen sich die multiferroische Phase durch unterschiedliche Mechanismen ausbildet: Zum Einen das System Eu$_{1-x}$Ho$_{x}$MnO$_{3}$ ( $0 \le x \le 0.5$), welches zu den orthorhombischen RMnO$_{3}$ Systemen zählt und sowohl multiferroische als auch nicht-multiferroische Proben umfasst. Hierbei beruht der magnetoelektrische Effekt auf der inversen Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung. Im Vergleich dazu wird außerdem das System der ACrO$_{2}$ Delafossite mit A= Cu, Ag, Pd untersucht. Dieses System ist im Kontext der Multiferroika noch als relativ neu anzusehen. Hier kann die inverse Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung aus Symmetriegründen ausgeschlossen werden, sodass ein neuartiger magnetoelektrischer Kopplungsmechanismus vorliegt. Durch die Spin-Bahn Kopplung verschiebt sich die Gewichtung der Ladungsverteilung der Bindungen und führt dadurch zur Entstehung der elektrischen Polarisation.
		Im Vergleich der beiden Systeme, werden die Unterschiede der Spin-Phonon Kopplungsstärken und der Einfluss von lokalen Ordnungseffekten diskutiert.
KW  - Festkörperphysik
KW  - Gitterdynamik
KW  - Raman-Spektroskopie
KW  - Magnon
KW  - Optik
KW  - Spin-Phonon Kopplung
KW  - Elektromagnon
KW  - Multiferroika
KW  - Multiferroics
KW  - Electromagnon
KW  - Spin-phonon coupling
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179719
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kiser, Dominik Pascal
T1  - Gene x Environment Interactions in Cdh13-deficient Mice: CDH13 as a Factor for Adaptation to the Environment
T1  - Gen x Umwelt-Interaktionen in Cdh13-defizienten Mäusen: CDH13 als ein Faktor für Umweltanpassung
N2  - Neurodevelopmental disorders, including attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) and autism spectrum disorder (ASD) are disorders of mostly unknown etiopathogenesis, for which both genetic and environmental influences are expected to contribute to the phenotype observed in patients. Changes at all levels of brain function, from network connectivity between brain areas, over neuronal survival, synaptic connectivity and axonal growth, down to molecular changes and epigenetic modifications are suspected to play a key roles in these diseases, resulting in life-long behavioural changes.
Genome-wide association as well as copy-number variation studies have linked cadherin-13 (CDH13) as a novel genetic risk factor to neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders. CDH13 is highly expressed during embryonic brain development, as well as in the adult brain, where it is present in regions including the hippocampus, striatum and thalamus (among others) and is upregulated in response to chronic stress exposure. It is however unclear how CDH13 interacts with environmentally relevant cues, including stressful triggers, in the formation of long-lasting behavioural and molecular changes. It is currently unknown how the environment influences CDH13 and which long term changes in behaviour and gene expression are caused by their interaction. This work therefore investigates the interaction between CDH13 deficiency and neonatal maternal separation (MS) in mice with the aim to elucidate the function of CDH13 and its role in the response to early-life stress (ELS).
For this purpose, mixed litters of wild-type (Cdh13+/+), heterozygous (Cdh13+/-) and homozygous knockout (Cdh13-/-) mice were maternally separated from postnatal day 1 (PN1) to postnatal day 14 (PN14) for 3 hours each day (180MS; PN1-PN14). In a first series of experiments, these mice were subjected to a battery of behavioural tests starting at 8 weeks of age in order to assess motor activity, memory functions as well as measures of anxiety. Subsequently, expression of RNA in various brain regions was measured using quantitativ real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). A second cohort of mice was exposed to the same MS procedure, but was not behaviourally tested, to assess molecular changes in hippocampus using RNA sequencing.
Behavioural analysis revealed that MS had an overall anxiolytic-like effect, with mice after MS spending more time in the open arms of the elevated-plus-maze (EPM) and the light compartment in the light-dark box (LDB). As a notable exception, Cdh13-/- mice did not show an increase of time spent in the light compartment after MS compared to Cdh13+/+ and Cdh13+/- MS mice. During the Barnes-maze learning task, mice of most groups showed a similar ability in learning the location of the escape hole, both in terms of primary latency and primary errors. Cdh13-/- control (CTRL) mice however committed more primary errors than Cdh13-/- MS mice. In the contextual fear conditioning (cFC) test, Cdh13-/- mice showed more freezing responses during the extinction recall, indicating a reduced extinction of fear memory. In the step-down test, an impulsivity task, Cdh13-/- mice had a tendency to wait longer before stepping down from the platform, indicative of more hesitant behaviour. In the same animals, qRT-PCR of several brain areas revealed changes in the GABAergic and glutamatergic systems, while also highlighting changes in the gatekeeper enzyme Glykogensynthase-Kinase 3 (Gsk3a), both in relation to Cdh13 deficiency and MS. Results from the RNA sequencing study and subsequent gene-set enrichment analysis revealed changes in adhesion and developmental genes due to Cdh13 deficiency, while also highlighting a strong link between CDH13 and endoplasmatic reticulum function. In addition, some results suggest that MS increased pro-survival pathways, while a gene x environment analysis showed alterations in apoptotic pathways and migration, as well as immune factors and membrane metabolism. An analysis of the overlap between gene and environment, as well as their interaction, highlighted an effect on cell adhesion factors, underscoring their importance for adaptation to the environment.
Overall, the stress model resulted in increased stress resilience in Cdh13+/+ and Cdh13+/- mice, a change absent in Cdh13-/- mice, suggesting a role of CDH13 during programming and adaptation to early-life experiences, that can results in long-lasting consequences on brain functions and associated behaviours. These changes were also visible in the RNA sequencing, where key pathways for cell-cell adhesion, neuronal survival and cell-stress adaptation were altered. In conclusion, these findings further highlight the role of CDH13 during brain development, while also shedding light on its function in the adaptation and response during (early life) environmental challenges.
N2  - Neuronale Entwicklungsstörungen (NES), wie Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) oder Autismus Spektrums Störung (ASS), haben eine größtenteils unbekannte Krankheitsentwicklung, deren klinisches Erscheinungsbild bei dem Patienten durch die individuelle Genetik und Umwelt beieinflusst wird. Veränderungen in allen funktionellen Ebenen des Gehirns, von Netzwerkaktivität zwischen unterschiedlichen Gehirnregionen, über synaptischer Verschaltung,  axonalem Wachstum und den Überlebenschancen einzelner Neuronen, bis hin zu molekularen und epigenetischen Modifikationen werden als Schlüsselrollen in NES betrachtet, welche schlussendlich zu langfristigen Verhaltensauffälligkeiten führen.
Genome-weite-Assoziations und genomische Kopiezahlvariations Studien haben Cadherin 13 (CDH13) als neuartiges Risikogen für neuropsychiatrische und neuronale Entwicklungsstörungen identifizieren können. CDH13 wird sowohl während der embryonalen Entwicklung, als auch im adulten Gehirn, stark exprimiert und kann dort in Regionen wie dem Hippocampus, Striatum und Thalamus gefunden werden. Darüber hinaus wird es als Reaktion auf akuten (physiologischen und psychologischen) Stress exprimiert. Gegenwärtig ist jedoch nicht bekannt, wie Umwelteinflüsse mit CDH13 interagieren und langanhaltende Veränderungen im Verhalten und der Gene Expression im Gehirn herbeiführen. Die vorliegende Arbeit untersucht daher die Interaktion zwischen CDH13 und Stress während eines frühen Lebensabschnitts.
Hierfür wurden Würfe mit wildtyp (Cdh13+/+), heterozygoten (Cdh13+/-) und homozygoten knockout (Cdh13-/-) Mäusen zwischen dem ersten und vierzehnten Tag nach der Geburt für jeweils 3 Stunden von ihren Müttern getrennt (englisch: maternal separation, MS). In einem ersten Experiment wurden diese Mäuse dann im Alter von 8 Wochen in einer Reihe von Verhaltensversuchen auf ihre motorischen Fähigkeiten und Gedächtnisleistung getestet. Im Anschluss daran wurde mittels der quantitativen Polymerase Kettenreaktion (qPCR) verschiedene Gehirnregionen dieser Tiere auf Expressionsunterschiede in Faktoren für Neurotransmittersysteme, Neurogenese und DNA Methylierungsmechanismen hin analysiert. Das Hippocampus-Gewebe einer zweiten gleich aufgebauten Versuchsgruppe wurde mittels RNA Sequenzierung untersucht.
Die Verhaltensanalyse zeigt das MS einen überwiegend angst-lindernden Einfluss auf die Mäuse hatte. Im Vergleich zu Mäusen ohne MS verbrachten MS-Mäuse mehr Zeit auf dem offenen Arm eines erhöhten Plus-Labyrinths, so wie in der hell-erleuchteten Seite einer Hell-Dunkel Box (HDB). Eine auffallende Ausnahme stellten jedoch die Cdh13-/- Mäuse dar, welche in der HDB keinen Zeitanstieg wie ihre Cdh13+/+ und Cdh13+/- MS Geschwister auf der hell-erleuchteten Seite aufwiesen. In dem Barnes Labyrinth (einem Test für räumliches Lernen) zeigte sich, dass alle Tiere, gemessen an den Fehlern und der Zeit die sie brauchten bis sie den Ausgang fanden, zunächst ähnliche Lernerfolge hatten. Im zweiten Teil des Experiments, in dem der Ausgang auf eine neue Position gelegt wurde, begangen Cdh13-/- Mäuse ohne MS hingegen mehr Fehler als Cdh13-/- MS Mäusee. In der Kontext-Angst-Konditionierung (KAK) zeigten männliche Cdh13-/- Mäuse mehr Angst-Starre während der Extinktions-Wiederholung; ein Befund der eine reduzierte Angst-Auslöschung impliziert. Im Abstiegs-Test, einem Impulsivitätstest, blieben Cdh13-/- Mäuse länger auf einem Podest stehen. Mittels qPCR konnte außerdem gezeigt werden dass sowohl ein Cdh13-/- Defizit, als auch MS, Veränderungen von GABAergen und glutamatergen Faktoren, so wie Änderungen in dem wichtigen Signalmolekühl Glykogensynthase-Kinase 3 (Gsk3a) verursacht haben. Die Ergebnisse der RNA Sequenzierung zeigten eine Anreicherung von Veränderungen in Adhesions-, Entwicklungs- und Endoplasmatischen Reticulumgenen in Cdh13-/- defiziten Tieren im Vergleich zu Cdh13+/+ Mäusen. Im selben Versuch trug MS zu einer erhöhten Aktivierung von Anti-Apoptotischen Signalwegen im Hippocampus bei, während Zell-Adhesionsmoleküle maßgeblich von der Wechselwirkung beider Faktoren betroffen waren.
Zusammenfassend waren Cdh13+/+ und Cdh13+/- Mäuse im Gegensatz zu Cdh13-/- Tieren größtenteils stressresitenter, während die RNA Sequenzierung aufzeigte, dass CDH13 Schlüsselkomponenten von Zell-Zell-Adhesions, Überlebens und Zell-Stress-Signalwegen reguiert. Dies suggeriert, dass CDH13 die Programmierung und Anpassung an Umwelteinflüsse steuert, was wiederum lang anhaltende Auswirkungen auf molekularer Ebene und auf das Verhalten der Mäuse zur Folge hat. Abschließend legen die Befunde eine Rolle von CDH13 in der Umgebungsanpassung während der Entwicklung nahe.
KW  - Cadherine
KW  - Genexpression
KW  - Tiermodell
KW  - Animales Nervensystem
KW  - Verhalten
KW  - Cdh13
KW  - RNA Sequencing
KW  - Gene by Environment
KW  - Neurodevelopmental Disorder
KW  - ADHD
KW  - Hippocampus
KW  - Prefrontal cortex
KW  - Amygdala
KW  - Raphe
KW  - Adaptation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179591
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wagner, Johanna
A1  - Eiken, Barbara
A1  - Haubitz, Imme
A1  - Lichthardt, Sven
A1  - Matthes, Niels
A1  - Löb, Stefan
A1  - Klein, Ingo
A1  - Germer, Christoph-Thomas
A1  - Wiegering, Armin
T1  - Suprapubic bladder drainage and epidural catheters following abdominal surgery—a risk for urinary tract infections?
JF  - PLoS ONE
N2  - Background
Epidural catheters are state of the art for postoperative analgesic in abdominal surgery. Due to neurolysis it can lead to postoperative urinary tract retention (POUR), which leads to prolonged bladder catheterization, which has an increased risk for urinary tract infections (UTI). Our aim was to identify the current perioperative management of urinary catheters and, second, to identify the optimal time of suprapubic bladder catheter removal in regard to the removal of the epidural catheter.

Methods
We sent a questionnaire to 102 German hospitals and analyzed the 83 received answers to evaluate the current handling of bladder drainage and epidural catheters. Then, we conducted a retrospective study including 501 patients, who received an epidural and suprapubic catheter after abdominal surgery at the University Hospital Würzburg. We divided the patients into three groups according to the point in time of suprapubic bladder drainage removal in regard to the removal of the epidural catheter and analyzed the onset of a UTI.

Results
Our survey showed that in almost all hospitals (98.8%), patients received an epidural catheter and a bladder drainage after abdominal surgery. The point in time of urinary catheter removal was equally distributed between before, simultaneously and after the removal of the epidural catheter (respectively: ~28–29%). The retrospective study showed a catheter-associated UTI in 6.7%. Women were affected significantly more often than men (10,7% versus 2,5%, p<0.001). There was a non-significant trend to more UTIs when the suprapubic catheter was removed after the epidural catheter (before: 5.7%, after: 8.4%).

Conclusion
The point in time of suprapubic bladder drainage removal in relation to the removal of the epidural catheter does not seem to correlate with the rate of UTIs. The current handling in Germany is inhomogeneous, so further studies to standardize treatment are recommended.
KW  - catheters
KW  - epidural block
KW  - bladder
KW  - urinary tract infections
KW  - abdominal surgery
KW  - catheterization
KW  - surgical and invasive medical procedures
KW  - rectum
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-177731
VL  - 14
IS  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Westermann, Alexander J.
A1  - Venturini, Elisa
A1  - Sellin, Mikael E.
A1  - Förstner, Konrad U.
A1  - Hardt, Wolf-Dietrich
A1  - Vogel, Jörg
T1  - The major RNA-binding protein ProQ impacts virulence gene expression in Salmonella enterica serovar Typhimurium
JF  - mBio
N2  - FinO domain proteins such as ProQ of the model pathogen Salmonella enterica have emerged as a new class of major RNA-binding proteins in bacteria. ProQ has been shown to target hundreds of transcripts, including mRNAs from many virulence regions, but its role, if any, in bacterial pathogenesis has not been studied. Here, using a Dual RNA-seq approach to profile ProQ-dependent gene expression changes as Salmonella infects human cells, we reveal dysregulation of bacterial motility, chemotaxis, and virulence genes which is accompanied by altered MAPK (mitogen-activated protein kinase) signaling in the host. Comparison with the other major RNA chaperone in Salmonella, Hfq, reinforces the notion that these two global RNA-binding proteins work in parallel to ensure full virulence. Of newly discovered infection-associated ProQ-bound small noncoding RNAs (sRNAs), we show that the 3′UTR-derived sRNA STnc540 is capable of repressing an infection-induced magnesium transporter mRNA in a ProQ-dependent manner. Together, this comprehensive study uncovers the relevance of ProQ for Salmonella pathogenesis and highlights the importance of RNA-binding proteins in regulating bacterial virulence programs.

IMPORTANCE 
The protein ProQ has recently been discovered as the centerpiece of a previously overlooked “third domain” of small RNA-mediated control of gene expression in bacteria. As in vitro work continues to reveal molecular mechanisms, it is also important to understand how ProQ affects the life cycle of bacterial pathogens as these pathogens infect eukaryotic cells. Here, we have determined how ProQ shapes Salmonella virulence and how the activities of this RNA-binding protein compare with those of Hfq, another central protein in RNA-based gene regulation in this and other bacteria. To this end, we apply global transcriptomics of pathogen and host cells during infection. In doing so, we reveal ProQ-dependent transcript changes in key virulence and host immune pathways. Moreover, we differentiate the roles of ProQ from those of Hfq during infection, for both coding and noncoding transcripts, and provide an important resource for those interested in ProQ-dependent small RNAs in enteric bacteria.
KW  - Hfq
KW  - noncoding RNA
KW  - ProQ
KW  - RNA-seq
KW  - bacterial pathogen
KW  - posttranscriptional control
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-177722
VL  - 10
IS  - 1
ER  -