TY  - JOUR
A1  - Poethke, Hans-Joachim
A1  - Hovestadt, Thomas
A1  - Mitesser, Oliver
T1  - Local extinction and the evolution of dispersal rates: Causes and correlations
N2  - We present the results of individual-based simulation experiments on the evolution of dispersal rates of organisms living in metapopulations. We find conflicting results regarding the relationship between local extinction rate and evolutionarily stable (ES) dispersal rate depending on which principal mechanism causes extinction: if extinction is caused by environmental catastrophes eradicating local populations, we observe a positive correlation between extinction and ES dispersal rate; if extinction is a consequence of stochastic local dynamics and environmental fluctuations, the correlation becomes ambiguous; and in cases where extinction is caused by dispersal mortality, a negative correlation between local extinction rate and ES dispersal rate emerges. We conclude that extinction rate, which both affects and is affected by dispersal rates, is not an ideal predictor for optimal dispersal rates.
KW  - Ausbreitung
KW  - Evolution
KW  - Computersimulation
KW  - Metapopulation
KW  - dispersal
KW  - evolution
KW  - ESS
KW  - metapopulation
KW  - extinction
KW  - individual-based model
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47718
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brandt, Sönke
T1  - Metamorphic evolution of ultrahigh-temperature granulite facies and upper amphibolite facies rocks of the Epupa Complex, NW Namibia
T1  - Metamorphe Entwicklung von ultrahochtemperatur-granulitfaziellen und amphibolitfaziellen Gesteinen des Epupa-Komplexes, NW Namibia
N2  - The high-grade metamorphic Epupa Complex (EC) of north-western Namibia constitutes the south-western margin of the Archean to Proterozoic Congo Craton. The north-eastern portion of the EC has been geochemically and petrologically investigated in order to reconstruct its tectono-metamorphic evolution. Two distinct metamorphic units have been recognized, which are separated by ductile shear zones: (1) Upper amphibolite facies rocks (Orue Unit) and (2) ultrahigh-temperature (UHT) granulite facies rocks (Epembe Unit). The rocks of the EC are transsected by a large anorthosite massif, the Kunene Intrusive Complex (KIC). The Orue Unit and the Epembe Unit were affected by two distinct Mesoproterozoic metamorphic events, as is evident from differences in their metamorphic grade, in the P-T paths and in the age of peak-metamorphism: (1) The Orue Unit consists of a Palaeoproterozoic volcano-sedimentary sequence, which was intruded by large masses of I-type granitoids and by rare mafic dykes. During the Mesoproterozoic (1390-1318 Ma) the Orue Unit rocks underwent upper amphibolite facies metamorphism. The volcano-sedimentary sequence is constituted by interlayered basaltic amphibolites and rhyolitic felsic gneisses, with intercalations of migmatitic metagreywackes, migmatitic metapelites, metaarkoses and calc-silicate rocks. The Orue Unit was subdivided into three parts, which record similar heating-cooling paths but represent individual crustal levels: Heating led to the partial replacement of amphibole, biotite and muscovite through dehydration melting reactions. The peak-metamorphic P-T conditions of c. 700°C, 6.5 +/- 1.0 kbar (south-eastern part), c. 820°C, 8 +/- 0.5 kbar (south-western part) and c. 800°C, 6.0 +/- 1.0 kbar (northern part) correlate well with the mineral assemblage in the metapelites, i.e. Grt-Bt-Sil gneisses and schist in the south-eastern and south-western region and (Grt-)Crd-Bt gneisses in the northern part. Peak-metamorphism was followed by retrograde cooling to middle amphibolite facies conditions. Contact metamorphism, related with the intrusion of the anorthosites, is restricted to the direct contact to the KIC and recorded by massive metapelitic Grt-Sil-Crd felses, formed under upper amphibolite facies conditions (c. 750°C, c. 6.5 kbar). (2) The Epembe Unit consists of a Palaeoproterozoic volcano-sedimentary succession, which was intruded by small bodies of S-type granitoids and by andesitic dykes. All these rocks underwent UHT granulite facies metamorphism during the early Mesoproterozoic (1520-1447 Ma). The volcano-sedimentary succession is dominated by interlayered basaltic two-pyroxene granulites and rhyolitic felsic granulites. Migmatitic metapelites and metagreywackes are intercalated in the metavolcanites. Sapphirine-bearing MgAl-rich gneisses occur as restitic schlieren in the migmatitic metagreywackes. Reconstructed anti-clockwise P-T paths are subdivided into several distinct stages: During prograde near-isobaric heating to UHT conditions at c. 7 kbar biotite- or hornblende-bearing mineral assemblages were almost completely replaced by anhydrous mineral assemblages through various dehydration melting reactions. A subsequent pressure increase of 2-3 kbar led to the formation of the peak-metamorphic mineral assemblages Grt-Opx and (Grt-)Opx-Cpx in the orthogneisses and Grt-Opx, Grt-Sil and (Grt-)(Spr-)Opx-Sil-Qtz in the paragneisses. UHT-Metamorphism is proved by conventional geothermobarometry (970 +/- 70°C; 9.5 +/- 2.5 kbar), by the very high Al content of peak-metamorphic orthopyroxene (up to 11.9 wt.% Al2O3) in many paragneisses and by Opx-Sil-Qtz assemblages in the MgAl-rich gneisses. Post-peak decompression is recorded by several corona and symplectite textures, formed at the expense of the peak-metamorphic phases: Initial UHT decompression of about ca. 2 kbar to 940 +/- 60°C at 8 +/- 2 kbar is mainly evident from the formation of sapphirine-bearing symplectites in the Opx-Sil gneisses. Subsequent high-temperature decompression to 6 +/- 2 kbar at 800 +/- 60°C resulted in the formation of Crd-Opx-Spl, Crd-Opx and Spl-Crd symplectites. Subsequent near-isobaric cooling to upper amphibolite conditions of 660 +/- 30°C at 5 +/- 1.5 kbar led to the re-growth of biotite, hornblende, sillimanite and garnet. During continued decompression orthopyroxene and cordierite were formed at the expense of biotite in several paragneisses. In a geodynamic model UHT metamorphism of the Epembe Unit is correlated with the formation of a large magma chamber at the mantle-crust boundary, which forms the source for the anorthosites of the KIC. In contrast, amphibolite facies metamorphism of the Orue Unit is ascribed to a regional contact metamorphic event, caused by the emplacement of the anorthositic crystal mushes in the middle crust.
N2  - Epupa-Komplex (EK) Nordwest-Namibias bildet den südwestlichen Rand des archaischen bis proterozoischen Kongo-Kratons. Der nordöstliche Teil des EK wurde geochemisch und petrologisch untersucht, um seine tektono-metamorphe Entwicklung zu rekonstruieren. Hierbei wurden zwei unterschiedliche metamorphe Einheiten erkannt, die durch duktile Scherzonen getrennt sind: (1) Gesteine der oberen Amphibolitfazies (Orue-Einheit) und (2) Ultrahochtemperatur (UHT)-granulitfazielle Gesteine (Epembe-Einheit). Die Gesteine des EK werden von einem gewaltigen Anorthosit-Massiv, dem Kunene-Intrusiv-Komplex (KIK), durchschlagen. Unterschiede im Metamorphosegrad, in den P-T Pfaden und den Metamorphose-Altern belegen, dass die Orue-Einheit und die Epembe-Einheit von zwei unterschiedlichen mesoproterozoischen Metamorphosen erfasst wurden: (1) Die Orue-Einheit setzt sich aus einer paläoproterozoischen vulkano-sedimentären Abfolge zusammen, die von I-Typ Granitoiden und Basaltgängen intrudiert wurde. Während des Mesoproterozoikums (1390-1318 Ma) wurde die Orue-Einheit unter Bedingungen der oberen Amphibolitfazies metamorph überprägt. Die vulkano-sedimentäre Abfolge wird von einer Wechsellagerung von basaltischen Amphiboliten und rhyolitischen felsischen Gneisen aufgebaut, in die migmatitische Metagrauwacken, migmatitische Metapelite, Metaarkosen und Kalksilikate eingeschaltet sind. Die Orue-Einheit wurde in drei Regionen untergliedert, die ähnliche Aufheizungs-Abkühlungs-Pfade aufweisen, aber unterschiedliche Krustenbereiche repräsentieren: Aufheizung führte zur partiellen Verdrängung von Amphibol, Biotit und Muskovit durch Dehydratations-Schmelz-Reaktionen. Die höchstgradigen P-T Bedingungen von ca. 700°C, 6.5 +/- 1.0 kbar (südöstlicher Teil), ca. 820°C, 8 +/- 0.5 kbar (südwestlicher Teil) und ca. 800°C, 6.0 +/- 1.0 kbar (nördlicher Teil) stimmen mit den jeweiligen Mineralparagenesen der Metapelite überein (Grt-Bt-Sil-Gneise und –Schiefer im südöstlichen und –westlichen Teil und (Grt-)Crd-Bt-Gneise im nördlichen Teil). Abkühlung erfolgte unter Bedingungen der mittleren Amphibolitfazies. Kontaktmetamorphose, verbunden mit der Intrusion der Anorthosite, ist auf den direkten Kontaktbereich zum KIK beschränkt und durch undeformierte metapelitische Grt-Sil-Crd Felse überliefert, die unter Bedingungen der oberen Amphibolitfazies (ca. 750°C, ca. 6.5 kbar) gebildet wurden. (2) Die Epembe-Einheit besteht aus einer paläoproterozoischen vulkano-sedimentären Abfolge, die von kleinvolumigen S-Typ Granitoiden und Andesitgängen intrudiert wurde. Die Gesteine wurden im frühen Mesoproterozoikum (1520-1447 Ma) von einer UHT-granulitfaziellen Metamorphose erfasst. Die vulkano-sedimentäre Abfolge wird durch wechsellagernde basaltische Zwei-Pyroxen Granulite und rhyolitische felsische Granulite dominiert. Migmatitische Metapelite und Metagrauwacken sind in die Metavulkanite eingeschaltet. Sapphirin-führende MgAl-reiche Gneise treten als restititische Schlieren in den migmatitischen Metagrauwacken auf. Die rekonstruierten P-T Pfade verlaufen entgegen des Uhrzeigersinnes und sind in mehrere Stufen gegliedert: Während annähernd isobarer Aufheizung zu UHT-Bedingungen bei ca. 7 kbar wurden Biotit- und Hornblende-führende Mineralparagenesen weitgehend oder vollständig im Zuge von Dehydratations-Schmelzreaktionen verdrängt. Ein anschließender Druck-Anstieg um 2-3 kbar führte zur Bildung der höchstgradigen Mineralparagenesen Grt-Opx und (Grt-)Opx-Cpx in den Orthogneisen und Grt-Opx, Grt-Sil und (Grt-)(Spr-)Opx-Sil-Qtz in den Paragneisen. UHT-Metamorphose ist durch konventionelle Geothermobarometrie (970 +/- 70°C; 9.5 +/- 2.5 kbar), den sehr hohen Al-Gehalt von höchstgradigem Orthopyroxen (bis zu 11.9 Gew.% Al2O3) in zahlreichen Paragneisen und die Paragenese Opx-Sil-Qtz in den MgAl-reichen Gneisen belegt. Anschließende Dekompression ist durch zahlreiche Korona- und Symplektit-Gefüge um die höchstgradigen Minerale überliefert. Initiale UHT-Dekompression um ca. 2 kbar (940 +/- 60°C; 8 +/- 2 kbar) ist hauptsächlich durch Sapphirin-führende Symplektite in den MgAl-reichen Gneisen belegt. Anhaltende Dekompression unter granulitfaziellen Bedingungen (800 +/- 60°C; 6 +/- 2 kbar) führte zur Bildung von Crd-Opx-Spl, Crd-Opx und Spl-Crd Symplektiten. Anschließende annähernd isobare Abkühlung zu Bedingungen der oberen Amphibolitfazies (660 +/- 30°C; 5 +/- 1.5 kbar) führte zum Wiederwachstum von Biotit, Hornblende, Sillimanit und Granat. Während anhaltender Dekompression wurde in den Paragneisen Orthopyroxen und Cordierit auf Kosten von Biotit gebildet. In einem geodynamischen Model wird die UHT-Metamorphose wird mit der Bildung einer Magmenkammer an der Kruste-Mantel-Grenze in Zusammenhang gebracht, welche zugleich die Magmenquelle für die Anorthosite des KIK darstellt. Die amphibolitfazielle Metamorphose der Orue-Einheit wird dagegen mit einer regionalen Kontaktmetamorphose während der Platznahme der anorthositischen Magmen in Verbindung gebracht.
KW  - Namibia <Nordwest>
KW  - Granulit
KW  - Metamorphose <Geologie>
KW  - Namibia
KW  - Petrologie
KW  - Metamorphose
KW  - Granulite
KW  - Epupa-Komplex
KW  - Namibia
KW  - Petrology
KW  - Metamorphism
KW  - Granulite
KW  - Epupa Complex
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10930
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hofmann, Markus
T1  - Signal transduction during defense response and source-sink transition in tomato
T1  - Signaltransduktion während source-sink-Übergang und Pathogenabwehr in Tomate
N2  - Plants have evolved an elaborate system to cope with a variety of biotic and abiotic stresses. Typically, under stress conditions an appropriate defense response is invoked which is accompanied by changes in the metabolic status of the plant. Photosynthesis is downregulated and sucrose is imported into the tissue, which provides a faster and more constant flux of energy and carbon skeletons to perform the defense response. Interestingly, these processes are co-ordinately regulated and the signal transduction chains underlying these cellular programs appear to share at least some common elements. Both the induction of sink metabolism and defense response is dependent on signal transduction pathways involving protein phosphorylation. Furthermore, regulation of extracellular invertase (INV) and phenylalanine ammonia lyase (PAL) which are markers for sink metabolism and defense response is preceded by the transient activation of MAP kinases. In depth analysis of MAP kinase activation by partial purification led to the discovery that, depending on the stimulus, different subsets of MAP kinases are activated. This differential MAPK activation is likely to possess a signal encoding function. In addition, the partial purification of MAP kinases was found to be suitable to address specific cellular functions to individual MAP kinase isoenzymes. By this way, LpWIPK was identified as the major MAP kinase activity induced after stimulation of tomato cells with different elicitors. LpWIPK is thus considered as a key regulator of defense response together with sink induction in tomato. A study using nonmetabolisable sucrose analogs revealed that the regulation of photosynthesis is not directly coupled to this signal transduction pathway since it is independent of MAP kinase activation. Nonetheless, downregulation is induced by the same stimuli that induce the defense response and sink metabolism and it will therefore be interesting to uncover the branch points of this signalling network in the future. MAP kinases are not only central components regulating the response to biotic stresses. In addition to e.g. pathogens, MAP kinases are as well involved in signal transduction events invoked by abiotic stresses like cold and drought. In a recent study, we could show that a MAP kinase is activated by heat stress, under conditions a plant will encounter in nature. This previously unknown MAP kinase is able to specifically recognise the heat stress transcription factor HsfA3 as a substrate, which supports a role of this MAP kinase in the regulation of the heat stress response. Moreover, the observation that HsfA3 is phosphorylated by the heat activated MAP kinase in vitro provides a promising basis to identify HsfA3 as the first physiological substrate of a plant MAP kinase. Intracellular protons have been implicated in the signal transduction of defense related signals. In a study using Chenopodium rubrum cells, we could show that cytosolic changes in pH values do not precede the regulation of the marker genes INV and PAL. Depending on the stimulus applied, cytosolic acidification or alkalinisation can be observed, which excludes a role for protons as signals in this pathway. Together with the concomitant changes of the pH value of the extracellular space, these variations can thus be considered as terminal part of the defense response itself rather than as a second messenger. WRKY transcription factors have only recently been identified as indirect targets of a central plant MAP kinase cascade. In addition, the identification of cognate binding sites in the promoters of INV and PAL supports a role for these proteins in the co-ordinate regulation of defense response and sink induction. A novel elicitor responsive WRKY transcription factor, LpWRKY1, was cloned from tomato and characterised with respect to its posttranslational modification. This immediate early transcription factor is transiently induced upon pathogen attack and the induction is dependent on phosphorylation. Furthermore, it was shown for the first time with respect to WRKY transcription factors, that LpWRKY1 is phosphorylated in vivo. Analysis of the role of this phosphorylation by in gel assays using recombinant WRKY protein as the substrate revealed two protein kinases that are transiently activated during the defense response to phosphorylate LpWRKY1. This data demonstrates that WRKY proteins require phosphorylation to modulate their DNA binding or transactivating activity.
N2  - Pflanzen haben ein aufwendiges System entwickelt um auf verschiedene Umweltreize zu reagieren. Meist wird unter Stressbedingungen ein passendes Abwehrprogramm aktiviert. Gleichzeitig wird die Photosynthese im jeweils betroffenen Gewebe abgeschaltet und stattdessen Saccharose importiert. Dieser Source-Sink Übergang stellt sicher, dass Energie und Kohlenstoffbausteine für die Abwehr schnell zur Verfügung stehen. Diese beiden Prozesse sind koordiniert reguliert und die zugrundeliegenden Singnaltransduktionswege scheinen wenigstens einige Komponenten gemeinsam zu haben. Sowohl die Induktion des Sink Metabolismus (gemessen an der Induktion der extrazellulären Invertase, INV) als auch des Abwehrprogramms (gemessen an der Induktion der Phenylalanin Ammonia-Lyase, PAL) sind von Phosphorylierungen abhängig. Außerdem geht der Induktion beider Gene die transiente Aktivierung von MAP Kinasen voran. Eine genauere Analyse der MAP Kinase Aktivierung durch partielle Reinigung zeigte, dass abhängig vom Stimulus mehrere MAP Kinasen aktiviert werden. Diese differentielle MAP Kinase Aktivierung stellt somit eine Möglichkeit der Signalcodierung dar. Die partielle Reinigung der MAP Kinasen wurde auch verwendet, um einzelnen MAP Kinase Isoenzymen spezifische zelluläre Funktionen zuzuweisen. Dadurch konnte LpWIPK (wound induced protein kinase) als Hauptaktivität nach Stimulation on Tomatenzellen mit Elicitoren bestimmt werden. LpWIPK könnte also sowohl die Pathogenabwehr als auch den source-sink Übergang gleichzeitig steuern. Allerdings ist die Regulation der Photosynthese unabhängig von diesem Signaltransduktionsweg. Eine Untersuchung mit nichtmetabolisierbaren Saccharose-Analoga zeigte, dass die Regulation der Photosynthese unabhängig von einer MAP Kinase Aktivierung stattfindet. Das abschalten der Photosynthese wird durch die gleichen Stimuli hervorgerufen, die auch Pathogenabwehr und Sink Metabolismus induzieren. Eine Interaktion der beiden Signaltransduktionswege ist somit wahrscheinlich. MAP Kinases spielen nicht nur bei der Antwort auf biotischen Stress eine wichtige Rolle. Zusätzlich werden MAP Kinasen auch durch abiotischen Stress wie Kälte und Dürre aktiviert. Kürzlich konnten wir zeigen, dass Hitzestress unter natürlichen Bedingungen ebenfalls eine MAP Kinase aktiviert. Diese bisher unbekannte MAP Kinase akzeptiert den Hitzestress Transkriptionsfaktor HsfA3 als in vitro Substrat. Dies unterstützt die Vermutung, dass diese MAP Kinase eine Rolle in der Regulation der Hitzestress Antwort spielt. Außerdem stellt die Beobachtung, dass die hitzeaktivierte MAP Kinase HsfA3 in vitro phosphoryliert eine vielversprechende Ausgangssituation dar, um HsfA3 als erstes physiologisches MAP Kinase Substrat in Pflanzen zu identifizieren. Intrazelluläre pH Änderungen wurden als Komponenten der Signaltransduktion für die Pathogenabwehr diskutiert. In Zellen von Chenopodium rubrum konnten wir zeigen, dass solche Änderungen nicht in Zusammenhang mit der Induktion der beiden Markergene INV und PAL stehen. Die Änderung des intrazellulären pH Wertes erfolgt nach der Induktion der Markergene, und kann je nach Stimulus Alkalisierung oder Ansäuerung zur Folge haben. Diese Beobachtungen schließen eine Rolle der pH Änderungen in der Signaltransduktion von Stressreizen aus. Die gefundenen pH Wert Änderungen sind somit eher als Teil der Pathogenabwehr und nicht als vorgelagerte Komponente zu verstehen. WRKY Transkriptionsfaktoren wurden erst kürzlich als indirekte Ziele einer MAP Kinase Kaskade beschrieben. Außerdem finden sich in den Promotoren von INV und PAL Bindestellen für WRKY Transkriptionsfaktoren, was eine Beteiligung dieser Proteine an der koordinierten Regulation von Abwehr und Sink Metabolismus wahrscheinlich macht. Ein neuer WRKY Transkriptionsfaktor, LpWRKY1 wurde aus Tomate kloniert und in Hinblick auf mögliche posttranslationelle Modifikationen charakterisiert. Dieser Trankriptionsfaktor zählt zu den schnellen frühen Genen und wird in Antwort auf Elicitoren transient induziert. Die Induktion des Faktors in abhängig von Phosphorylierungen. Es konnte weiterhin erstmalig gezeigt werden, dass LpWRKY1 in vivo phosphoryliert wird. Eine weitere Analyse durch in gel Kinase Tests mit rekombinantem LpWRKY1 als Substrat zeigte, dass zwei Proteinkinasen während der Abwehrantwort transient aktiviert werden und LpWRKY1 phosphorylieren. Diese Daten legen nahe, dass die DNA Bindeaktivität oder die Transaktivierungsaktivität von WRKY Transkriptionsfaktoren durch Phosphorylierung gesteuert wird.
KW  - Tomate
KW  - WRKY
KW  - MAP Kinase
KW  - Signaltransduktion
KW  - tomato
KW  - WRKY
KW  - MAP kinase
KW  - signal transduction
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5421
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schwärzel, Martin
T1  - Localizing engrams of olfactory memories in Drosophila
T1  - Lokalisation von Duftgedächtnissen in Drosophila
N2  - Zars and co-workers were able to localize an engram of aversive olfactory memory to the mushroom bodies of Drosophila (Zars et al., 2000). In this thesis, I followed up on this finding in two ways. Inspired by Zars et al. (2000), I first focused on the whether it would also be possible to localize memory extinction.While memory extinction is well established behaviorally, little is known about the underlying circuitry and molecular mechanisms. In extension to the findings by Zars et al (2000), I show that aversive olfactory memories remain localized to a subset of mushroom body Kenyon cells for up to 3 hours. Extinction localizes to the same set of Kenyon cells. This common localization suggests a model in which unreinforced presentations of a previously learned odorant intracellularly antagonizes the signaling cascades underlying memory formation. The second part also targets memory localization, but addresses appetitive memory. I show that memories for the same olfactory cue can be established through either sugar or electric shock reinforcement. Importantly, these memories localize to the same set of neurons within the mushroom body. Thus, the question becomes apparent how the same signal can be associated with different events. It is shown that two different monoamines are specificaly necessary for formation of either of these memories, dopamine in case of electric shock and octopamine in case of sugar memory, respectively. Taking the representation of the olfactory cue within the mushroom bodies into account, the data suggest that the two memory traces are located in the same Kenyon cells, but in separate subcellular domains, one modulated by dopamine, the other by octopamine. Taken together, this study takes two further steps in the search for the engram. (1) The result that in Drosophila olfactory learning several memories are organized within the same set of Kenyon cells is in contrast to the pessimism expressed by Lashley that is might not be possible to localize an engram. (2) Beyond localization, a possibible mechanism how several engrams about the same stimulus can be localized within the same neurons might be suggested by the models of subcellular organisation, as postulated in case of appetitive and aversive memory on the one hand and acquisition and extinction of aversive memory on the other hand.
N2  - Troy Zars und seine Mitarbeiter konnten für das olfaktorische Elektoschockgedächtnis von Drosophila zum ersten mal die Spur eines Duftgedächtnisses in den Pilzkörpern (PK) lokalisieren. Darauf aufbauend stelle ich nun in dieser Arbeit zwei Fragen: 1. Wäre es möglich auch den Prozess der Auslöschung dieses Gedächtnissen zu lokalisieren? Obwohl die Verhaltensphysiologie der Gedächtnisauslöschung sehr gut charakterisiert sind weiss man sehr wenig über die daran beteiligten molekularen Signalmechanismen und Strukturen. In Anlehnung an die Arbeit von Zars et al. (2000) kann ich zeigen, dass sowohl die Speicherung wie auch die Auslöschung dieses Gedächt-nisses in den gleichen Kenyonzellen der PK geschieht. Diese gemeinsame zelluläre Lokalisierung legt ein Model nahe, in dem die wiederholte Präsentation des mit Elektro-schock assoziierten Duftes während der Auslöschung, intrazellulär auf die gleichen Signalwege wirkt die auch für die Bildung des Duftgedächtnisses notwendig sind. 2. Wäre es möglich auch die Spur eines attraktive Duftgedächtnisses zu lokalisieren? Ich kann zeigen, dass Gedächtnisse über den gleichen Duft sowohl attraktiv als auch repulsiv sein können, je nachdem ob Zucker oder Elektroshock während der pavlovschen Konditionierung benutzt wird. Beide Gedächtnisse sind im gleichen Satz von Kenyonzellen lokalisiert. Dies wirft die Frage auf, wie das gleiche Duftsignal mit zwei verschiedenen Ereignissen (Zucker und Elektroschock) assoziiert werden kann. Es zeigt sich, dass zwei unterschiedliche Monoamine jeweils spezifisch für das Anlegen eines der beiden Gedächtnisse verantwortlich sind; Dopamin für das Electroschockgedächtnis und Octopamin für das Zuckergedächtnis. Berücksichtigt man wie Duftreize in den PK kodiert sind, ergibt sich ein Model bei dem zwar beide Spuren in einer Zelle lokalisiert sind, diese jedoch durch die Nutzung unterschiedlicher subzellulärer Bereiche voneinander getrennt werden. Jeweils einer dieser Bereiche wäre durch Dopamin moduliert, der andere durch Octopamin. Das Fazit dieser Studie ist, dass zwei wichtige Punkte bei der Lokalisierung von Gedächtnis-spuren aufgezeigt wurden. (1) Die Tatsache, dass beim Duftlernen von Drosophila mehrere Spuren verschiedener Duftgedächtnisse lokalisiert worden sind widerlegt die von Lashley aufgestellte Behauptung, dass Gedächtnisse nicht lokalisierbar sind. (2) Verschiedene Spuren können für den gleichen Duft in den gleichen Zellen angelegt werden, sofern man eine subzelluläre Organisation annimmt, wie sie sowohl für Zucker- und Elektroschockgedächtnis, als auch Gedächtnisbildung und Auslöschen vorgeschlagen werden
KW  - Taufliege
KW  - Gedächtnis
KW  - Lernen
KW  - Signaltransduktion
KW  - Gedächtnis
KW  - Verhalten
KW  - Catecholamine
KW  - Signaltransduktion
KW  - Lernen
KW  - Memory
KW  - Behaviour
KW  - catecholamines
KW  - signaltransduction
KW  - learning
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5065
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schulz, Heidi
T1  - Towards a comprehensive description of the human retinal transcriptome: identification and characterization of differentially expressed genes
T1  - Identifizierung und Charakterisierung von differenziell exprimierten Genen - ein Beitrag zur umfassenden Beschreibung des Transkriptoms der menschilchen Netzhaut
N2  - The human retina is a multilayered neuroectodermal tissue specialized in the transformation of light energy into electric impulses which can be transmitted to the brain where they are perceived as vision. Since the retina is easily accessible and functional aspects are directly recordable, the study of this tissue has been at the forefront of neuroscience research for over a century. Studies have revealed that the distinct functions of the retina require a large degree of differentiation which is achieved by the coordinated function of approximately 55 different cell types. The highly structured anatomy and the functional differentiation of the retina is a result of its distinctive transcriptome and proteome. Due to the complexity of the retina it has been difficult to estimate the number of genes actively transcribed in this tissue. Great efforts in the elucidation of retinal disease genes have led to the identification of 139 retina disease loci with 90 of the corresponding genes cloned thus far . In contrast to the success in the hereditary disorders, efforts to identify the genetic factors conferring manifestations known as age-related macular degeneration (AMD) have revealed sparse results. AMD is a retinal disease affecting a significant percentage of the older population. This disorder is likely due to exogenic as well as genetic factors. To further our understanding of retinal physiology and facilitate the identification of genes underlying retinal degenerations, particularly AMD, our efforts concentrated on the systematic analysis of the retinal transcriptome. Since approximately half of all retinal degeneration-associated genes identified to date are preferentially expressed in retina, it is plausible that the investigation of gene expression profiles and the identification of retina-expressed transcripts could be an important starting point for characterizing candidate genes for the retinal diseases. The expressed sequence tags approach included the assessment of all retinal expressed sequence tags (EST) clusters indexed in the UniGene database and of 1080 single-pass ESTs derived from an in-house generated human retina suppression subtracted hybridization (SSH) cDNA library. In total, 6603 EST clusters were evaluated during this thesis and detailed in-silico analysis was performed on 750 EST clusters. The expression of the genes was evaluated using reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), followed by confirmation using quantitative reverse transcriptase-polymerase chain reaction (qRT-PCR), as well as conventional and virtual Northern blot analysis. The expression profiling of 337 selected EST clusters led to the identification of 111 transcripts, of which 60 are specific or abundant to the retina, 3 are expressed at high levels in the retinal pigment epithelium (RPE), and 48 are expressed in brain as well as in retina. The EST approach used to select candidate transcripts allowed us to assess the effectiveness of the two available resources, the UniGene database and the retinal SSH (retSSH) cDNA library. From the results obtained, it is evident that the generation of suppression subtracted libraries to identify cell-specific transcripts constitutes the most straight-forward and efficient strategy. In addition to the high percentage of candidate genes that are identified from an SSH cDNA library, it has the added benefit that genes expressed at low levels can be identified. Furthermore, comparison of our retina-enriched gene set with previously published studies demonstrated only limited overlap of the identified genes further confirming the valuable source of retinal genes from our retinal SSH cDNA library. The effort of our and other groups has resulted in the establishment of the full-length coding sequence of 55 of the 111 genes uniquely or preferentially expressed in the retina. Using various methods such as bioinformatical analysis, EST assembly, cDNA library screening, and rapid amplification of cDNA ends (RACE) a number of genes were cloned in the scope of this thesis including C1orf32, C4orf11, C7orf9, C12orf7, C14orf29, DAPL1, and GRM7. Bioinformatic analyses and cDNA library screening were used to isolate the full-length cDNA sequence and determine the genomic organization of C7orf9, also identified as RFRP. This 1190 bp retina-specific transcript from chromosome 7p15.3 encodes a precursor protein for at least two small neuropeptides, referred to as RFRP-1 and RFRP-3. Since C7orf9 is localized in the critical region for dominant cystoid macular dystrophy (CYMD) its role in the pathology was investigated. Southern blot analysis and sequencing of samples from two affected individuals of the original pedigree used to localize the disease gene excluded the gene from involvement in this disease. Multiple isoforms of the C12orf7 gene were assembled from a number of clones identified from library screenings, PCR amplifications, and RACE experiments. The gene variants, transcribed from chromosome 12q13.13, have been found to be expressed exclusively in retina. Because of the multiple alternative splicing of the gene, we can only speculate about the nature of the protein it encodes. The longest transcript, which includes all six exons plus the last intervening sequence, encodes a 471 aa protein which contains a nuclear localization signal and five ankyrin repeats. The existence of many isoforms is also observed in mouse suggesting that they may have a relevant role in cellular physiology. Five novel splice variants of the glutamate metabotropic receptor 7 (GRM7) resulting from the use of alternative 3’-end exons were identified and characterized. One of the novel variants, GRM7_v3, encodes a 924 aa protein and is therefore the longest putative GRM7 protein reported to date. Even though they are not retina-specific, the isoforms are preferentially expressed in the nervous system. Although the functional properties of the specific carboxyl-termini are still unclear, it is known that axon targeting of GRM7_v1 is mediated by the last 60 aa of the protein. Hence the novel isoforms may direct the protein to specific subcellular localizations. The C1orf32 gene, preferentially expressed in retina, is organized in 10 exons and is transcribed from chromosome 1q24.1. Bioinformatic analyses of the 639 aa putative protein not only identified the mouse and rat orthologous genes but also the LISCH7 gene as a potential member of the same family. Since the LISCH7 protein has been shown to function as a low density lipoprotein receptor, the C1orf32 protein may be involved in retinal lipid homeostasis. Disturbances in lipid metabolism have been proposed as one of the pathways involved in AMD etiology. Thus, the role of C1orf32 in this complex disease should be investigated. Expression analyses of the death-associated protein-like 1 (DAPL1) gene revealed that it is expressed in both the retina and the RPE at high levels. The 552 bp transcript encodes a 107 aa putative protein and is transcribed from chromosome 2q24.1. In-silico analyses identified an additional 12 related proteins from various species which share high similarity constituting a novel protein family. The similarity to the death-associated-protein (DAP) is particularly interesting since this protein has been found to be indispensable for programmed cell death. Therefore, DAPL1 is an excellent candidate for retinal disease as apoptosis is generally the ultimate cause in retinal degeneration. The retina-specific C4orf11 and C14orf29 genes localized on chromosome 4q21.22 and 14q22.1, respectively, are both transcribed in more than one isoform. The encoded proteins do not contain any known domains but because of their retina-specific expression they may be important for proper retinal physiology. As part of the long-term goals of the project, several of the cloned genes are being genotyped to construct single nucleotide polymorphism (SNP) maps. Projects to investigate haplotype frequencies of candidate genes in large cohorts of controls and AMD patients are ongoing. Thus, by establishing a collection of 111 genes expressed exclusively or preferentially in the retina, the present work has laid the foundation for future research in retinal diseases.
N2  - Die menschliche Retina ist ein mehrschichtiges neuroektodermales Gewebe, das auf die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Impulse spezialisiert ist. Diese Impulse werden zum Gehirn weitergeleitet, wo sie als Bilder gesehen werden. Da die Retina experimentell leicht zugänglich ist und funktionelle Aspekte direkt untersucht werden können, nehmen Experimente an diesem Gewebe in der neurologischen Forschung seit mehr als einem Jahrhundert einen Spitzenplatz ein. Es wurde gezeigt, dass die unterschiedlichen Funktionen der Retina durch eine enorme Differenzierung in mehr als 55 Zelltypen, die koordiniert miteinander in Kontakt treten, ermöglicht wird. Die hohe strukturelle und funktionelle Komplexität der Retina wiederum ist das Resultat ihres Transkriptoms und ihres Proteoms. Die Komplexität der Retina erschwert es, die Zahl aktiv transkribierter Gene in diesem Gewebe zu schätzen. Durch die vielfältigen Bemühungen, Gene zu identifizieren, die mit retinalen Erkrankungen in Zusammenhang stehen, konnten bisher 139 Genloci mit retinalen Krankheiten in Verbindung gebracht werden und in 90 Fällen wurden die jeweiligen Gene bereits kloniert . Während auf dem Gebiet der hereditären Erkrankungen damit bereits große Erfolge erzielt wurden, sind die Resultate, was komplexe Erkrankungen wie die altersabhängige Makuladegeneration (AMD) betrifft, noch spärlich. AMD ist eine retinale Erkrankung, die einen signifikanten Prozentsatz der älteren Bevölkerung betrifft. Es wird angenommen, dass sowohl exogene als auf genetische Faktoren als Auslöser beteiligt sind. Um die Physiologie der Retina besser zu verstehen und die Identifikation von Genen, die in retinale Erkrankungen involviert sind, zu ermöglichen, wurde in dieser Arbeit ein Schwerpunkt auf die systematische Analyse des retinalen Transkriptoms gelegt. Etwa die Hälfte aller Gene, die bei retinalen Erkrankungen eine Rolle spielen und bis heute identifiziert wurden, werden überwiegend in der Retina exprimiert. Das Erstellen von Genexpressionsprofilen und die Identifikation von retina-spezifischen Transkripten ist daher der erste wichtige Schritt für die Charakterisierung von Kandidatengenen für retinale Erkrankungen. Zu diesem Zweck wurde eine „Expressed Sequence Tags“ (ESTs) Analyse durchgeführt, in der alle Retina „Clusters“ der UniGene Datenbank sowie 1080 einzelne ESTs einer laboreigenen, suppressiv-subtraktiv hybridisierten (SSH) cDNA Bank der menschlichen Retina bewertet. Insgesamt wurden 6603 EST „Clusters“ während dieser Arbeit untersucht und für 750 eine detaillierte in-silico Analyse angeschlossen. Die Expression der Gene wurde mittels reverser Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) untersucht und mit quantitativer RT-PCR (qRT-PCR) bestätigt. Außerdem wurden konventionelle und virtuelle Northern Blot Hybridisierungen zur Aufklärung der Expressionsprofile eingesetzt. Die Expressionsprofile von 337 EST „clustern“ führte zur Identifikation von 111 Transkripten, von denen 60 abundant oder spezifisch in der Retina exprimiert werden, drei eine hohe Expression im retinalen Pigmentepithel (RPE) zeigen und 48 sowohl in der Retina als auch im Gehirn vorkommen. Die Bewertung der ESTs zur Auswahl von Kandidatengenen erlaubte einen direkten Vergleich der beiden genutzten Datenressoucen, der UniGene Datenbank und der retinalen SSH (retSSH) cDNA Bank. Die Resultate zeigten, dass die Generierung einer SSH Bank zur Identifikation zellspezifischer Transkripte die effektivere Methode darstellt. Durch die Nutzung dieser cDNA Bank konnte nicht nur ein Großteil der Kandidatengene, sondern auch Gene mit einer niedrigen Expression identifiziert werden. Außerdem zeigt die cDNA Bank eine Anreicherung an Retina-Transkripten. Somit stellt die retSSH cDNA Bank eine wertvolle Quelle zu Identifizierung neuer retinaler Gene dar. Durch diese und andere Arbeiten konnte die vollständige kodierende Sequenz von 55 der 111 retinaspezifischen oder –abundanten Gene ermittelt werden. Mittels verschiedener Methoden wie bioinformatische Analysen, „EST assembly“, cDNA Bank „screening“ und „RACE-Experimenten“ konnten im Lauf dieser Arbeit mehrere Gene, darunter C1orf32, C4orf11, C7orf9, C12orf7, C14orf29, DAPL1 und GRM7, kloniert werden. Mit bioinformatischen Analysen und cDNA Bank „screening“ wurde die Volllänge cDNA Sequenz und die genomische Organisation von C7orf9 (alias RFRP), ermittelt. Das 1190 bp retinaspezifische Transkript auf Chromosom 7p15.3 kodiert ein Vorläuferprotein für mindestens zwei kleine Neuropeptide, RFRP-1 und RFRP-3. Da C7orf9 in einer kritischen Region für die dominante zystoide Makuladystrophie liegt, wurde eine mögliche Rolle für die Pathologie der Krankheit untersucht. Mittels Southern Blot Hybridisierungen und der Sequenzierung von C7orf9 zweier betroffener Patienten des gleichen Stammbaums, der für die Lokalisierung des Krankheitsgens verwendet worden war, konnte eine Beteiligung des Genes am Krankheitsbild ausgeschlossen werden. Mehrere Isoformen des C12orf7 Gens konnten mit Hilfe verschiedener Klone aus cDNA Bank „screeining“, PCR Amplifikationen und „RACE-Experimenten“ identifiziert werden. Die von Chromosom 12q13.13 transkribierten Genvarianten zeigen eine retinaspezifische Expression. Aufgrund der vielfältigen Spleißvarianten des Gens kann über die Eigenschaften des kodierten Proteins nur spekuliert werden. Das längste Transkript, das alle sechs Exone und die letzte Intron-Sequenz enthält, kodiert ein Protein mit 471 AS, das ein Kernlokalisierungssignal und fünf Ankyrin „Domains“ aufweist. Die Existenz mehrere Isoformen wurde auch in der Maus nachgewiesen, was auf eine funktionelle Relevanz in der Physiologie der Zelle hinweist. Fünf neue Spleißvarianten des Glutamat metabotropen Rezeptors 7 (GRM7) mit alternativen Exonen am 3´Ende wurden identifiziert und charakterisiert. Eine der neuen Varianten, GRM7_v3 kodiert ein 924 AS-langer Protein und stellt damit das mutmaßlich längste GRM7 Protein dar. Die Isoformen werden nicht retinaspezifisch, sondern verstärkt in neuronalen Gewebe exprimiert. Obwohl die funktionellen Eigenschaften der spezifischen Carboxyl-Enden noch nicht geklärt sind, ist bekannt, dass „axon-targeting“ von GRM7_v1 von den letzten 60 AS des Proteins vermittelt wird. Die neuen Isoformen könnten daher eine Rolle im subzellulären Transport des Proteins spielen. Das C1orf32 Gen, das vorwiegend in der Retina exprimiert wird, besitzt zehn Exone und liegt auf Chromosom 1q24.1. Mit bioinformatische Analysen konnten nicht nur die orthologen Gene des putativen Proteins mit 639 AS in Maus und Ratte, sondern auch das LISCH7 Gen als potentielles Mitglied der Genfamilie identifiziert werden. Für LISCH7 ist eine Funktion als „low density lipoprotein receptor“ bekannt, das C1orf32 Protein ist damit möglicherweise in den retinalen Fettstoffwechsel involviert. Störungen im Fettstoffwechsel sind als Ursache für AMD vorgeschlagen worden, die Rolle von C1orf32 in dieser komplexen Krankheit sollte deshalb untersucht werden. Expressionsanalysen des „death-associated protein-like 1“ (DAPL1) Gens zeigten eine hohe Expression sowohl in Retina als auch im retinales Pigmentepithel. Das 552 bp Transkript kodiert ein Protein mit 107 AS und liegt auf Chromosom 2q24.1. In-silico Analysen identifizierten 12 weitere verwandte Proteine verschiedener Spezies, die eine hohe Ähnlichkeit aufweisen und eine neue Proteinfamilie darstellen. Vor allem die Ähnlichkeit mit dem „death-associated“ Protein, das für den programmierten Zelltod essentiell ist, ist von besonderem Interesse. Apoptose ist meist der ultimative Grund der retinalen Degeneration und somit stellt DAPL1 ein ausgezeichnetes Kandidatengen für Retinopathien dar. C4orf11, lokalisiert auf Chromosom 4q21.22 und C14orf2, lokalisiert auf Chromosom 14q22.1, sind retinaspezifische Genen und werden in mehren Isoformen transkribiert. Die kodierten Proteine enthalten keine bekannten Domänen, wegen ihrer retinaspezifischen Transkription kann allerdings eine wichtige Rolle für die Funktion der Retina nicht ausgeschlossen werden. Als eines der langfristigen Ziele dieses Projekts wurden mehrere der geklonten Gene genotypisiert um „single nucleotide polymorphism“ (SNP) Karten zu erstellen. Die derzeitigen Projekte untersuchen die Haplotypfrequenzen der Kandidatengene in großen Kohorten von AMD Patienten und nicht betroffenen Kontrollpersonen. Die Kollektion von 111 retinaspezifischen oder –abundanten Genen, die in dieser Arbeit identifiziert und charakterisiert wurden, hat damit eine wichtige Grundlage für die weitere Erforschung retinaler Erkrankungen gelegt.
KW  - Netzhaut
KW  - Transkription <Genetik>
KW  - Gen
KW  - Netzhaut
KW  - Transkriptome
KW  - Retina
KW  - Transcriptome
KW  - Retina
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7278
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nedvetsky, Pavel I.
T1  - Regulation of the nitric oxide receptor, soluble guanylyl cyclase
T1  - Regulation des Rezeptor des Stickstoffoxides löslicher Guanylylcyclase
N2  - Soluble guanylyl cyclase (sGC) is the best established receptor for nitric oxide (NO) and regulates a great number of important physiological functions. Surprisingly, despite the wellappreciated roles of this enzyme in regulation of vascular tone, smooth muscle cell proliferation, platelet aggregation, renal sodium secretion, synaptic plasticity, and other functions, extremely little is known about the regulation of sGC activity and protein levels. To date, the only well-proven physiologically relevant sGC regulator is NO. In the present study, some additional possibilities for sGC regulation were shown. Firstly, we evaluated the ability of different NO donors to stimulate sGC. Significant differences in the sGC stimulation by SNP and DEA/NO were found. DEA/NO stimulated sGC much stronger than did SNP. Interestingly, no correlation between the sGC protein and maximal activity distribution was found in rat brain regions tested, suggesting the existence of some additional regulatory mechanisms for sGC. The failure of SNP to stimulate sGC maximally might be one of the reasons why the lack of correlation between the distribution of sGC activity and proteins in brain was not detected earlier. Prolonged exposure of endothelial cells to NO donors produced desensitization of the cGMP response. This desensitization cannot be explained by increased PDE activity, since PDE inhibitors were not able to prevent the NO donor-induced decrease of the maximal cGMP response in endothelial cells. The failure of SH-reducing agents to improve the cGMP response after its desensitization by NO suggests that a SH-independent mechanism mediates NO effects. Demonstration that the potency of the recently described activator of oxidized (heme-free) sGC, BAY58-2667, to stimulate sGC increases after prolonged exposure of the cells to an NO donor, DETA/NO, suggests that oxidation of heme may be a reason for NOinduced desensitization of sGC and decrease in sGC protein level. Indeed, the well-known heme-oxidizing agent ODQ produces a dramatic decrease in sGC protein levels in endothelial cells and BAY58-2667 prevents this effect. Although the mechanism of sGC activation and stabilization by BAY58-2667 is unknown, this substance is an interesting candidate to modulate sGC under conditions where sGC heme iron is oxidized. Very little is known about regulation of sGC by intracellular localization or translocation between different intracellular compartments. In the present study, an increase in sGC sensitivity to NO under membrane association was demonstrated. Treatment of isolated lung with VEGF markedly increased sGC in membrane fractions of endothelial cells. Failure of VEGF to stimulate sGC membrane association in cultured endothelial cells allows us to propose a complex mechanism of regulation of sGC membrane association and/or a transient character of sGC membrane attachment. A very likely mechanism for the attachment of sGC to membranes is via sGCinteracting proteins. These proteins may participate also in other aspects of sGC regulation. The role of the recently described sGC interaction partner, Hsp90, was investigated. Shortterm treatment of endothelial cells with an Hsp90 inhibitor does not affect NO donor or calcium ionophore-stimulated cGMP accumulation in the cells. However, inhibition of Hsp90 results in a rapid and dramatic decrease in sGC protein levels in endothelial cells. These effects were unrelated to changes in sGC transcription, since inhibition of transcription had much slower effect on sGC protein levels. In contrast, inhibitors of proteasomes abolished the reduction in sGC protein levels produced by an Hsp90 inhibitor, suggesting involvement of proteolytic degradation of sGC proteins during inhibition of Hsp90. All these data together suggest that Hsp90 is required to maintain mature sGC proteins. In conclusion, in the present study it was demonstrated that multiple mechanisms are involved in the regulation of sGC activity and its sensitivity to NO. Oxidation of sGC heme by NO seems to be one of the mechanisms for negative regulation of sGC in the presence of high or prolonged stimulation with NO. Another possible means of regulating sGC sensitivity to NO is via the intracellular translocation of the enzyme. It has been also demonstrated here that attachment of sGC to the membrane fraction results in an apparent increase in the enzyme sensitivity to NO. Additionally, Hsp90 was required to maintain sGC protein in endothelial and other cell types. However, we could not find any acute affect of Hsp90 on sGC activity, as reported recently. All these findings demonstrate that the regulation of sGC activity and protein level is a much more complex process than had been assumed earlier.
N2  - Lösliche Guanylylcyclase (sGC) ist der Hauptrezeptor für Stickstoffmonooxid (NO), der sich an der Regulation zahlreicher physiologischer Funktionen beteiligt. Trotz ihrer sehr gut untersuchten Rolle in der Regulation der Blutgefässenrelaxation, synaptische Plastizität, Aggregation der Trombozyten, renale Sekretion und anderen wichtigen Funktionen, ist die Regulation der sGC selber noch nicht ausreichend verstanden. Der einzige, zur Zeit bekannte, physiologische Regulator der sGC ist NO. In der vorgelegten Arbeit wurde die Existenz anderer Möglichkeiten der sGC Regulation gezeigt. Zuerst, wurde die Fähigkeit verschiedener NO Donoren sGC zu stimulieren untersucht. DEA/NO stimulierte sGC viel stärker als SNP. Interessanterweise, wurde keine Korrelation zwischen der Verteilung des sGC Proteins und der Enzymaktivität unter Vmax- Bedingungen in verschiedenen Rattenhirnregionen gefunden. Das deutet auf zusätzliche Regulationsmechanismen hin. Die fehlende Fähigkeit von SNP sGC maximal zu stimulieren könnte ein Grund dafür sein, warum dieses Phänomen nicht schon früher gezeigt wurde. Langfristige Behandlung von Endothelzellen mit NO Donoren produzierte eine Desensitisierung der nachfolgenden cGMP Antwort. Diese Desensitisierung kann nicht durch erhöhte Phosphodiesterase-Aktivität erklärt werden, da Phosphodiesterasenhemmer die durch NO Donor verursachte Abnahme der cGMP Antwort nicht rückgängig macht. SHreduzierende Substanzen waren nicht in der Lage die cGMP Antwort zu verbessern, was zur Annahme führt, dass SH-Gruppenoxidation keine wichtige Rolle bei der Wirkung von NO auf sGC spielt. Es müssen daher andere Regulationsmechanismen vorhanden sein. Oxidation des Häms scheint ein möglicher Mechanismus der NO-induzierten sGC Desensitisierung. Einkürzlich beschriebener Aktivator der oxidierten (bzw. Häm-freien) sGC, BAY58-2667, stimulierte sGC nach Vorbehandlung mit NO Donoreb stärker als ohne Vorbehandlung. Es wird vermutet, dass oxidierte sGC verstärkt abgebaut wird was die durch NO oder Häm oxidierende Substanzen induzierte sGC Proteinabnahme erklären würde. Tatsächlich, nahm sGC Proteinlevel nach der Behandlung mit der Häm oxidierenden Substanz, ODQ, ab. BAY58-2667 verhinderte diesen Effekt. Ferner erhöht die Membranassoziation von sGC derer Empfindlichkeit gegenüber NO. Die Membranassoziation der sGC in Endothelzellen ist reguliert. Behandlung isolierter Lunge mit VEGF erhöht den Anteil an membrangebundener sGC in Endothelzellen dramatisch. In kultivierten Endothelzellen könnte VEGF die Membranassoziation jedoch nicht stimulieren, was einen komplexen Mechanismus der Membranassoziation der sGC in vivo vermuten lässt. Wenig ist bekannt über die Interaktionen von sGC mit anderen Protein und der möglichen Rolle dieser Interaktionen bei der Regulation des Enzyms. Proteininteraktionen scheinen aber ein möglicher Mechanismus für die Membranassoziation der sGC zu sein. Aus diesem Grund wurde die Rolle eines vor kurzem beschriebenen sGC-bindenden Proteins, Hsp90, auf die sGC Regulation untersucht. Kurzfristige Behandlung der Endothelzellen mit Hsp90 Inhibitoren hat keine Auswirkung auf NO Donor- und Calciumionophore-stimulierte cGMP-Produktion. Langfristige Hemmung von Hsp90 führte dagegen zur schnellen und deutlichen Abnahme des sGC Proteins. Dieser Effekt ist nicht durch eine Veränderung der Translation zu erklären, weil Tranlationshemmer einen viel langsameren sGC Abfall verursachten. Im Gegenteil, konnte ein Proteasomeninhibitor, MG132, die Effekte von Hsp90 Hemmern rückgängig machen. Das lässt eine proteolytische Abbau der sGC für die Effekte von Hsp90 Hemmer verantwortlich machen. Diese Daten deuten darauf hin, dass Hsp90 für Aufrechterhaltung des Enzyms notwendig ist. Zusammenfassend, wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass sGC Aktivität und ihre Empfindlichkeit gegenüber ihren Aktivator NO durch multiple Faktoren beeinflusst werden kann. Oxidation des Häms durch NO könnte ein Mechanismus der negativen Regulation der sGC bei dauernd erhöhter Konzentration von NO sein. Ein zusätzlicher Mechanismus der Regulation der Empfindlichkeit der sGC gegenüber NO scheint die intrazellulare Translokation zu sein. Wir konnten hier zeigen, das die Membranassoziation der sGC ihre Empfindlichkeit gegenüber NO erhöht. Auch dieProteinlevel der sGC scheinen unter Kontrolle verschiedener Faktoren zu sein. Einer davon ist Hsp90, der für die Aufrechterhaltung des sGC Proteins sowohl in Endothelzellen als auch in anderen Zelltypen notwendig ist. Alle diese Daten zeigen, dass Regulation der sGC ein viel komplexerer Vorgang ist als bis her angenommen wurde und eröffnen interessante neue Forschungsrichtungen innerhalb dieses wichtigen Signalweges.
KW  - Guanylatcyclase
KW  - Regulation
KW  - lösliche Guanylylcyclase
KW  - cGMP
KW  - Häm
KW  - Hsp90
KW  - soluble guanylyl cyclase
KW  - cGMP
KW  - heme
KW  - Hsp90
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7046
ER  - 
TY  - THES
A1  - Abdel Rahman, Faisal Mirghani
T1  - Systematic analysis of genes expressed in the retinal pigment epithelium (RPE) and identification of candidates for genetic susceptibility to age-related macular degeneration (AMD)
N2  - Age related macular degeneration (AMD) is the leading cause of visual impairment in the elderly and the major cause of blindness in the developed world. To date, the molecular mechanisms underlying the disease are not well understood although in recent years a primary involvement of the retinal pigment epithelium (RPE) has become evident. The aim of the present study is to systematically analyse genes which are differentially expressed in the RPE, and to assess their possible association with mechanisms and pathways likely to be related to retinal disease, in particular AMD. Towards this goal, 2379 expressed sequence tags (ESTs) were established from an inhouse generated RPE cDNA library. This library was constructed by using the suppression subtraction hybridization (SSH) technique which normalises redundant sequences and ensures enrichment of rare transcripts. In a first phase, 1002 ESTs were sequenced and subjected to comprehensive alignment with public nucleotide and protein databases. A search of the 1002 ESTs against the human genome draft sequence yielded 168 known genes, 51 predicted genes, 15 unknown transcripts and 41 clones with no significant similarity. Reverse Northern blot hybridization was performed for 318 EST clusters to identify abundantly expressed genes in the RPE and to prioritize subsequent analyses. Representative clones were spotted onto a nylon membrane and hybridized with cDNA probes of driver (heart and liver) and tester (RPE) used in the cDNA library construction. Subsequently, 107 EST clusters were subjected to Northern blot hybridizations. These analyses identified 7 RPE-specific, 3 retina-specific, 7 RPE/retina-specific, and 7 tissue restricted transcripts, while 29 EST clusters were ubiquitously expressed, and evaluation was not possible for another 54 EST clusters. Of the 24 transcripts with specific or restricted expression, 16 clones were selected for further characterization. The predicted gene MGC2477 and 2 novel isoforms of the human transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 3 (TRPM3) were cloned and further described in detail. In addition, polymorphic variations for these 2 genes as well as for the human MT-Protocadherin gene were determined. For MGC2477, 15 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified, with 13 having a frequency of the minor allele greater than 20%. 10 of the 15 SNPs have not been reported in so far in public SNP repertoires. Partial assessment of the TRPM3 gene yielded 35 SNPs. Of these, 30 (85.7%) were highly frequent (0.17-0.5%), and 14 (40%) were novel. The MT-Protocadherin gene revealed 35 SNPs, including 28 (80%) with high frequency of the minor allele. 23 (65.7%) were novel SNPs. These SNPs will be used to construct the most common haplotypes. These will be used in case/control association studies in 400 AMD patients and 200 ethnically and aged matched controls to assess a possible contribution of these genes in the etiology of AMD.
N2  - Die altersabhängige Makuladegeneration (AMD) ist die häufigste Ursache von gravierenden Einschränkungen des Sehvermögens im fortgeschrittenen Lebensalter. In den Industriestaaten ist die AMD zudem die Hauptursache für Altersblindheit. Die molekularen Mechanismen, die zur Entstehung der AMD führen, sind bisher nur unzureichend bekannt. In den letzten Jahren hat es sich jedoch herausgestellt, dass das retinale Pigmentepithel (RPE) eine primäre Rolle in der Pathogenese der AMD spielt. Ziel dieser Arbeit war die systematische Analyse von Genen, welche im RPE differentiell exprimiert werden. Entsprechende Kandidatengene sollten auf deren mögliche Beteiligung an der Entstehung von Erkrankungen der Retina, insbesondere der AMD, untersucht werden. Zunächst wurden 2379 ESTs aus einer innerhalb der Arbeitsgruppe generierten RPE cDNA Bibliothek definiert. Die dazu verwendete cDNA Bibliothek wurde durch die Suppressions- Subtraktions Hybridisierungs-Technik (SSH) konstruiert. Diese Technik gestattet eine Normalisierung gegenüber redundanten Sequenzen und begünstigt gleichzeitig die Anreicherung von seltenen Transkripten. In einer ersten Phase wurden 1002 ESTs sequenziert und einer umfassenden bioinformatischen Analyse mit Hilfe der verfügbaren DNA- und Protein Datenbanken unterzogen. Der Vergleich der 1002 ESTs mit der Draft Sequenz des menschlichen Genoms ergab den Hinweis auf 168 bereits bekannte Gene, 51 mögliche Gene, 15 völlig unbekannte Transkripte und 41 nicht weiter zuordenbare cDNA Klone. 318 EST Cluster wurden einer reversen Northen-Blot Analyse unterzogen um hochexprimierte Gene zu identifizieren und damit Prioritäten für die weiteren Analysen zu setzen. Im Rahmen der Northern-Analyse wurden repräsentative Klone von 107 EST-Klustern mit cDNA Sonden der ursprünglichen cDNA-Bibliothek hybridisiert. Als Ergebnis dieser Analyse fanden sich 7 RPE-spezifische, 3 Retina-spezifische, 7 sowohl RPE- als auch Retinaspezifische sowie 7 auf einzelne Gewebe limitierte Transkripte. 29 EST Cluster erwiesen sich als ubiquitär exprimiert, und 54 Kluster konnten nicht näher zugeordnet werden. Von den 24 Transkripten mit spezifischer oder zumindest begrenzter Expression wurden 16 Klone zur weiteren Charakterisierung ausgewählt. Aus diesen Material wurden im Rahmen dieser Arbeit das Kandidatengen MGC2477 sowie 2 neue Isoformen des menschlichen TRPM3-Gens kloniert und näher charakterisiert. Weiterhin wurden polymorphe Varianten dieser beiden Isoformen und des menschlichen MTProtocadherin- Gens definiert. Im Gen MGC2477 wurden 15 SNPs identifiziert, wovon die Allelhäufigkeit des selteneren Allels bei 13 der SNPs über 20% lag. Für 10 der insgesamt 15 vii SNPs dieses Gens fanden sich bisher keine Einträge in den entprechenden Datenbanken. Die SNP-Suche wurde auch für das TRPM3-Gen durchgeführt und ergab 35 SNPs, wovon 30 (85,7%) als hochfrequent eingestuft werden konnten. 14 dieser 35 SNPs waren bisher nicht in den Datenbanken verzeichnet. Beim MT-Protocadherin-Gen fanden sich ebenfalls 35 SNPs, wobei 80% eine hohe Frequenz des selteneren Allels aufwiesen. In diesem Fall handelte es sich bei 23 der insgesamt 35 SNPs um bisher unbekannte Allele. Diese SNPs bilden den Ausgangspunkt zur Konstruktion der häufigsten Haplotypen der genannten Gene. Mit der Charakterisierung der Einzel-Nukleotid Polymorphismen der Kandidatengene wurde die Grundlage zur Durchführung von Fall/Kontrollstudien gelegt, in deren Rahmen die Bedeutung der jeweiligen Kandidatengene in der Pathogense der AMD untersucht werden kann.
KW  - Senile Makuladegeneration / Pigmentepithel / Genexpression
KW  - RPE
KW  - AMD
KW  - RPE specific genes
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7053
ER  - 
TY  - THES
A1  - Drüppel, Kirsten
T1  - Petrogenesis of the Mesoproterozoic anorthosite, syenite and carbonatite suites of NW Namibia and their contribution to the metasomatic formation of the Swartbooisdrif sodalite deposits
T1  - Petrogenese der mesoproterozoischen Anorthosite, Syenite und Karbonatite NW-Namibias und ihr Einfluss auf die metasomatische Bildung der Sodalith-Vorkommen von Swartbooisdrif
N2  - During the Mesoproterozoic large volumes of magma were repeatedly emplaced within the basement of NW Namibia. Magmatic activity started with the intrusion of the anorthositic rocks of the Kunene Intrusive Complex (KIC) at 1,385-1,347 Ma. At its south-eastern margin the KIC was invaded by syenite dykes (1,380-1,340 Ma) and younger carbonatites (1,140-1,120 Ma) along ENE and SE trending faults. Older ferrocarbonatite intrusions, the ‘carbonatitic breccia’, frequently contain wallrock fragments, whereas subordinate ferrocarbonatite veins are almost xenolith-free. Metasomatic interaction between carbonatite-derived fluids and the neighbouring and incorporated anorthosites led to the formation of economically important sodalite deposits. Investigated anorthosite samples display the magmatic mineral assemblage of Pl (An37-75) ± Ol ± Opx ± Cpx + Ilm + Mag + Ap ± Zrn. Ilmenite and pyroxene are surrounded by narrow reaction rims of biotite and pargasite. During the subsolidus stage sporadic coronitic garnet-orthopyroxene-quartz assemblages were produced. Thermobarometry studies on amphiboles yield temperatures of 985-950°C whereas the chemical composition of coronitic garnet and orthopyroxene indicate a subsolidus re-equilibration of the KIC at conditions of 760 ± 100°C and 7.3 ± 1 kbar. In the syenites Kfs, Pl, Hbl and/or Cpx crystallized first, followed by a second generation of Kfs, Hbl, Fe-Ti oxides and Ttn. Crystallization of potassium feldspar occurred under temperatures of 890-790°C. For the crystallization of hastingsite pressures of 6.5 ± 0.6 kbar are obtained. In order to constrain the source rocks of the two suites, oxygen isotope analyses of feldspar as well as geochemical bulk rock analyses were carried out. In case of the anorthosites, the general geochemical characteristics are in excellent agreement with their derivation from fractionated basaltic liquids, with the d18O values (5.88 ± 0.19 ‰) proving their derivation from mantle-derived magmas. The results obtained for the felsic suite, provide evidence against consanguinity of the anorthosites and the syenites, i.e. (1) compositional gaps between the geochemical data of the two suites, (2) trace element data of the felsic suite points to a mixed crustal-mantle source, (3) syenites do not exhibit ubiquitous negative Eu-anomalies in their REE patterns, which would be expected from fractionation products of melts that previously formed plagioclase cumulates and (4) feldspar d18O values from the syenites fall in a range of 7.20-7.92 ‰, which, however, is about 1.6 ‰ higher than the average d18O of the anorthosites. Conformably, the crustal-derived felsic and the mantle-derived anorthositic suite are suggested to be coeval but not consanguineous. Their spatial and temporal association can be accounted for, if the heat necessary for crustal melting is provided by the upwelling and emplacement of mantle-derived melts, parental to the anorthosites. In order to constrain the source of the 1,140-1,120 Ma carbonatites and to elucidate the fenitizing processes, which led to the formation of the sodalite, detailed mineralogical and geochemical investigations, stable isotope (C,O,S) analyses and fluid inclusion measurements (microthermometrical studies and synchrotron-micro-XRF analyses) have been combined. There is striking evidence that carbonatites of both generations are magmatic in origin. They occur as dykes with cross-cutting relationships and margins disturbed by fenitic aureoles, and contain abundant flow-oriented xenoliths. The mineral assemblage of both carbonatite generations of Ank + Cal + Ilm + Mag + Bt ± Ap ± pyrochlore ± sulphides in the main carbonatite body and Ank + Cal + Mag ± pyrochlore ± rutile in the ferrocarbonatite veins, their geochemical characteristics and the O and C isotope values of ankerite (8.91 to 9.73 and –6.73 to –6.98, respectively) again indicate igneous derivation, with the 18O values suggesting minor subsolidus alteration. NaCl-rich fluids, released from the carbonatite melt mainly caused the fenitization of both, the incorporated and the bordering anorthosite. This process is characterized by the progressive transformation of Ca-rich plagioclase into albite and sodalite. Applying conventional geothermobarometry combined with fluid-inclusion isochore data, it was possible to reconstruct the P-T conditions for the carbonatite emplacement and crystallization (1200-630°C, 4-5 kbar) and for several mineral-forming processes during metasomatism (e.g. formation of sodalite: 800-530°C). The composition and evolutionary trends of the fenitizing solution were estimated from both the sequence of metasomatic reactions within wallrock xenoliths in the carbonatitic breccia and fluid inclusion data. The fenitizing solutions responsible for the transformation of albite into sodalite can be characterised as of NaCl-rich aqueous brines (19-30 wt.% NaCl eq.), that contained only minor amounts of Sr, Ba, Fe, Nb, and LREE.
N2  - Die mesoproterozoische Entwicklung Namibias ist durch wiederholte magmatische Aktivität gekennzeichnet. Zunächst erfolgte vor 1385-1347 Ma die Platznahme von Anorthositen des Kunene-Intrusiv-Komplexes (KIK) innerhalb von hochgradig metamorphen Gesteinen des Epupa-Komplexes. Der KIK wurde nahe seiner südöstlichen Begrenzung von zahlreichen Störungen durchschlagen. In diese SE-NW und ENE-WSW streichenden Schwächezonen intrudierten Syenite (ca. 1380-1340 Ma) sowie jüngere Karbonatite (ca. 1140-1120 Ma). Hierbei erfolgte zunächst die Platznahme einer ersten Ferrokarbonatit-Generation, die in hohem Maße durch Anorthosit-Xenolithe kontaminiert ist („karbonatitische Brekzie“). Diese wird von jüngeren und annähernd Xenolith-freien Ferrokarbonatit-Adern durchschlagen. Metasomatische Wechselwirkungen den Karbonatit-Magmen und angrenzenden Anorthositen und Anorthosit-Xenolithen führten zur Bildung ökonomisch bedeutsamer Sodalith-Vorkommen. Die typische primär-magmatische Mineralogie in den Gesteinen des KIK umfasst: Pl (An37-75) ± Ol ± Opx ± Cpx + Fe-Ti-Oxide + Ap ± Zrn. Säume von Amphibol und Biotit umgeben Pyroxen und Ilmenit. Geothermometrische Untersuchungen ergaben Temperaturen von 985-950°C für die Kristallisation von Amphibol. Eine Reequilibrierung der Anorthosite unter granulit- bis amphibolitfaziellen Bedingungen (760 ± 100°C; 7.3 ± 1 kbar) wurde für Orthopyroxen-Granat-Quarz-Koronen um Olivin festgestellt. In den Syeniten kristallisierten zunächst Kfs, Pl, Cpx und Hbl, gefolgt von einer zweiten Generation von Kfs, Hbl, Fe-Ti-Oxiden und Ttn. Die Kristallisation von K-Feldspat fand unter Temperaturbedingungen von 890-790°C statt. Für die Kristallisation von Hastingsit wurden Drucke von 6.5 ± 0.6 kbar ermittelt. Mit dem Ziel, die Natur der Magmenquelle der Anorthosite und Syenite zu charakterisieren wurden geochemische Untersuchungen durchgeführt, sowie die Sauerstoff-Isotopie von Feldspat-Separaten bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen belegen, dass es sich bei den Stamm-Magmen der Anorthosite um fraktionierte basaltische Magmen handelt. Die d18O-Daten (5.61-6.13 ‰) legen nahe, dass diese Schmelzen durch partielle Aufschmelzung des Erdmantels entstanden sind. Die für die Syenite ermittelten Ergebnisse belegen, dass es sich bei Anorthositen und Syeniten um chemisch unabhängige Systeme handelt, da (1) keine chemische Kontinuität zwischen Anorthositen und Syeniten vorliegt, (2) die Spurenelementgehalte der Syenite auf eine gemischte Kruste-Mantel-Quelle hindeuten, (3) Chondrit-normierte Seltenerd-Element-Muster der Syenite keine negative Eu-Anomalie aufweisen, und (4) die d18O-Werte von Feldspat der Syenite mit 7.20-7.92 ‰ etwa 1.6 ‰ höher liegen als die der Anorthosite. Dementsprechend liegt die enge räumliche und zeitliche Assoziation von Anorthosite und Syeniten vermutlich darin begründet, dass der Aufstieg und die Platznahme der Stamm-Magmen der Anorthosite zum partiellen Aufschmelzen der Unterkruste und somit zur Bildung potentieller Stamm-Magmen der Syenite führten. Um eine umfassende Vorstellung über die genetische und zeitliche Stellung der Karbonatite und über die Sodalith-bildenden Vorgänge zu gewinnen, wurden verschiedene Untersuchungsmethoden angewendet (petrographische und Mikrosonden-analytische Bearbeitung von Dünnschliffen, Bestimmung der Gesamtgesteins-Geochemie, mikrothermometrische Untersuchungen sowie Synchrotron-XRF(SRXRF)-Untersuchungen von Fluid-Einschlüssen, Laser-ICPMS und SRXRF-Analysen der Spurenelement-Gehalte ausgesuchter Minerale sowie O-, C- und S-Isotopenanalytik). Die für die Karbonatite gewonnenen Ergebnisse belegen eindeutig, dass es sich hierbei um magmatische Kristallisationsprodukte fraktionierter Mantelschmelzen darstellen: Die Karbonatite treten als Gänge auf, welche ältere Gesteinseinheiten durchschlagen. Gesteine im Kontakt zu den Karbonatiten haben eine metasomatische Überprägung erfahren; Nebengesteinsklasten werden von Karbonat-reichen Lagen umflossen. Die Mineralogie beider Karbonatit-Generationen, i.e. (1) Ank + Cal + Mag + Bt ± Ilm ± Ap ± Pyrochlor ± Sulfide in der karbonatitischen Brekzie und (2) Ank + Cal + Mag ± Pyrochlor ± Rutil der Ferrokarbonatit-Adern, ihre geochemischen Signaturen sowie die O- und C-Isotopie von Ankerit (8.91-9.73 ‰ d18O und –6.73 bis –6.98 ‰ d13C) bestätigen diese Interpretation, wobei die O-Isotopendaten eine schwache hydrothermale Alteration der Karbonatite nahe legen. Die Ergebnisse von konventioneller Geothermometrie in Kombination mit den für Fluid-Einschlüsse kalkulierten Isochoren belegen, dass die Platznahme der Karbonatite unter P-T-Bedingungen von 4-5 kbar und 1200-630°C erfolgte. Unter Temperaturen von 800-530°C bewirkte die Zirkulation NaCl-reicher wässriger Fluide (19-30 Gew.% NaCl äquivalent) die Umwandlung von Albit der eingeschlossenen Anorthosit-Bruchstücke in Sodalith. Wie SRXRF-Analysen belegen, enthielten die fenitisierenden Fluide zudem geringe Konzentrationen an Sr, Ba, Fe, Nb und SEE.
KW  - Namibia <Nordwest>
KW  - Mesoproterozoikum
KW  - Anorthosit
KW  - Syenit
KW  - Karbonatit
KW  - Gesteinsbildung
KW  - Anorthosit
KW  - Karbonatit
KW  - Namibia
KW  - Sodalith
KW  - Syenit
KW  - anorthosite
KW  - carbonatite
KW  - Namibia
KW  - sodalite
KW  - syenite
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6987
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roth, Martin
T1  - Functional and developmental characterisation of matrix binding sites in decapentaplegic
T1  - Funktionelle und entwicklungsspezifische Charakterisierung von Matrix-Bindungsstellen von decapentaplegic
N2  - In the last years it became evident that many cytokines do not only bind to their specific cell surface receptors but also interact with components of the extracellular matrix. Mainly in Drosophila, several enzymes were identified, that are involved in glycosaminoglycan synthesis. Mutations in these enzymes mostly result in disturbances of several signaling pathways like hedgehog, wingless, FGF or dpp. In most cases it was, due to these pleiotropic effects, not possible to examine the relevance of matrix interactions for single pathways. The aim of this work was to examine the relevance of matrix interactions for the TGF-ß superfamily member DPP. Based on the fact that DPP is highly homologous to human BMP-2, the basic N-terminus of mature DPP was mutated, which has been shown to contain a heparin-binding site in BMP-2. Thus, a wildtype variant (D-MYC), a deletion variant (D-DEL), which lacked the whole basic part of the N-terminus and a duplication variant (D-DUP), which contained a second copy of the basic core moitiv, were generated. In order to characterise the variants biochemically, they were expressed in E.coli and refolded in a bioactive form. In chicken limbbud assay, the deletion variant was much more active than the wildtype variant, comparable to data of BMP-2. By means of biacore mesurements with the immobilised ectodomain of the high affinity type I receptor thick veins, it could be demonstrated, that the variants differ only in matrix binding and not in their receptor affinity. Different matrix binding was shown by Heparin FPLC. The biological relevance of the matrix interaction of DPP was examined in transgenic flies. To allow expression of the different variants under the control of various Gal4 driver lines, they were cloned behind an UAS-promoter site. In early tracheal development, a strong dependence of DPP signaling on matrix binding was observed. While ectopic expression of the deletion variant caused only minor defects, the branching pattern was strongly disturbed by overexpression of wildtype and duplication variant. Ubiquitous expression of the variants in the wing imaginal disc caused overproliferation of the disc and expansion of the omb target gene expression. The extent of phenotypes correlated with the matrix binding ability of the variants. Corresponding disturbances of the wing vein pattern was observed in adult flies. By the crossing of different dpp allels, transheterozygous animals were created, that lack dpp only in imaginal discs. Expression of the variants under the control of a suitable dpp-Gal4 driver line revealed insights into the biological relevance of matrix binding on DPP gradient formation and specific target gene activation in wing imaginal discs. It was shown, that all variants were able to generate a functional DPP gradient with correct expression of the target genes omb and spalt. Again a correlation between extent of target gene domains and matrix binding ability of the corresponding variants was found. Thus by mutating the N-terminus of DPP, it could be shown that this is responsible for DPP`s matrix interaction. Also the relevance of matrix binding of DPP in different tissues was examined. It turned out, that the reorganisation of tracheal branching by DPP strongly depends on matrix interactions wheras the establishing of a gradient in wing imaginal discs depends only gradually on matrix interactions. Based on these data a model for the action of DPP/TGFßs as morphogens was established. While a deletion of matrix binding leads to a decrease in specific bioactivity of the cytokine, the latter is increased by additional matrix binding sites.
N2  - In den letzten Jahren wurde deutlich, daß viele Zytokine nicht nur mit ihren spezifischen Zelloberflächen-Rezeptoren interagieren, sondern auch Affinität zu Komponenten der Extrazellulären Matrix zeigen. Vor allem in Drosophila konnten viele Enzyme zur Synthese von Glukosaminoglykanen identifiziert werden. Mutationen in diesen Enzymen führen in der Regel zu Störungen verschiedener Signalwege, wie z.B. hedgehog, wingless, FGF oder dpp. Aufgrund dieser pleiotropen Effekte, war es meist nicht möglich, die Bedeutung der Matrix-Interaktionen für bestimmte Zytokine zu untersuchen. In dieser Arbeit sollte die Bedeutung der Matrix-Interaktion für das TGF-ß-Superfamilienmitglied DPP unter-sucht werden. Ausgehend von der hohen Homologie zwischen humanem BMP-2 und DPP wurde der basische N-Terminus von DPP, der im BMP-2 für die Heparininteraktion verantwortlich ist, verändert. Es wurde neben einer Wildtypvariante (D-MYC) eine Deletionsvariante (D-DEL) generiert, die keine basischen Aminosäuren im N-Terminus aufweist, sowie eine Duplikationsvariante (D-DUP), die eine zweite Kopie des basischen Hauptmotivs im N-Terminus enthält. Zur biochemischen Charakterisierung wurden die Varianten sowie wildtypisches DPP in E.coli exprimiert und in eine bioaktive Form zurückgefaltet. Im Limbbud-Test zeigte sich vergleichbar zum BMP-2 eine stark erhöhte Aktivität der Deletionsvariante gegenüber Wildtyp-DPP. Durch Biacore-Messungen an der immobilisierten Ektodomäne des hochaffinen DPP TypI-Rezeptors Thick veins konnte gezeigt werden, daß alle Varianten gleiche Rezeptoraffinität haben und sich nur in der Matrixbindung unterscheiden. Letzteres wurde durch eine analytische FPLC mit Heparin als Matrix gezeigt. Die biologische Relevanz der Matrixbindung wurde in transgenen Fliegen untersucht. Hierbei wurden die DPP-Varianten hinter einen UAS-Promoter kloniert, um jene unter der Kontrolle verschiedener Gal4-Treiberlinien exprimieren zu können. In der frühen Tracheenentwicklung zeigte sich eine sehr starke Matrix-Abhängigkeit der DPP-Wirkung. Während ektopische Expression der Deletionsvariante fast keine Störung der Zellmigration verursachte, war das Muster der Tracheenäste bei ektopischer Expression von D-MYC als auch D-DUP massiv gestört. Ubiquitäre Expression der Varianten in der Flügelimaginalscheibe verursachte Überproliferation und eine Ausdehnung der Expressionsdomäne des omb-Genes. Die Stärke der Phänotypen korrelierte dabei mit der Matrixbindung der Varianten. Entsprechende Störungen des Venenmusters konnten in Flügeln adulter Tiere festgestellt werden. Durch Kreuzung zweier dpp-Allele konnten transheterozygote Fliegen gewonnen werden, die keine dpp-Expression in den Imaginalscheiben zeigen. Die Expression der Varianten unter Kontrolle eines geeigneten dpp-Gal4-Treibers in diesen Fliegen gab Aufschluß über die tatsächliche Relevanz der DPP-Matrix-Interaktion für die Ausbildung eines DPP-Gradienten und spezifische Aktivierung verschiedener Targetgene in der Flügelscheibe. Es wurde gezeigt, daß alle Varianten dazu in der Lage sind, einen DPP-Gradienten mit entsprechender Expression der Targetgene omb und spalt zu erzeugen. Wieder wurde eine Korrelation zwischen Ausdehnung der Targetgen-Domänen und der Matrixbindung der Varianten beobachtet. Somit konnte durch Mutation des N-Terminus des DPP-Proteins gezeigt werden, daß dieser für die Matrixinteraktion von DPP verantwortlich ist. Auch wurde Aufschluß über die Bedeutung der Matrixinteraktion an verschiedenen DPP-Wirkungsorten gewonnen. Die Abhängigkeit des DPP-Signalpotentials von der Matrixbindung differiert zwischen verschiedenen Gewebetypen. Während die Wirkung von DPP in der Restrukturierung der trachealen Migration sehr stark von einer Matrixbindung abhängt, sieht man in bei der Proliferation und Musterbildung in der Imaginalscheibe nur graduelle Effekte. Diese Daten führten zur Etablierung eines Models für den Wirkungsmechanismus von DPP/TGFß Molekülen als morphogene Faktoren. Während eine Deletion von Matrixbindung zu einem Verlust der spezifischen biologischen Aktivität führt, wird durch zusätzliche Matrixbindung eine erhöhte Aktivität erreicht.
KW  - Taufliege
KW  - Transforming Growth Factor beta
KW  - Extrazellulärraum
KW  - extrazelluläre Matrix
KW  - decapentaplegic
KW  - Drosophila
KW  - Glucosaminoglykane
KW  - extracellular matrix
KW  - decapentaplegic
KW  - Drosophila
KW  - glucosaminoglycans
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7542
ER  - 
TY  - THES
A1  - Attia, Mohamad Ibrahim
T1  - Design, synthesis and pharmacological evaluation of certain GABAB agonists
T1  - Design, Synthese und pharmakologische Untersuchungen der GABAB-Agonisten
N2  - Ziel dieser Arbeit war die Synthese von (RS)-5-Amino-3-aryl(methyl)-pentansäure Hydrochloride, 3-Aminomethyl-5-chlor-benzolsäure Hydrochlorid und(RS)-4-Amino-3-(4´-ethynyl(jod)-phenyl)-butansäure Hydrochloride und die Testung der pharmakologischen Aktivität dieser Verbindungen. Die synthetisierten Verbindungen wurden als GABAB-Rezeptor Agonisten, in einem auf Ca2+-Messungen basierenden Funktional-Assay (in vitro tsA Zellen mit GABAB1b/GABAB2/G&#945;q-z5 transfektiert), getestet und daraus ein Struktur-Aktivitäts Modell abgeleitet. Im allgemein Teil dieser Arbeit wird ein Überblick, über die Neurotransmitter- Rezeptoren (Liganden gesteuerte Ionen-Kanal-Rezeptoren und G Protein-gekoppelte Rezeptoren) des zentralen Nervensystems und deren Agonisten und Antagonisten, gegeben. Eine ausführliche Diskussion zur Synthesestrategie der Verbindungen der Zwischenstufen und der Ausgangsmaterialien wird in den Schemata 2-6 beschrieben. Die synthetisierten Verbindungen wurden als GABAB Agonisten geprüft. Zusätzlich wurden diese im 3D Homologie Modell mit FlexiDock Programm gedockt. Daraus wurde ein Modell zur Voraussage der Aktivität von Analogen und Homologen des Baclofens abgeleitet. Letztendlich wurde ein Pharmakophor-Modell für GABAB Agonisten mit DISCO (DIStance COmparisons) Programm erstellt.
N2  - Synthesis of (RS)-5-amino-3-aryl (methyl)-pentanoic acid hydrochlorides, 3 aminomethyl-5-chloro-benzoic acid hydrochloride and (RS)-4-amino-3-(4`-ethynyl(iodo)-phenyl)-butanoic acid hydrochlorides have been accomplished. The aim of their synthesis was to evaluate their GABABR agonist activity and to derive a model which will correlate their structure with the observed pEC50. The GABABR agonist activity of the prepared compounds has been determined in functional assay based on calcium measurement in vitro using tsA cells transfected with GABAB1b/GABAB2/G&#945;q-z5. Reviews on the neurotransmitter receptors (ligand-gated ion channel receptors and G protein-coupled receptors), their agonists and antagonists have been given in the general part of this work. A detailed discussion on the strategy followed for the synthesis of the designed compounds as well as the starting materials and intermediates has been described and illustrated in Schemes 2-6. The synthesized compounds were evaluated for their GABABR agonist activity. Furthermore, these compounds were docked in the available 3D homology model of GABABR using the program FlexiDock implemented in SYBYL software. Subsequently, we derived a predictive model which correlates the experimentally determined pEC50 with the calculated binding energy of certain baclofen analogues and homologues. In addition, we used the program DISCO (DIStance COmparisons) implemented in SYBYL software to find the pharmacophore features of GABAB agonists.
KW  - Baclofen
KW  - Analoga
KW  - GABA-Rezeptor-Agonist
KW  - Pharmakologie
KW  - GABAB
KW  - Sythese
KW  - Baclofen
KW  - Pharmakologie
KW  - Molekular Modeling
KW  - GABAB
KW  - synthesis
KW  - baclofen
KW  - pharmacology
KW  - molecular modeling
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7551
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kocher, Nikolaus
T1  - Experimental charge density studies of highly polar bonds
T1  - Experimentelle Bestimmung der Elektronendichteverteilung Stark Polarer Bindungen
N2  - The main aim of this work was the classification of highly polar E–N (E = Al, Si, P) and Li–E’ (E’ = C, N, O) bonds in terms of ionic (closed-shell) or covalent (shared) interactions. To answer this question the experimentally determined electron density was analyzed using Bader’s theory of ‘Atoms in Molecules’ (AIM). This allows a quantitative evaluation of properties derived from the electron density, such as the Laplacian, the ellipticitiy and the ratio of the highest charge concentration perpendicular to the bond path, to the largest charge depletion along the bonding vector. Most of these properties were monitored along the entire bonding region and not limited to the BCP as in former studies. The analyses are completed by the calculation of the electronic energy densities Hl at the BCPs and the integration of atomic basins also defined within the AIM theory. The electrostatic potential (ESP) was computed from the multipole parameters to reveal preferred reactive sites of the structures under investigation. Apart from that, the multipole formalism was applied to problematic crystal structures in order to open this method for twinned samples or those including disordered groups in the molecule.
N2  - Die zentrale Fragestellung der Arbeit war die Klassifizierung der stark polaren Bindungen E–N (E = Al, Si, P) sowie Li–E’ (E’ = C, N, O) im Hinblick auf ionische und kovalente Wechselwirkungen. Um diese Frage zu beantworten wurde die experimentell bestimmte Elektronendichte mit der ‚Atoms in Molecules’ Theorie von Bader analysiert. Sie ermöglicht eine quantitative Auswertung von Eigenschaften wie dem Laplacian, der Elliptizität oder dem Verhältnis der Eigenwerte, die aus der Elektronendichte erhalten werden. Die meisten dieser elektronischen Eigenschaften wurden entlang des gesamten Bindungspfades untersucht; die Analyse war nicht, wie in früheren Arbeiten auf die bindungskritischen Punkte (BCPs) beschränkt. Die Untersuchungen wurden durch die Berechnung der Energiedichte Hl am BCP und die Integration der atomaren Basins vervollständigt. Weiterhin wurde aus den Multipolpopulationen das Elektrostatische Potential bestimmt, um reaktive Zentren der untersuchten Verbindungen zu quantifizieren. Das Multipolmodell wurde auch auf Kristalle mit problematischer Elektronendichteverteilung angewendet, um die Methode für verzwillingte Kristalle bzw. solche mit fehlgeordneten Gruppen zu erschließen.
KW  - Elektronendichte
KW  - Chemische Bindung
KW  - Räumliche Verteilung
KW  - Elektronendichteverteilung
KW  - Multipolverfeinerung
KW  - Topologie
KW  - AIM
KW  - molekulare Eigenschaften
KW  - charge density
KW  - electron density distribution
KW  - multipole refinement
KW  - topology
KW  - molecular properties
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7614
ER  - 
TY  - THES
A1  - Musch, Patrick
T1  - Large-Scale Applications of Multi-Reference Methods in Chemistry and Development of a Multi-Reference Moller-Plesset Perturbation Theory Program
T1  - Anwendung von Multireferenz-Methoden in der Chemie und Entwicklung eines Multireferenz Moller-Plesset-Störungstheorie-Programmes
N2  - The first part of this work focuses on the characterization of systems which complex electronic structures require the application of multi-reference methods. The anti-tumor efficacy of the natural product Neocarzinostatin is based on the formation of diradicals and causes DNA cleavage and finally cytolysis. Computations on model systems performed in the present work show the influence of structural features on the mode of action and the efficacy of this antitumor-antibiotic. The cyclization of systems related to the enyne-cumulene framework like the enyne-allenes was investigated earlier and relations to the more unusual class of enyne-ketenes are analyzed. The class of enyne-ketenes (and also the enyne-allenes) show a broad spectrum of possible intermediates (diradicals, zwitterions, allenes). The electronic structures of these intermediates are also possible for the (heteroatom substituted) 1,2,4-cyclohexatriene and a model for their energetic sequence based on high-level multi-reference computations is proposed. In all three projects the application of multi-reference approaches is necessary to obtain a comprehensive picture of the reactivity and electronic structure but also shows up the limits inherently existing in the currently available programs with respect to the size of the molecules. In the second part, algorithms for a multi-reference Moller-Plesset perturbation theory (MR-MP2) program, designed to perform large-scale computations, were developed and implemented. The MR-MP2 approach represents the most cost-effective multireference ansatz and requires an efficient evaluation of the Hamilton matrix for which an algorithm is designed to instantly recognize only non-vanishing matrix elements and to employ the recurring interaction patterns of the Hamilton matrix. The direct construction of the Hamilton matrix is additionally parallelized to work on cluster environments.
N2  - Der erste Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Systemen, deren komplexe elektronische Struktur die Anwendung von Multireferenz-Methoden erfordert. Die Antitumor-Wirkung des Naturstoffes Neocarzinostatin beruht auf der Bildung von Diradikalen und führt zur Spaltung der DNS und löst den Zelltod aus. Berechnungen an Modellsystemen zeigen den Einfluss der Strukturmotive auf die Wirkungsweise und die Wirksamkeit des Antitumor-Antibiotikums. Die Cyclisierung von Systemen, wie die Eninallene, die dem Enincumulen-Grundgerüst des aktivierten Neocarzinostatin-Chromophors verwandt sind, wurden schon in früheren Arbeiten untersucht und die Verwandtschaft zur ungewöhnlicheren Substanzklasse der Eninketene wird in dieser Arbeit analysiert. Diese Verbindungsklasse und die der Eninallene zeigen ein breites Spektrum an möglichen Intermediaten, wie Diradikale, Carbene, Zwitterionen und Allene, deren elektronische Strukturen auch bei (heterosubstituierten) 1,2,4 Cyclohexatrienen auftreten. Für diese Verbindungen wird ein Modell für die energetische Abfolge der elektronischen Strukturen auf Basis von hochwertigen Multireferenz-Rechnungen vorgeschlagen. In den drei aufgeführten Projekten ist die Anwendung von Multireferenz-Ansätzen notwendig um ein umfassendes Bild der Reaktivitäten und elektronischen Strukturen zu erhalten, zeigen im Hinblick auf große Moleküle aber auch die inhärenten Grenzen in den zur Zeit verfügbaren Programme auf. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Algorithmen für ein Multireferenz-Moller-Plesset-Störungstheorie-Programmes (MR-MP2) entwickelt und implementiert. Der MR-MP2-Ansatz stellt den effizientesten Multireferenz-Ansatz dar und setzt eine geschickte und schnelle Berechnung der Hamilton-Matrix voraus. Hierfür ist ein Algorithmus konzipiert worden, der zum einen verschwindende Matrixelemente sofort erkennt und die sich wiederholenden Muster innerhalb der Hamilton-Matrix zu Nutze macht. Die Konstruktion der Hamilton-Matrix für das direkte Verfahren ist zudem für Clusterumgebungen parallelisiert.
KW  - Theoretische Chemie
KW  - Organische Chemie
KW  - Multireferenz
KW  - Moller-Plesset
KW  - Antitumor-Antibiotikum
KW  - Theoretical Chemistry
KW  - Organic Chemistry
KW  - Multi Reference
KW  - Moller-Plesset
KW  - Antitumor-antibitioc
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7741
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TY  - THES
A1  - Schöll, Achim
T1  - High-resolution investigation of the electronic structure of organic thin films
T1  - Hoch-aufgelöste Untersuchung der elektronischen Struktur organischer Dünnschichten
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der elektronischen Struktur organischer Dünnfilme. Eine zentrale Frage dabei ist der Einfluss der Wechselwirkung zwischen den Molekülen in der kondensierten Phase und der Wechselwirkung an metall-organischen Grenzflächen auf die elektronischen Eigenschaften. Dazu wurden die experimentellen Methoden Photoelektronenspektroskopie (PES) und Röntgenabsorptionsspektroskopie (NEXAFS) mit höchster Energieauflösung angewandt. Zusätzlich wurden ab initio Rechnungen zur theoretischen Simulation von NEXAFS Spektren durchgeführt. Hauptsächlich wurden dünne, vakuumsublimierte Filme aromatischer Modellmoleküle mit sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen (NTCDA, PTCDA, NDCA, BPDCA und ANQ) auf Ag(111) Oberflächen untersucht. Die ausgewählten Moleküle besitzen wegen ihrer großen delokalisierten p-Elektronensysteme sehr interessante Eigenschaften für die Anwendung in elektronischen Bauelementen. Dank der hohen Energieauflösung von Synchrotronstrahlungsquellen der dritten Generation war es erstmals möglich, die Schwingungsfeinstruktur in den NEXAFS Spektren dieser kondensierten großen Moleküle sichtbar zu machen. Der Vergleich der Daten verschiedener Moleküle liefert dabei interessante Einblicke in den Kopplungmechanismus zwischen dem elektronischen Übergang und der Schwingungsanregung. Obwohl die Moleküle eine Vielzahl verschiedener Schwingungsmoden besitzen, kann man in deren NEXAFS Spektren beobachten, dass die elektronischen Übergänge jeweils an hauptsächlich eine Schwingungsmode koppeln. Die hochaufgelösten XPS Spektren der Moleküle NTCDA, PTCDA, NDCA, BPDCA und ANQ zeigen bestimmte systematische Unterschiede, so dass diese Spektren als Fingerabdruck für die jeweilige Substanz verwendet werden können. Durch die vergleichende Auswertung der Spektren konnten die 1s Bindungsenergien aller chemisch unterschiedlichen Kohlenstoff- und Sauerstoffatome bestimmt werden. Zusätzliche Strukturen in den Spektren können shake-up Satelliten zugeschrieben werden. Die fünf Moleküle stellen ein ideales Modellsystem dar, um fundamentale Aspekte der Rumpfelektronenspektroskopie zu untersuchen, wie Anfangs- und Endzustandseffekte und Satelliten, die durch die intramolekulare und intermolekulare Elektronendichteverteilung im Grund- und rumpfionisierten Zustand beeinflusst werden. Ein wichtiger Punkt dieser Dissertation sind spektroskopische Untersuchungen strukturell unterschiedlicher NTCDA Monolagenphasen auf Ag(111), deren Existenz aus vorangegangenen Arbeiten bekannt ist. Deutliche Unterschiede in der elektronischen Struktur der verschiedenen Phasen, die auf die Metall-Adsorbat Wechselwirkung zurückzuführen sind, konnten sowohl mittels XPS als auch mittels NEXAFS aufgezeigt werden. Sowohl für die komprimierte also auch für die relaxierte NTCDA Monolage kann die Bindung ans Substrat als schwach chemisorptiv charakterisiert werden, was eindeutig aus der Analyse der Satellitenstrukturen in den O 1s und C 1s XPS Spektren hervorgeht, die durch die dynamische Abschirmung durch Ladungstransfer vom Substrat erzeugt werden. Die NEXAFS Daten zeigen konsistent eine teilweise Besetzung des NTCDA LUMOs. Sowohl für die komprimierte als auch für die relaxierte NTCDA Monolage finden hochinteressante Phasenübergänge in ungeordnete Tieftemperaturphasen beim Abkühlen auf 160 K statt. Dabei wird die Adsorbat-Substrat Wechselwirkung stärker und das LUMO wird vollständig besetzt. Dies kann in den NEXAFS Spektren anhand des Verschwindens der zughörigen Übergänge beobachtet werden. Die XPS Spektren zeigen gleichzeitig eine deutliche Abnahme der Intensität schlecht abgeschirmter Photoemissionszustände, was auf die nun effektivere Ladungstransferabschirmung zurückzuführen ist. Für den Phasenübergang der relaxierten Monolage konnte mittels temperaturabhängiger NEXAFS Messungen eindeutig ein Hystereseverhalten gezeigt und die Hysteresekurve bestimmt werden. Die Hysterese beträgt etwa 20 K. Des weiteren wurde aus SPA-LEED Messungen die Aktivierungsenergie für den Phasenübergang der relaxierten Monolage beim Abkühlen auf ca. 60 meV bestimmt. Schließlich wurden NEXAFS Untersuchungen an Polyäthylenproben mit verschiedenem Komonomergehalt durchgeführt. Unterschiede in den Absorptionsspektren von Proben mit unterschiedlichem Komonomeranteil konnten eindeutig auf die unterschiedliche Kristallinität der Proben zurückgeführt werden, indem eine hochkristalline Probe in situ bis zur Schmelztemperatur geheizt wurde. Ab initio Rechnungen an einer Modelmatrix aus Butanmolekülen zeigen, dass die Spektren von kristallinem und amorphem Polyäthylen aufgrund der intermolekularen Wechselwirkung deutliche Unterschiede hauptsächlich für Resonanzen mit starkem Rydberg Charakter aufweisen. Damit lassen sich die Unterschiede in den Polyäthylenspektren durch die Überlagerung der Signaturen der kristallinen und amorphen Anteile erklären, die je nach Kristallinität der Probe in unterschiedlichen Verhältnissen vorliegen.
N2  - This work is investigating the electronic structure of organic thin films. A central question in this respect is the influence of the interaction between the molecules in the condensed phase and the interaction at metal-organic interfaces on the electronic properties. For this purpose the experimental methods Photoelectron Spectroscopy (PES) and Near Edge X-ray Absorption Finestructure Spectroscopy (NEXAFS) were applied with highest energy resolution. In addition, ab initio calculations were performed for the theoretical simulation of NEXFAS spectra. The investigation is mainly focussing on thin, vacuum sublimated films of aromatic model molecules with oxygen-containing functional groups (NTCDA, PTCDA, NDCA, BPDCA and ANQ) and Ag(111) surfaces. Due to their large, delocalised p-systems these molecules have very interesting properties for their application in electronic devices. Due to the high energy resolution of third generation synchrotron sources the vibronic fine structure in the NEXAFS spectra of these large molecules could be resolved for the first time in the condensed phase. A comparison of the data of the different molecules provides interesting insight into the coupling between electronic transition and vibronic excitation. Although for these molecules a variety of different vibronic modes exist, the NEXAFS data show that preferentially only on mode couples to each electronic transition. The high-resolution PES spectra of the molecules NTCDA, PTCDA, NDCA, BPDCA and ANQ show distinct differences thus providing a fingerprint for each investigated substance. A comparative analysis of the spectra enabled us to define the 1s binding energies of all chemically different carbon and oxygen atoms. Additional structures in the spectra can be assigned as shake-up satellites. The five molecules are an ideal model system for the investigation of fundamental aspects of core electron spectroscopy, such as initial and final state effects and satellites, that are influenced by the intra- and intermolecular electron distribution in the ground and core ionized state. An important aspect in this thesis is the spectroscopic investigation of structurally different NTCDA monolayer phases on the Ag(111) surface. Marked differences in the electronic structures of the different phases, that can be assigned to differences in the metal-adsorbate interaction, could be demonstrated by XPS and NEXAFS. The substrate bonding can be characterized as chemisorptive for both, the compressed as well as the relaxed NTCDA monolayer, which can be unambiguously deduced from the analysis of satellite structures in the O 1s and C 1s XPS spectra. These satellites are due to dynamic screening by charge transfer from the substrate. The NEXAFS data show consistently, that the NTCDA LUMO becomes partly occupied upon adsorption. Highly interesting phase transitions into disordered low-temperature phases occur upon cooling to 160 K for both, the compressed and the relaxed NTCDA monolayer. Thereby, the adsorbate-substrate bonding is increased and the NTCDA LUMO becomes completely occupied. This can be observed in the NEXAFS data, where transitions involving LUMO final states are quenched. Simultaneously, the XPS data show a distinctly decreased intensity of unscreened photoemission states due to enhanced charge transfer screening. In addition, a hysteresis behaviour could be demonstrated for the phase transition of the relaxed monolayer by temperature dependent NEXAFS experiments and the hysteresis curve was determined. The hysteresis could be quantified to approx. 20 K. From SPA-LEED experiments the activating energy for the phase transition of the relaxed monolayer upon cooling could be determined to 60 meV. Finally, a NEXAFS investigation of polyethylene samples with different comonomer content is presented. Differences in the absorption spectra between samples with different comonomer content could be unambiguously assigned to the different crystallinities of the samples by heating a highly crystalline sample in situ close to the melting temperature. Ab initio calculations on a model matrix of butane molecules show, that the spectra of crystalline and amorphous polyethylene differ distinctly due to the intermolecular interaction, which can be observed best for resonances with strong Rydberg character. Thus, the differences in the PE spectra can be explained by the superposition of the signatures of crystalline and amorphous moieties, that are mixed according to the respective crystallinity.
KW  - Dünne Schicht
KW  - Organische Verbindungen
KW  - Elektronenstruktur
KW  - Organische Dünnschichten
KW  - elektronische Struktur
KW  - NEXAFS
KW  - XPS
KW  - Spektroskopie
KW  - organic thin films
KW  - electronic structure
KW  - NEXAFS
KW  - XPS
KW  - spectroscopy
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10809
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kackstaetter, Uwe R.
T1  - Contaminant diffusion and sorption of an artificial leachate in selected geologic barriers of Frankonia, Bavaria, Germany
T1  - Schadstoffdiffusion und Sorption eines künstlichen Sickerwassers in ausgewählten geologischen Barrieren aus dem Raum Franken
N2  - The geologic barrier represents the final contact between a landfill and the environment. Ideally suited are clays and mudstones because of sufficient vertical and lateral extent, low hydraulic conductivities and high sorptive characteristics. Since hydraulic conductivity is no longer the single criteria to determine transport and retardation of contaminants in geologic landfill barrier materials, diffusive and sorptive characteristics of 4 different clay and mudstone lithologies in Northern Bavaria, were investigated. Cored samples from various depths were included in this study and subjected to evaluations of geochemistry, mineralogy, physical parameters, sorption and diffusion. A transient double reservoir with decreasing source concentration was designed and constructed using clear polycarbonate cylinders for undisturbed clay plugs of 2 to 4cm thickness. Samples were also fitted with internal electrical conductivity probes to determine the migration of the diffusive front. A multi chemical species synthetic landfill leachate was contrived to simulate and evaluate natural pollutant conditions. A computational method for determining mineralogy from geochemical data was also developed. It was found that sorptive processes are mostly controlled by the quality and type of fine grained phyllosilicates and the individual chemical species involved exhibited linear, Freundlich, as well as Langmuir sorption properties. Effective diffusion and sorption coefficients were also determined using POLLUTEv6 (GAEA, 1997) software and receptor reservoir concentrations for K, Na, Ca, Cu, NH4, Cl, NO3, SO4, and concentration totals at predetermined time intervals. Anion exclusion proved to be a major factor in the diffusion process and was used to explain many observed anomalies. Furthermore, diffusion coefficients were found not to be static with a multi chemical species leachate, but actually varied during the course of the experiment. Strong indications point toward the major role of pore space quality, shape, and form as control of diffusive properties of a geologic barrier. A correlation of CECNa of the samples with De may point to a possible deduction of diffusive properties for multi species leachates without extensive and time consuming laboratory tests
N2  - Die geologische Barrier stellt die letzte Verbindung zwischen Mülldeponie und Umwelt dar. Ideal geeignet sind Tone und Tonsteine, da diese ausgedehnten horizontalen und vertikalen Mächtigkeiten, niedriger hydraulischen Koeffizienten, und hohen Sorptionskapazitäten aufweisen. Da hydraulische Konduktivitäten nicht länger alleine maßgebend sind, um Transport und Rückhaltevermögen verschiedener Kontaminanten in geologischen Deponiebarrieren zu beurteilen, wurden 4 verschieden Tonsteine des Nordbayerischen Raumes auf ihre Sorptions- und Diffusionseigenschaften hin untersucht. Dazu wurde ein zweikammer, zeitabhängiges Diffusionssystem für abnehmende Anfangskonzentrationen aus durchsichtigem Polykarbonat für 2 bis 4 zentimeter dicke ungestörte Tonproben entwickelt. Jede Probe wurde auch mit internen Sensoren zur elektrischen Leitfähigkeitsmessung bestückt, um das Fortschreiten der Diffusionsfront zu ergründen. Ein synthetisches Deponiesickerwasser wurde entworfen, das sich in Zusammensetzung den natürlichen Inhaltsstoffen und Konzentration authentischer Sickerwässer annähernd. Auch wurde eine Methode zur Berechnung der Mineralogie der Tonsteine anhand geochemischen Analysen entwickelt. Es zeigte sich, dass Sorptionsprozesses hauptsächlich durch die Eigenschaften der vorhandenen, feinkörnigen Phyllosilikate beeinflusst werden. Die gegebenen chemischen Inhaltsstoffe des Sickerwassers zeigen dabei lineare, Freundlich und Langmuir Sorptionseigenschaften. Effektive Diffusions- und Sorptionskoeffizienten wurden auch mit Hilfe des Computerprograms POLLUTEv6 (GAEA, 1997) und der Konzentrationsstärken von K, Na, Ca, Cu, NH4, Cl, NO3, SO4, und Konzentrationssummen zu bestimmten Zeiteinheiten ermittelt. Ausschluss von Anion stellte sich als grundlegender Einfluss während der Diffussions heraus und viele beobachtete Anomalien ließen sich dadurch erklären. Auch liefen die Diffusionsprozesse mit einem Gemisch chemischer Inhaltsstoffe keineswegs statisch ab, sondern variierten während des Versuchsdurchlaufs. Vieles weist auf den starken Einfluss der Porenraumeigenschaften und Charaktere hin, welche die Diffusionseigenschaften der geologischen Barrieren zu beeinflussen scheinen. Eine Verbindung von KAKNa und De könnte sich als mögliche zeitsparende Methode zur Ermittlung von Diffusionskoeffizienten herausstellen, ohne auf langwierige und ausgedehnte Laborversuche angewiesen zu sein.
KW  - Diffusion
KW  - Sorption
KW  - Tonsteine
KW  - Mineralogie
KW  - Schadstoffe
KW  - Diffusion
KW  - Sorption
KW  - Clay
KW  - Mineralogy
KW  - Contaminants
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16151
ER  - 
TY  - THES
A1  - Christensen, Morten Overby
T1  - Dynamics of human DNA Topoisomerases I and II
T1  - Dynamic von Human DNA Topoisomerases I and II
N2  - The first goal of this study was to develop cell lines with a stable expression of bio-fluorescent topo II and topo I. This was successfully achieved using a bicistronic vector system. Control experiments showed that proteins of expected size were expressed, and that GFP-tagged topos I, IIa, and IIb were active in the cells and fully integrated in the endogenous pools of the enzymes. These cell-lines provided a novel tool for investigating the cell biology of human DNA topoisomerases. Our most important finding was, that both types of mammalian topoisomerases are entirely mobile proteins that are in continuous and rapid flux between all compartments of the nucleus and between the cytososl and the chromosomes of mitotic cells. This was particularly surprising with regard to topo II, which is considered to be a structural component of the nuclear matrix and the chromosome scaffold. We must conclude that if this was the case, then these architectural structures appear to be much more dynamic than believed until now. In this context it should also be mentioned, that the alignment of topo II with the central axes of the chromosome arms, which has until now been considered a hall-mark of the enzyme’s association with the chromosomal scaffold, is not seen in vivo and can be demonstrated to be to some extent an artefact of immunohistochemistry. Furthermore, we show that the two isoforms of topo II (a and b) have a different localisation during mitotic cell division, supporting the general concept that topo II functions at mitosis are exclusively assigned to the a-form, whereas at interphase the two isoenzymes work in concert. Despite unrestricted mobility within the entire nuclear space, topoisomerases I and II impose as mostly nucleolar proteins. We show that this is due to the fact that in the nucleoli they are moving slower than in the nucleoplasm. The decreased nucleolar mobility cannot be due to DNA-interactions, because compounds that fix topoisomerases to the DNA deplete them from the nucleoli. Interestingly, the subnucleolar distribution of topoisomerases I and II was complementary. The type II enzyme filled the entire nucleolar space, but excluded the fibrial centers, whereas topo I accumulated at the fibrial centers, an allocation directed by the enzyme’s N-terminus. During mitosis, it also mediates association with the nucleolar organising regions of the acrocentric chromosomes. Thus, topo I stays associated with the rDNA during the entire cell-cycle and consistently colocalizes there with RNA-polymerase I. Finally, we show that certain cancer drugs believed to act by stabilising covalent catalytic DNA-intermediates of topoisomerases, do indeed immobilize the enzymes in living cells. Interestingly, these drugs do not target topoisomerases in the nucleoli but only in the nucleoplasm.
N2  - Diese Arbeit hatte zunächst zum Ziel, humane Zelllinien zu etablieren, in denen GFP-Chimären der humanen DNS-Topoiosmerasen I, IIa und IIb stabil und constitutiv exprimiert werden. Dies wurde mit Hilfe eines bicistronischen Expressionsvektors erreicht, der eine quasi physiologische Expression der GFP-Chimären in humanen Zellen ermöglichte. Wir zeigen, dass die chimärischen Proteine die erwartete Größe haben, aktiv sind, und vollständig in die jeweiligen endogenen Enzympopulationen integriert werden. Damit halten wir ein ideales Werkzeug zur Untersuchung der Zellbiologie der Topoisomerasen in Händen. Sowohl Topoisomerase I, als auch die beiden Typ II-Enzyme innerhalb des Zellkerns vollständig mobil sind und zwischen Nukleoplasma und Nukleolen, sowie zwischen Zytosol und Chromosmen mitotischer Zellen ständig austauschen. Dieser Befund ist insbesondere hinsichtlich der Topoisomerase II erstaunlich, da man bisher davon ausgeht, dass dieses Enzym eine zentrale Rolle bei der Konstituierung der Kernmatrix bzw. des Chromosomengerüstes spielt, was mit einem vollständig und rasch beweglichen Protein unvereinbar scheint. Falls Topoisomerase II tatsächlich eine solche Rolle spielen sollte, müssen die Kernmatrix und das Chromosomengerüst sehr viel dynamischere Strukturen sein, als bisher angenommen. Es sei in diesem Zusammenhang auch darauf hingewiesen, dass wir in der lebenden Zelle keine Konzentrierung der Topoisomerase entlang der zentralen Längsachsen der Chromosmenarme gesehen haben, was bisher als Markenzeichen von deren Gerüstfunktion galt. Vielmehr konnten wir zeigen, dass eine solche axiale Anordnung überwiegend ein Artefakt immunhistologischer Methoden darstellt. Wir zeigen weiterhin, dass die beiden Isoformen der Topoisomerase II (a und b) während der Zellteilung unterschiedlich lokalisiert sind, was mit dem generellen Konzept zusammenpasst, dass nur die a-Form mitotische Funktionen wahrnimmt, während die beiden Isoenzyme in der Interphase konzertiert arbeiten. Ungeachtet ihrer unbegrenzten Mobilität innerhalb des gesamten Zellkerns, imponieren Topoiosmerase I und II in der lebende Zelle als überwiegend nukleoläre Proteine, was damit zusammenhängt, dass sie sich hier etwas langsamer bewegen, als im Nukleoplasma. Diese relative Abbremsung kann nicht auf DNS-Interaktionen beruhen, weil chemische Susbtanzen, die Topoisomerasen an der DNS fixieren, eine Entleerung der Nukleolen bewirken. Interessanterweise ist die subnukleoläre Verteilung von Topoisomerase I und II komplementär. Die Typ II- Enzyme füllen den gesamten nukleolären Raum aus, sparen aber die fibrillären Zentren aus, während das Typ I- Enzym fast ausschließlich an den fibrillären Zentren zu finden ist. Diese Assoziation wird durch den N-Terminus des Enzyms vermittelt, der darüber hinaus während der Mitose auch die Bindung an die nukelolären Organisationszentren der akrozentrischen Chromosomen bewirkt. So bleibt Topoisomerase I über den gesamten Zellzyklus hinweg mit der rDNS physisch verbunden und kolokalisiert hier mit der RNS-Polymerase I. Schließlich konnten wir zeigen, das bestimmte Tumnortherapeutika, von denen man annimt, dass sie über eine Stabilisierung der kovalenten katalytischen DNS-Intermediate der Topoiosmerasen wirken, diese Enzyme in der lebenden Zelle tatsächlich immobil machen. Interssanterweise treffen diese Substanzen überwiegend im Nukleolplasma und nicht in den Nukleolen.
KW  - Mensch
KW  - DNS-Topoisomerasen
KW  - Molekulargenetik
KW  - Topoisomerase I
KW  - Topoisomerase II
KW  - Mobilitet
KW  - Drogen
KW  - Krebs
KW  - Topoisomerases I
KW  - Topoisomerase II
KW  - Mobility
KW  - Drugs
KW  - Cancer
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4927
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hassouneh, Mohammed H.
T1  - Interpretation of Potential Fields by Modern Data Processing and 3-dimensional gravity Modeling of the Dead Sea Pull-Apart Basin / Jordan Rift Valley (JRV)
N2  - This work presents the analysis, 3D modeling and interpretation of gravity and aeromagnetic data of Jordan and Middle East. The potential field data delineate the location of the major faults, basins, swells, anticlines, synclines and domes in Jordan. The surface geology of Jordan and the immediate area east of the Rift is dominated by two large basins, the Al-Jafr basin in the south and the Al-Azraq-Wadi as Sirhan basin to the northeast. These two basins strike southeast-northwest and are separated by an anticlinal axis, the Kilwah-Bayir swell. The Karak Wadi El Fayha fault system occurs along the western flank of the swell. The Swaqa fault occurs on the southwest hinge of Al-Azraq basin and the Fuluq fault occurs on its northeast hinge. In the south west of Jordan, Wadi Utm-Quwaira and Disi-Mudawara fault zones are shown clearly in the aeromagnetic and gravity maps. The previous major faults are well correlated with the structural map of Jordan published by Bender (1968). 3D modeling of gravity data in the Dead Sea basin (DSB) was used together with existing geological and geophysical information to give a complete structural picture of the basin. The 3D models of the DSB show that the internal structure of the Dead Sea basin (DSB) is controlled by longitudinal faults and the basin is developed as a full graben bounded by sub-vertical faults along its long sides. In the northern planes of the 3D model, the accumulation of Quaternary (salt and marl) and Mesozoic (pre-rift) sediments are thinner than in the central and southern planes of the model. In the northern planes, the thickness of the Quaternary sediments is about 4 km, 5 km in the southern planes and it exceeds 8 km in the central planes of the DSR. The thickness of the pre-rift sediments reaches 10-12 km in the northern and southern planes and exceeds 15 km in the central planes of the DSR. The planes of the 3D models show that the depth to the crystalline basement under the eastern shoulders of the DSR is shallower than those beneath the western shoulders. It is about 3-5 km beneath the eastern shoulders and 7-9 km under the western shoulder of the DSR. The gravity anomaly maps of residual and first derivative gravity delineate the subsurface basins of widely varying size, shape, and depth along the Rift Valley. The basins are created by the combination of the lateral motion along a right-tending step over and normal faulting along the opposite sides. Al Bakura basin occupies the upper Jordanian River valley and extends into the southern Tiberias Lake. Bet Shean basin to the south of Al Bakura basin plunges asymmetrically toward the east. The Damia basin, comprising the central Jordan Valley and Jericho areas to the north of the Dead Sea is shallow basin (~600-800m deep). The Lisan basin is the deepest basin in the Rift. The 3D gravity models indicate a maximum of ~12 km of basin fill. Three basins are found in Wadi Araba area, Gharandal, Timna (Qa'-Taba) and Aqaba (Elat) basin. The three basins become successively wider and deeper to the south. The three regional gravity long E-W profiles (225 km) from the Mediterranean Sea crossing the Rift Valley to the east to the Saudi Arabia borders, show the positive correlation between topography and free air anomaly and strong negative Bouguer anomaly under the central part of the Dead Sea Basin (DSB) and normal regional Bouguer anomaly outside of the DSB in the transform valley. Depth to the top of the bedrock in the under ground of Jordan was calculated from potential field data. The basement crops out in the south west of Jordan and becomes deeper to northwards and eastwards to be about ~ 8 km below ground surface in the Risha area.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird die Analyse gravimetrischer und aeromagnetischer Daten aus dem Gebiet Jordaniens und des umgebenden Teils des mittleren Ostens mittels 3D Modellierung vorgestellt. Die Variationen der Potentialfelder folgen systematisch den Hauptstörungen, Becken, Schwellen, Faltenstrukturen und Dome in Jordanien. Die Oberflächengeologie Jordaniens und der Gebiete unmittelbar östlich der Riftzone werden von zwei großen Beckenstrukturen dominiert: Das Al-Jafr Becken im Süden und das Al-Azraq-Wadi (auch Sirhan Becken) im Nordosten. Diese Becken streichen SE-NW und sind durch eine Antiklinalstruktur, die Kilwah-Bayir Schwelle separiert. Das Karak Wadi El Fayha Störungssystem liegt im Bereich der westlichen Flanke der Schwelle. Im Südwesten grenzt die Swaqa Störung, im Nordosten die Fuluq Störung das Al al-Azraq Becken ab. Im Südwesten Jordaniens können auf den erstellten aeromagnetischen und gravimetrischen Plänen klar die prominenten Stö- rungszonen Wadi Utm-Quwaira und Disi-Mudwara nachgewiesen werden. Alle diese geophysikalisch indizierten tektonischen Elemente korrelieren gut mit den geologischen Aufnahmen von Bender (1968). 3D Modellierung der gravimetrischen Anomalie des Toten Meer Beckens (DSB) im GIS mit geologischer, seismischer und (Bohrloch) geophysikalischer Information wurde eingesetzt, um eine komplette Darstellung der Strukturen des Beckens zu erzielen. Die 3D-Modelle des DSB zeigen, dass die interne Beckenstruktur von Längsstörungen kontrolliert werden und das Becken als Vollgraben ausgebildet ist. Beide Grabenflanken werden von subvertikalen Randbrüchen begrenzt. In den Nord- Schnitten des Modells ergeben sich für die Akkumulation der Quartären Grabenfüllung (Salz und Mergel) mit etwa 4 km ebenso wie der der Mesozoischen (prä-Rift) Sedimente mit etwa 10 km geringere Mächtigkeiten als in den südlichen Schnitten. Hier liegen die Mächtigkeiten der Quartären Grabenfüllung bei etwa 5 km und die des Mesozoikums bei über 12 km. Die maximale Mächtigkeiten werden allerdings in zentralen Schnittlagen des Modells errechnet, wo das Quartär mit über 8 km und das mesozoikum mit über 15 km modelliert wurde. Im Modell des DSB liegt das kristalline Basement in der östlichen Grabenschulter mit 3-5 km deutlich flacher als mit 7-9 km unter der westlichen Grabenschulter. Die Anomaliepläne der Schwere, sowie die der ersten Ableitung weisen auf viele, oberflächlich nicht erkennbare Teilbeckenstrukturen im Verlauf des Riftes hin. Diese Becken werden durch die Kombination der Blattverschiebung mit dextralem "Stepp over" und Abschiebungen erklärt. Das Al Bakura Becken nimmt den oberen Bereich des Jordan Tales ein und dehnt sich bis in den Bereich des Tiberias See aus. Das südlich anschließende Bet Shean Becken taucht assymetrisch nach Ost ab. Das Damia Becken, im zentralen Jordan Tal und im Gebiet von Jericho, oberhalb des Toten Meeres gelegen, ist mit einer Tiefe von 600-800m eine sehr flache Struktur. Im nach Süden anschließenden Lisan Becken kann nach der Modellierung eine Sedimentfüllung von etwa 12 km angenommen werden. Im Bereich des Wadi Araba konnten drei weitere Becken wurden aus der Modellierung abgeleitet werden (Gharandal, Timna (Qa-Taba) und Aqaba (Elat), die alle zum Süden hin weiter und tiefer werden. Die drei regionalen E-W Schwereprofile (225 km Gesamtlänge) vom Mittelmeer über das Tote Meer bis zur Grenze von Saudi Arabien zeigen eine positive Korrelation zwischen der Topographie und der Freiluftanomalie sowie eine starker negative Bougueranomalie im Bereich des zentralen DSB. Außerhalb des DSB im Rifttal ist die Bouguerschwere normal. Die Tiefenlage der Kristallinbasis im Untergrund von Jordanien wurde aus den Daten der Aeromagnetik berechnet. Das Basement ist im Südwesten Jordanien aufgeschlossen und seine Tiefenlage nimmt sukzessive nach Norden und Osten auf etwa 8 km im Raum von Risha zu.
KW  - Jordantal
KW  - Grabenbruch
KW  - Becken <Geologie>
KW  - Dreidimensionale Rekonstruktion
KW  - Totes Meer
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4834
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hupp, Thomas
T1  - Ab Initio Treatment of Complex Systems Kohn-Sham Orbitals for Multi Reference Methods and the Base Pairing Properties of Xanthine
T1  - Ab initio Behandlung komplexer Systeme Kohn-Sham Orbitale für Multireferenzverfahren und die Basenpaarungseigenschaften von Xanthin
N2  - Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste untersucht die Eignung von LHF-Orbitalen für Multireferenzverfahren. Das Ziel dieses Teils ist eine effizientere Berechnung angeregter Zustände, was zur spektroskopischen Charakterisierung vieler organischer und bioorganischer Moleküle wichtig ist. Der zweite Teil befasst sich mit bioorganischen Fragestellungen und untersucht die Paarungseigenschaften der Purinbase Xanthin. Es wird unter anderem die unerwartet hohe Stabilität der Xanthin Selbstpaarung in Alanyl-PNA erklärt und es wird untersucht, auf welche Weise Xanthin in der DNA mutagene Fehlpaarungen mit Thymin eingehen kann. Teil1: Im Unterschied zu HF- und Standard-DFT-Methoden führt der LHF-Ansatz zu einem vollständig gebundenen Orbitalspektrum, da Coulomb-Selbstwechselwirkungen im LHF-Ansatz exakt korrigiert werden. Durch die Korrektur der Coulomb-Selbstwechselwirkungen sind im LHF-Ansatz auch die Energien der besetzten Orbitale nicht wie in Standard-DFT-Methoden zu höheren Werten verschoben, so dass das Koopmans' Theorem gültig bleibt und die besetzten LHF-Orbitale etwas kompakter als Standard-DFT-Orbitale sind. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass beide Eigenschaften deutliche Vorteile für MR-Verfahren darstellen. Die virtuellen LHF-Orbitale sind gut optimiert und erlauben eine effizienteBeschreibung sowohl angeregter Zustände als auch statischer Korrelationseffekte in MRCI und MRPT2-Ansätzen. Weiterhin führt die kompaktere Struktur der besetzten LHF-Orbitale zu einer besseren Beschreibung des kationischen Rumpfes von Rydbergzuständen. Andererseits wurden zu beiden genannten Vorteilen auch jeweils ein Beispielmolekül gefunden, in dem die Vorteile nicht zum Tragen kommen, und zu deren Beschreibung Orbitale aus HF- oder Standard-DFT-Methoden besser geeignet sind. Diese Beispiele zeigen, dass jeder Einzelfall für sich getestet werden muss, auch wenn die angeregten Zustände der meisten Moleküle sehr gut mit LHF-Orbitalen beschrieben werden können. Teil 2: Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden die Paarungseigenschaften von Xanthin und Xanthinderivaten untersucht. Ziel dieses Teils war es, eine Erklärung für die unerwartet hohe Stabilität des Xanthin Alanyl-PNA Selbstpaarung zu finden. Weiterhin wurde untersucht, weshalb Xanthin, das in der DNA u.a. unter chemischem Stress gebildet wird, mutagene Fehlpaarungen mit der Pyrimidinbase Thymin eingehen kann. Stabilität der Xanthin Alanyl PNA: Zunächst wurde durch den Vergleich experimenteller und berechneter 13C-NMR-Spektra das Regiosomer von Xanthin bestimmt, welches zu der ungewöhnlich hohen Stabilität der Xanthin-Xanthin-Selbstpaarung in Alanyl-PNA verantwortlich ist. Zur Untersuchung der Stabilität der Xanthin-Selbstpaarung wurde ein stark vereinfachendes Modell aufgestellt,in dem die Stabilit� at der PNA-Duplexe nur über die Energiebeiträge aus den Wasserstoffbrücken (EDim) und der Basenstapelung (EStap) bestimmt wird. Die Dimerisierungs- und Stapelungsenergien unterschiedlicher Paarungen wurden mit DFT- und MP2-Methoden bestimmt. Solvenseffekte wurden über ein Kontinuummodell erfasst und der Einfluss des peptidischen Rückgrats auf die Stapelungsgeometrie wurde durch Kraftfeldmethoden berücksichtigt. Während die einzelnen Energiekomponenten aus den H-Br� ucken und der Basenstapelung keinen eindeutigen Zusammenhang zu den Schmelztemperaturen erkennen lassen, korreliert die Summe aus beiden linear mit den experimentell ermittelten Tm-Werten. Dies bedeutet, dass die Beiträge aus der Entropie, der molekularen Wasserumgebung und der Rückgratspannung sich entweder aufheben oder f� ur alle behandelten Systeme sehr ähnlich sind. Die Stabilität der Xanthin-Xanthin- und die der 2,6-Diaminopurin-Xanthin-Paarung, ergibt sich durch einen erhöhten Stapelungsbeitrag der Purinpaarungen, während die Wasserstoffbrücken der Xanthin Selbstpaarung nur wenig zur Stabilisierung des Xanthin-Xanthin und des Xanthin-Diaminopurin-Alanyl-PNA-Doppelstrangs beitragen. Paarungseigenschaften von N9-Xanthin: Zur Untersuchung der Paarungseigenschaften von N9-Xanthin wurden zun� achst H-verbrückte Homodimere von Xanthin untersucht. Hierbei wurden extreme Variationen in den Bindungsstärken der einzelnen H-Brücken gefunden, die sich zwischen -4 bis -11 kcal/mol in der Gasphase und -2.5 bis -5 kcal/mol im Solvens betragen. Durch Vergleich mit Modellsystemen konnte die starke Varianz der H-Brückenstärke auf anziehende bzw. abstoßende sekundäre elektrostatische Wechselwirkungen zurückgeführt werden. Weiterhin wurde das Homodimer von Hypoxanthin untersucht, bei dem die H-Brücken durch eine Erhöhung der Aromatizität im Pyrimidinring zusätzlich verstärkt werden, was zu einer deutlichen Stabilisierung des Dimers führt. Elektronische Effekte müssen vor allem deshalb berücksichtigt werden, da sie im Unterschied zu rein elektrostatischen Effekten deutlich weniger von der Solvensumgebung beein usst werden. Mutagenität von Hypoxanthin und Xanthin: Zur Erklärung der Mutagenität von Hypoxanthin und Xanthin wurden verschiedene neutrale und anionische Watson-Crick Basenpaarungen von Hypoxanthin und Xanthin mit Pyrimidinbasen berechnet. Hierbei wurden u. a. auch tautomere und anionische Formen von Xanthin berücksichtigt. Zur Bewertung der erhaltenen Dimerisierungsenergien wurden die Paarungen danach klassifiziert, ob ihre Geometrien mit denen der kanonischen Basenpaarungen deckungsgleich sind, oder ob sie in einer verzerrten Watson-Crick Geometrie vorliegen, was die Einbaurate in die DNA aufgrund des räumlichen Anspruchs der DNA-Polymerase vermindert. Die Rechnungen zeigen, dass Xanthin nur mit Cytosin Watson-Crick-Paarungen eingehen kann, welche jedoch nur sehr schwach gebunden sind. In der neutralen Form scheint eine dreizähnige Basenpaarung unter Beteiligung einer tautomeren Form des Xanthins etwas stabiler zu sein als die zweizähnige Paarung von Diketoxanthin mit Cytosin. Da die Dimerisierungsenergie sowohl der neutralen als auch der anionischen Basenpaarung nur wenig unter 0 kcal/mol liegt, ist der Einbau der Xanthin-Cytosin-Paarung in die DNA zwar aufgrund der günstigen Geometrie möglich, wird aber nicht durch einen Energiebeitrag aus den H-Brücken verstärkt. Die im Vergleich zur Guanin-Cytosin Paarung deutlich geringere Aromatizität von Xanthin zu Cytosin ist im Einklang mit dem experimentellen Befund, dass die Cytosin-Xanthin Paarung deulich langsamer als die Guanin-Cytosin Paarungen in die DNA eingebaut werden. Während die Rechnungen nur eine geringe Aromatizität von Xanthin zu Cytosin vorhersagen, scheint das Anion von Xanthin in der Lage zu sein, eine sehr stabile Basenpaarung mit Thymin einzugehen. Allerdings muss die Dimerisierungsenergie die schlechtere Anpassung in die Bindungstasche der DNA-Polymerase ausgleichen, da die Paarung in einer etwas verzerrten Watson-Crick Geometrie vorliegt. Insgesamt wird die Paarung daher nicht schneller in die DNA eingebaut, wie erwartet aufgrund der H-Brückenstärken, stattdessen besitzt sie eine ähnliche Einbaurate wie die geometrisch günstigere aber weniger stabile Xanthin-Cytosin Paarung.
N2  - The present work consists of two parts. The first one deals with theoretical questions and tests the performance of orbitals obtained from a self-interaction free KS method, the LHFapproach, in multireference ab initio methods. The purpose of this part is to enable a more efficient computation of excitation energies, which is important for the spectroscopic characterization of many organic and bioorganic molecules. The second part focuses on bioorganic questions and studies the base pairing properties of the purine base xanthine in order to explain, e.g., the unusually high stability of selfpairing xanthine alanyl-PNA double strands and the mutagenicity of xanthine formed in DNA. Part1: In contrast to HF- and standard DFT-methods, the LHF-approach leads to a fully bound virtual orbital spectrum, because Coulomb self interactions are exactly canceled in the LHFansatz. Furthermore, the energies of the occupied orbitals are not upshifted, like it is the case for standard DFT-methods, so that Koopmans' theorem remains valid. In line with this, also the occupied LHF-orbitals are somewhat more compact than standard DFT-orbitals. The present work shows that both properties are of great benefit for MR methods. The virtual LHF-orbitals are well optimized and allow an efficient description of excited states and static correlation in both MRCI- and MRPT2-approaches. Furthermore, the higher compactness of the occupied LHF- compared to standard DFT-orbitals leads to a better description of the center ion of Rydberg states. However, for each of the two advantages mentioned at least one example molecule has been found, for which LHF-orbitals actually perform worse than HF-and/or standard DFT-orbitals. This shows, that even though LHF virtual orbitals allow an excellent MRCI- and MRPT2-description for the electronically excited states of a large number of molecules, this cannot be generalized and their performance needs to be tested for each individual case. In the second part of the present work, the base pairing properties of xanthine and xanthine derivatives were studied. The purpose of this part was to find an explanation for the unexpectedly high stability of the xanthine alanyl PNA double strand. Furthermore, it was analyzed, why xanthine, that is formed from guanine in DNA under chemical stress, is able to form mismatched base pairs with the pyrimidine base thymine. Stability of xanthine alanyl PNA: In the first step, the regioisomer present in the considered alanyl PNA was identified to be the N7-regioisomer of xanthine by a theoretical analysis of the 13C-NMR spectrum. To analyze the stability of the xanthine self-pairing, a simplified model was set up, in which the stability of the PNA double strand was explained solely by the energy contributions from H-bonding and base stacking. For that purpose, the dimerization and stacking energies for the xanthine-xanthine, guaninecytosine, adenine-thymine and xanthine-2,6-diaminopurine base pairs were computed using DFT and MP2 methods. Solvent effects were taken into account by the conductor like screening model. The influence of the peptide backbone on the stacking geometry was considered by force field optimizations. While the individual contributions from hydrogen bonding and stacking do not correlate with the melting temperature Tm, the sum of both correlates linearly with Tm. This correlation is somewhat surprising, because this means that the effects of the entropy and the molecular water environment either cancel or are similar for all systems compared. In this model, the stability of the xanthine selfpairing mainly stems from an enlarged stacking interaction, while the H-bonds give only minor contributions to the stability of the xanthine selfpaired double strand of alanyl-PNA. Base pairing properties of N9-Xanthine: The computation of the base pairing properties of N9-xanthine revealed a strong variation in the individual H-bond strengths for the selfpairing of xanthine, that range from -4 to -11 kcal/mol in the gas phase and -2.5 to -5 kcal/mol in polar solvent. By comparison with model systems it was shown that the strong variance of the H-bond strength is mainly due to attractive or repulsive secondary electrostatic interactions. For the homodimer of hypoxanthine it was shown that the increase of aromaticity in the pyrimidine ring upon dimer formation leads to a strengthening of the hydrogen bonds. Mutagenicity of hypoxanthine and xanthine: Several neutral and anionic Watson-Crick base pairs of xanthine were computed with MP2- and DFT-methods in order to explain the mutagenicity of hypoxanthine and xanthine. Also basepairs involving tautomeric forms of xanthine and hypoxanthine were considered. To evaluate the dimerization energies found, the dimers were classified into pairings that have the exact geometry of the canonical base pairs and those that realize a distorted Watson-Crick pairing mode. The computations show that a stable pairing which realizes the exact geometry of a canonical Watson Crick base pairing is only possible for the pairing of xanthine to cytosine, however, the base pairs are only weakly bound. The dimerization energies of both the neutral and the anionic pairing is around 0 kcal/mol, so that the xanthine-cytosine base pairs are incorporated into DNA solely because the base pairs fulfill the geometric demands of DNA polymerase, but it does not profit from any additional stabilization due to hydrogen bonding. The bonding that in the Watson-Crick pairing mode xanthine has almost no affinity to cytosine is in correspondence with the experimental result that the cytosine-xanthine base pair is incorporated into DNA at a much lower rate than the cytosine-guanine base pair, which has a very strong hydrogen bonding. While the affinity of xanthine to cytosine is very low, the computations predict that xanthine is able to form a stable Watson-Crick pairing with thymine. However, the pairing has a somewhat distorted Watson-Crick geometry, so that its high stability is outbalanced by the worsened fit to the binding pocket of DNA-polymerase. As a consequence, the xanthinethymine pairing is incorporated into DNA not at a faster, but only at a rate comparable to that of the xanthine-cytosine pairing.
KW  - Kohn-Sham Orbitale
KW  - MRCI
KW  - angeregte Zustände
KW  - Basenpaarung
KW  - Xanthin
KW  - Kohn-Sham Orbitals
KW  - MRCI
KW  - excited states
KW  - Base pairing
KW  - xanthine
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8244
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tyrsin, Oleg
T1  - Role of Raf family members in mouse development
T1  - Rolle der Raf-Kinase Familie in der Mausentwicklung
N2  - Raf Proteine sind Serin/Threonin Kinasen, die als zentrale Elemente des Ras, Raf, Mek, Map Kinase Wegs, an der Weiterleitung von extrazellulären Signalen von der Zellmembran zu nukleären Effektoren beteiligt sind. Auf diese Weise kontrollieren sie elementare Prozesse wie Proliferation, Differenzierung und das Überleben von Zellen. In Säugetieren wurden drei funktionelle Gene (A-, B- and C-raf) beschrieben. Aus biochemischen Untersuchungen ergibt sich, dass die Isozyme überlappende aber auch differentielle Funktionen übernehmen. Allerdings wurde ein differenziertes Verständnis der jeweiligen spezifischen Rolle dadurch erschwert, dass in den meisten Zelltypen verschiedene Raf-Isozyme expremiert werden und dass wegen der Vielzahl der Aktivatoren und Effektoren eine eindeutige Isoform-Zuordnung schwer möglich war. Aufgrund der Beteiligung an verschiedenen Krankheitsbildern, insbesondere der Tumorentstehung und –progression, ist jedoch die Aufklärung der Isozym-spezifischen Funktionen von vorranginger wissenschaftlicher Bedeutung. B-Raf hat unter den Raf Kinasen die höchste Kinaseaktivität und zeigt antiapoptotische Eigenschaften. B-Raf knockout Mäuse zeigen eine allgemeine Wachstumsverzögerung und sterben zwischen E10,5 und E12,5 aufgrund fehlentwickelter Gefässe in Folge massiver Apoptose differenzierter Endothelzellen. [1]. Um die Lethalität des B-Raf-/- (KO) Phänotyps zu überkommen und um die Redundanz der B-Raf Proteine weiter zu untersuchen, wurden Mäuse generiert, die unter der Kontrolle des B-Raf Promoters statt B-Raf eine A-Raf cDNA exprimieren. Nur in einem Fall entwickelte sich eine ausgewachsene p20 Maus ohne sichtbare Entwicklungsdefekte oder Verhaltensauffälligkeiten. Darüber hinaus wurden lebende Embryonen mit normaler Entwicklung aber reduzierter Grösse mit niedriger Inzidenz zwischen E12,5d und E16,5d beobachtet. In allen diesen Fällen fanden wir ein intaktes Gefäßsystem. Andererseits waren Neurogenese und die Bewegung der neuralen Vorläuferzellen in den überlebenden Embryonen gestört, was in einigen Fällen zu unterentwickelten Hirnregionen führte. Mittels TUNEL bzw. PCNA Assay konnten wir zeigen, dass mehr apoptotische und weniger proliferierende Zellen in ventrikulärer und subventrikulärer Zone der Hirn Ventrikel und im Striatum der KIN Embryonen zu finden sind. Außerdem wurden in einer Reihe von Geweben von E13,5d und in den Lungen von E16,5d Embryonen, vermehrt apoptotische Zellen beobachtet. Dies war in der einen ausgewachsenen KIN Maus nicht der Fall. Diese zeigte einen reduzierten Anteil an neuronalen Vorläuferzellen in der subgranulären Zone des Hippocampus und an reifen Neuronen im Riechkolben. Ansonsten waren aber keine Störungen der Neurogenese in der ausgewachsenen KIN Maus detektierbar. Fibroblasten die aus KIN Embryonen etabliert wurden, zeigten im Vergleich zu Wildtypzellen reduzierte Fähigkeit zur Proliferation und erhöhte Sensibilität gegenüber Apoptoseauslösern. Die erhöhte Apoptosetendenz spiegelte sich auf molekularer Ebene in einer Reduktion an antiapoptotischen Molekülen wieder. Aktive ERK und Akt Kinase sind erniedrigt. Außerdem war von dem bekannten Raf Substrat BAD, weniger an der inaktiven phosphorylierten Form zu beobachten, wodurch bei gleicher Menge Gesamtprotein auf ein Mehr an proapoptotischem unphosphoryliertem BAD geschlossen werden kann. Zusammengefasst zeigen diese Daten, dass die Substitution von B-Raf durch die weniger aktive A-Raf Kinase zwar die endotheliale Apoptose verhindern kann, die die Ursache für das frühe Absterben der B-Raf-/- (KO) Mäuse ist, dass aber die normale Entwicklung dennoch entscheidend gestört ist.
N2  - Cellular proliferation, differentiation and survival in response to extracellular signals are controlled by the signal transduction pathway of Ras, Raf and MAP kinase. The Raf proteins are serine/threonine kinases with essential function in growth/differentiation/survival - related signal transduction events. In mammals, three functional (A-, B-, and C-Raf) genes were described. Biochemical studies suggest overlapping and differential utilization of Raf isozymes. However, the frequent co-expression of Raf isozymes and their multiple activators and effectors impedes the full understanding of their specific roles. The elucidation of these roles is important due to the involvement of the Ras/Raf/MEK/MAP kinase cascade in human disorders especially in tumor development and progression. B-Raf was shown to posses the strongest kinase activity among Raf kinases and display antiapoptotic properties. Mice deficient in B-Raf show overall growth retardation and die between E10.5 and E12.5 of vascular defects caused by excessive death of differentiated endothelial cells. To elucidate the redundancy of Raf isozymes during embryonic development and to rescue B-Raf-/- (KO) phenotype, B-Raf alleles were disrupted by introducing A-Raf cDNA under the control of endogenous B-Raf promoter. The resulting BRaf A-Raf/A-Raf (KIN) phenotype depends on genetic background. The living embryos displaying normal development but size reduction were found with low incidence at E12.5d-16.5d. All of them displayed the rescue of vascular system. One adult p20 mouse without any visible defects in development and behavior was obtained. On the other hand, the processes of neurogenesis and neural precursors migration in survived embryos were disturbed which led in some cases to underdevelopment of different brain compartments. TUNEL and cell proliferation (PCNA staining) assays revealed more apoptotic (E13.5d) and less proliferating(E12.5d cells within ventricular and sub-ventricular zones of brain ventricles and in striatum of KIN embryos. In addition, more apoptotic cells were detected in many other tissues of E13.5d and in lung of E16.5d KIN embryos but not in adult KIN mouse. p20 KIN mouse demonstrated reduced fraction of neural precursor cells in sub-granular zone of hippocampus and mature neurons in olfactory bulb. The other processes of neurogenesis were not disturbed in adult KIN animal. Fibroblasts obtained from KIN embryos demonstrated less proliferative ability and were more susceptible to apoptotic stimuli compared to WT. This was accompanied by the reduction of active ERK and Akt required for survival, and with decrease of inactive phosphorylated BAD. The kinetic of both ERK and Akt phosphorylation upon serum stimulation was delayed. All these data indicate that moderate A-Raf kinase activity can prevent the endothelial apoptosis but is not enough to completely rescue the other developmental consequences.
KW  - Maus
KW  - Embryonalentwicklung
KW  - Raf <Biochemie>
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9453
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dem, Claudiu Dorin
T1  - Design and construction of a device for light scattering studies on airborne particles
T1  - Entwurf und Aufbau von ainem Aerosolanalysegerät
N2  - This thesis is concerned with the development of an on-line in-situ device for a chemical characterisation of flowing aerosols. The thesis describes the principles and most important features of such a system, allowing also on-line measurements using Raman spectroscopy as a diagnostic technique An analysis of the effect of forced oscillations on the motion of the particle dispersed in a gas flow is given in Chapter 2. Also the most important particle parameters are introduced. A review of the particle/fluid interaction in laminar air flows and the response of the particle is presented. In Chapter 3 the behaviour of the particle under different external conditions (ion bombardment and electric fields) is extended. A brief review of the most important particle charging theories (diffusion, field, and alternating potential charging) shows, that the effect of the electrical properties (represented by the dielectric constant) of the particles affects the charging process. A non-contact method for particle charge measurement was also presented. In the second part of the chapter, the interaction between the electric field and the charged particle for the purpose of particle trapping is illustrated. The most common systems like the two or four ring electrodynamic balance and the quadrupole trap are pointed out. In Chapter 4 a short review of the possibility of using scattered light to study aerosol particles is presented. First, the conditions and the facilities of using the Mie theory for particle size and refractive index determination are mentioned, then some features concerning the classical treatment of the Raman effect are presented Supported by the theoretical considerations exposed in Chapter 2, 3, and 4 the construction and the tests of different devices are presented in Chapter 5. Following the goal of the thesis, first an overview of the used materials and methods for particle generation is presented. Then, the constructed charging devices are described (from the mechanical and electrical point of view) and compared by measuring the acquired charge on the particle. Charged particles can be trapped in different containers. Two types of axially symmetric electrodynamic balances (two ring or an extended four ring configuration) were presented. For a deeper understanding these systems were studied using analytic and numerical methods. Considering the presented purpose of the work another type of trapping system has been developed, namely the quadrupole trap. A similar theoretical characterisation (in term’s of Mathieu equation) as for the electrodynamic balance was presented pointing out some specific features of this system. The incoming particle stream will be focused to the centre of the system simultaneously also the applied DC and AC potential onto the tube electrodes, yields a stable trapping of one or more particles. Chapter 6 consists of two parts: the system for single particle and for many particles investigation. The individual devices presented in Chapter 5 are now put together. The first part presents the method and the experimental realisation of a set-up for solid particle injection. In order to suppress the phase injection disadvantage found for the electrodynamic balance a developed program processes the information obtained from a particle cloud through an adequate electronic detection system, and reduces the number of particles until just one single particle is trapped. The method for one particle investigation can be extended for many particles. Using the presented set-up the particles are moved from one quadrupole to another and transformed from a particle cloud to a particle stream. A linearity between an external vertical mounted detector and the formed image of the particle stream on the CCD camera has been observed and used for simultaneous detection of many particles by Raman spectroscopy. For both methods Raman results are presented. One limitation of Raman Spectroscopy is the relatively long integration time needed for adequate signal-to-noise ratio. There are two factors which influence the integration time: first the incident radiation and the detector sensitivity, and second the intensity of the Raman bands. Using a CCD detector, the desired detector sensitivity should be achieved. So, the improvement of the signal-to-noise ratio should be the next goal in the system development. In order to reduce the integration time an optical system including optic fibres and the integration of an FT-Raman module operating in the visible region is planed. The goal of this work was to develop and construct an instrument for on-line in-situ single particle investigation by Raman spectroscopy. With the presented experimental set-up and the developed program the purpose of the work, the on-line in-situ near atmospheric pressure aerosol investigation was achieved. The Raman spectroscopy has been used successfully for a chemical characterisation of the aerosol particles.
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau eines on-line in-situ Analysegerätes zur chemische Charakterisierung von Aerosolen in Luftströmungen. Die Arbeit beschreibt neben den Grundlagen die wichtigsten Eigenschaften eines solchen Systems für on-line Messungen, das die Raman-Spektroskopie als eine Diagnosetechnik einsetzt. Kapitel 2 beinhaltet eine Analyse der Effekte von erzwungenen Oszillationen auf die Bewegung dispergierter Teilchen im Gasfluss. Dort werden auch die wichtigsten Eigenschaften von Partikeln vorgestellt. Es wird ein Überblick über die Teilchen-Gas Wechselwirkungen in laminarer Strömung gegeben, und die Reaktion des Teilchens in Abhängigkeit von Veränderungen (Kräften) wird diskutiert. In Kapitel 3 wird das Verhalten von Teilchen unter verschiedenen externen Bedingungen (Ionenbeschuss oder elektrisches Feld) weiter erörtert. Ein kurzer Überblick über die wichtigsten Theorien zur Teilchenladung (Diffusions-, Feld-, und alternierende Potentialaufladung) zeigt, dass die elektrischen Eigenschaften (dargestellt durch die dielektrische Konstante) des Teilchens den Ladungsprozess beeinflussen. Darüber hinaus wird eine kontaktlose Messmethode für die Ladung der Teilchen diskutiert. Im zweiten Teil des Kapitels wird die Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Feld und dem geladenen Teilchen erläutert, zu dem Zweck, dass man die Teilchen ’’einfängt’’. Die gängigen Systeme wie z.B. die elektrodynamische Waage mit zwei oder vier Ringen und die Quadrupolfalle werden ebenfalls diskutiert. In Kapitel 4 werden die Möglichkeiten zur Untersuchung von Teilchen durch um Analyse des gestreuten Lichts vorgestellt. Zunächst werden die Bedingungen und Möglichkeiten für die Eignung der Mie-Theorie zum Studium von Partikelgröße und Brechungskoeffizient diskutiert; des weiteren wird auf die Eigenschaften des klassischen Raman-Effektes eingegangen. In Kapitel 5 wird die Konstruktion und anschließende Erprobung von Geräten beschrieben. Der Aufbau dieser Geräte erfolgte mit Hilfe der theoretischen Erwägungen aus den Kapiteln 2, 3 und 4. Es wird ein Überblick über die verwendeten Materialien und Methoden für die Teilchenerzeugung gegeben. Dann werden die entwickelten Ladegeräte beschrieben (vom mechanischen und elektronischen Standpunkt aus gesehen), und sie werden untereinander verglichen, indem die erzielte Ladung auf den Teilchen gemessen wird. Geladene Teichen können in verschiedenen Anordnungen gefangen werden. Zwei Arten von achsensymmetrischen elektrodynamischen Waagen (Zwei-Ring- oder eine erweiterte Vier-Ring-Konfiguration) werden vorgestellt. Für ein besseres Verständnis wurden diese Systeme durch analytische und numerische Methoden untersucht. In Anbetracht der Ziele dieser Arbeit wurde eine andere Art von Fangsystem entwickelt, die sogenannte Quadrupolfalle. Eine ähnliche theoretische Charakterisierung wie im Falle der elektrodynamischen Waage wurde vorgenommen und verschiedene spezifische Eigenschaften des Systems dargelegt. Der ankommende Teilchenfluss wird in die Mitte des Systems fokussiert, und unter Berücksichtigung des DC-Potentials auf den Rohrelektroden erhält man ein stabiles „Trapping“ eines oder mehrerer Teilchen. Kapitel 6 beschreibt die Experimentalaufbauten für die Untersuchung von einem oder von mehreren Teilchen. Die einzelnen Geräte, die in Kapitel 5 vorgeführt wurden, werden jetzt zusammengesetzt. Der erste Teil des Kapitels stellt die Methode und den experimentellen Aufbau für die Injektion von Feststoffteilchen vor. Um dem Nachteil der Phaseninjektion im Falle der elektrodynamischen Waage entgegenzukommen, wurde ein Programm entwickelt, das die Informationen (aufgenommen durch ein elektronisches Detektionssystem) von einer Teilchenwolke verarbeitet und das die Zahl der Teilchen reduziert, bis nur ein einziges übrig bleibt. Die Methode für die Ein-Teilchen-Untersuchung kann auch für mehrere Teilchen erweitert werden. Unter Verwendung des beschriebenen Systems werden die Teilchen aus einem Quadrupol in einen anderen bewegt und von einer Teilchenwolke in einen Teilchenstrom umgewandelt. Es wurde eine Linearität zwischen einem extern montierten Detektor und der Abbildung des Teilchenflusses durch ein Spektrometer auf einer CCD-Kamera festgestellt, welche für die gleichzeitige Detektion von mehreren Teilchen mittels Raman-Spektroskopie genutzt wurde. Für beide Methoden werden Raman-Ergebnisse gezeigt. Eine Einschränkung bei der Anwendung der Raman-Spektroskopie besteht in den relativ langen Integrationszeiten, die für ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis gebraucht werden. Es gibt zwei Faktoren, die die Integrationszeit beeinflussen: (1) die einfallende Strahlung und die Detektorempfindlichkeit und (2) die Frequenz und die Intensität der Raman Banden. Durch Verwendung eines CCD-Detektors kann die gewünschte Detektorsensitivität erreicht werden. Der nächste Schritt in der Systementwicklung ist die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Um die Integrationszeit zu verkürzen, ist für zukünftige Arbeiten ein optisches System geplant, das optische Fasern und den Einbau eines FT-Raman-Moduls im sichtbaren Bereich einschließt. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und der Aufbau eines Geräts zur on-line in-situ Untersuchung eines einzelnen Teilchens mit Hilfe der Raman-Spektroskopie. Durch den vorgestellten experimentellen Aufbau und das entwickelte Steuerungsprogramm konnte das Ziel der Arbeit, die in-situ Untersuchung von Aerosolen bei normalem Luftdruck, erreicht werden. Die Raman-Spektroskopie wurde erfolgreich zur chemischen Charakterisierung von Aerosolen eingesetzt.
KW  - Aerosol
KW  - Chemische Analyse
KW  - Raman-Spektroskopie
KW  - Schwebeteilchen
KW  - Elektrodynamische Falle
KW  - Raman Spektroskopie
KW  - Airborne particles
KW  - Electrodynamic trap
KW  - Raman spectroscopy
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9605
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kraus, Daniela
T1  - Conformal pseudo-metrics and some applications
T1  - Konforme Pseudo-Metriken und einige Anwendungen
N2  - The point of departure for the present work has been the following free boundary value problem for analytic functions $f$ which are defined on a domain $G \subset \mathbb{C}$ and map into the unit disk $\mathbb{D}= \{z \in \mathbb{C} : |z|<1 \}$. Problem 1: Let $z_1, \ldots, z_n$ be finitely many points in a bounded simply connected domain $G \subset \mathbb{C}$. Show that there exists a holomorphic function $f:G \to \mathbb{D}$ with critical points $z_j$ (counted with multiplicities) and no others such that $\lim_{z \to \xi} \frac{|f'(z)|}{1-|f(z)|^2}=1$ for all $\xi \in \partial G$. If $G=\mathbb{D}$, Problem 1 was solved by K?nau [5] in the case of one critical point, and for more than one critical point by Fournier and Ruscheweyh [3]. The method employed by K?nau, Fournier and Ruscheweyh easily extends to more general domains $G$, say bounded by a Dini-smooth Jordan curve, but does not work for arbitrary bounded simply connected domains. In this paper we present a new approach to Problem 1, which shows that this boundary value problem is not an isolated question in complex analysis, but is intimately connected to a number of basic open problems in conformal geometry and non-linear PDE. One of our results is a solution to Problem 1 for arbitrary simply connected domains. However, we shall see that our approach has also some other ramifications, for instance to a well-known problem due to Rellich and Wittich in PDE. Roughly speaking, this paper is broken down into two parts. In a first step we construct a conformal metric in a bounded regular domain $G\subset \mathbb{C}$ with prescribed non-positive Gaussian curvature $k(z)$ and prescribed singularities by solving the first boundary value problem for the Gaussian curvature equation $\Delta u =-k(z) e^{2u}$ in $G$ with prescribed singularities and continuous boundary data. This is related to the Berger-Nirenberg problem in Riemannian geometry, the question which functions on a surface R can arise as the Gaussian curvature of a Riemannian metric on R. The special case, where $k(z)=-4$ and the domain $G$ is bounded by finitely many analytic Jordan curves was treated by Heins [4]. In a second step we show every conformal pseudo-metric on a simply connected domain $G\subseteq \mathbb{C}$ with constant negative Gaussian curvature and isolated zeros of integer order is the pullback of the hyperbolic metric on $\mathbb{D}$ under an analytic map $f:G \to \mathbb{D}$. This extends a theorem of Liouville which deals with the case that the pseudo-metric has no zeros at all. These two steps together allow a complete solution of Problem 1. Contents: Chapter I contains the statement of the main results and connects them with some old and new problems in complex analysis, conformal geometry and PDE: the Uniformization Theorem for Riemann surfaces, the problem of Schwarz-Picard, the Berger-Nirenberg problem, Wittich's problem, etc.. Chapter II and III have preparatory character. In Chapter II we recall some basic results about ordinary differential equations in the complex plane. In our presentation we follow Laine [6], but we have reorganized the material and present a self-contained account of the basic features of Riccati, Schwarzian and second order differential equations. In Chapter III we discuss the first boundary value problem for the Poisson equation. We shall need to consider this problem in the most general situation, which does not seem to be covered in a satisfactory way in the existing literature, see [1,2]. In Chapter IV we turn to a discussion of conformal pseudo-metrics in planar domains. We focus on conformal metrics with prescribed singularities and prescribed non-positive Gaussian curvature. We shall establish the existence of such metrics, that is, we solve the corresponding Gaussian curvature equation by making use of the results of Chapter III. In Chapter V we show that every constantly curved pseudo-metric can be represented as the pullback of either the hyperbolic, the euclidean or the spherical metric under an analytic map. This is proved by using the results of Chapter II. Finally we give in Chapter VI some applications of our results. [1,2] Courant, H., Hilbert, D., Methoden der Mathematischen Physik, Erster/ Zweiter Band, Springer-Verlag, Berlin, 1931/1937. [3] Fournier, R., Ruscheweyh, St., Free boundary value problems for analytic functions in the closed unit disk, Proc. Amer. Math. Soc. (1999), 127 no. 11, 3287-3294. [4] Heins, M., On a class of conformal metrics, Nagoya Math. J. (1962), 21, 1-60. [5] K?nau, R., L?gentreue Randverzerrung bei analytischer Abbildung in hyperbolischer und sph?ischer Geometrie, Mitt. Math. Sem. Giessen (1997), 229, 45-53. [6] Laine, I., Nevanlinna Theory and Complex Differential Equations, de Gruyter, Berlin - New York, 1993.
N2  - Der Ausgangspunkt dieser Arbeit war das folgende freie Randwertproblem f? analytische Funktionen $f$, die auf einem Gebiet $G \subset \mathbb{C}$ definiert sind und in den Einheitskreis $\mathbb{D}= \{z \in \mathbb{C} : |z|<1 \}$ abbilden. Problem 1: Es seien $z_1, \ldots, z_n$ endlich viele Punkte in einem beschr?kten einfach zusammenh?genden Gebiet $G \subset \mathbb{C}$. Existiert eine holomorphe Funktion $f:G \to \mathbb{D}$, die genau und nur in $z_j$ kritische Punkte (mit Vielfachheiten gez?lt) besitzt und $\lim_{z \to \xi} \frac{|f'(z)|}{1-|f(z)|^2}=1$ f? alle $\xi \in \partial G$ erf?lt. F? $G=\mathbb{D}$ wurde Problem 1 von K?nau [5] im Fall eines kritischen Punktes gel?t und f? mehr als einen kritischen Punkt von Fournier and Ruscheweyh [3]. Die Methode, die von K?nau, Fournier and Ruscheweyh benutzt wurde, l?st sich auf allgemeinere Gebiete $G$ ?ertragen, aber nicht auf beliebige beschr?kte einfach zusammenh?gende Gebiete. In dieser Arbeit wird ein Zugang zu Problem 1 dargestellt, der das Randwertproblem der Komplexen Analysis mit einer Reihe offener Probleme in der Konformen Geometrie und der Theorie nicht-linearer PDE in Zusammenhang bringt. Insbesondere wird Problem 1 f? beliebige einfach zusammenh?gende Gebiete gel?t. Es wird gezeigt, dass der gew?lte Zugang weitere Verzweigungen aufweist, z.B. zu einem wohlbekannten Problem von Rellich und Wittich in PDE. Die Arbeit besteht aus zwei Hauptteilen. In einem ersten Schritt werden konforme Metriken in einem beschr?kten regul?en Gebiet $G \subset \mathbb{C}$ mit vorgeschriebener nicht-positiver Gau?cher Kr?mung $k(z)$ und vorgeschriebenen Singularit?en konstruiert, indem das erste Randwertproblem f? die Gau?che Kr?mungsgleichung $\Delta u=-k(z) e^{2u}$ in $G$ mit vorgeschriebenen Singularit?en und stetigen Randwerten gel?t wird. Dies steht in Zusammenhang mit dem Berger-Nirenberg Problem, der Frage, welche Funktionen auf einer Riemannschen Fl?he R als Gau?che Kr?mung einer Riemannschen Metrik auf R auftreten k?nen. Der Spezialfall, dass $k(z)=-4$ und das Gebiet $G$ durch endlich viele analytische Jordankurven berandet ist, wurde von Heins [4] gel?t. In einem zweiten Schritt wird gezeigt, dass jede konforme Pseudo-Metrik auf einem einfach zusammenh?genden Gebiet $G \subseteq \mathbb{C}$ mit konstanter negativer Gau?cher Kr?mung und isolierten Nullstellen ganzzahliger Ordnung die Zur?kholung der hyperbolischen Metrik auf $\mathbb{D}$ unter einer holomorphen Funktion $f:G \to \mathbb{D}$ ist. Dies erweitert einen Satz von Liouville, der den Fall einer nullstellenfreien Pseudo-Metrik behandelt. Die beschriebenen zwei Schritte l?en Problem 1 vollst?dig. Inhaltsangabe: Kapitel I enth?t die Ergebnisse der Arbeit und stellt den Zusammenhang mit alten und neuen Problemen in Komplexer Analysis, Konformer Geometrie, und PDE dar: dem Uniformisierungssatz f? Riemannsche Fl?hen, dem Problem von Schwarz-Picard, dem Berger-Nirenberg Problem, Wittichs Problem, etc.. In Kapitel II wird an grundlegende Ergebnisse gew?nlicher Differentialgleichungen in der komplexen Ebene erinnert. Die Darstellung folgt Laine [6]. Das Material ist reorganisiert und enth?t eine Auflistung der wichtigsten Gesichtspunkte von Riccati und Schwarzschen Differentialgleichungen sowie Differentialgleichungen zweiter Ordnung. In Kapitel III wird das erste Randwertproblem f? die Poisson Gleichung diskutiert. Es wird in gr&#31204;ter Allgemeinheit betrachtet, da es scheinbar in der vorhandenen Literatur nicht in einer befriedigenden Weise behandelt wird, siehe [1,2]. In Kapitel IV werden Pseudo-Metriken in ebenen Gebieten diskutiert. Im Mittelpunkt stehen Metriken mit vorgeschriebenen Singularit?en und vorgeschriebener nicht-positiver Gau?cher Kr?mung. Die Existenz solcher Metriken wird mithilfe der Ergebnisse aus Kapitel III bewiesen. In Kapitel V wird gezeigt, dass sich jede Pseudo-Metrik konstanter Kr?mung als Zur?kholung der hyperbolischen, der euklidischen oder der sph?ischen Metrik unter einer analytischen Funktion darstellen l?st. Hierf? werden die Ergebnisse aus Kapitel II herangezogen. Einige Anwendungen der Ergebnisse befinden sich in Kaptil VI. [1,2] Courant, H., Hilbert, D., Methoden der Mathematischen Physik, Erster/ Zweiter Band, Springer-Verlag, Berlin, 1931/1937. [3] Fournier, R., Ruscheweyh, St., Free boundary value problems for analytic functions in the closed unit disk, Proc. Amer. Math. Soc. (1999), 127 no. 11, 3287-3294. [4] Heins, M., On a class of conformal metrics, Nagoya Math. J. (1962), 21, 1-60. [5] K?nau, R., L?gentreue Randverzerrung bei analytischer Abbildung in hyperbolischer und sph?ischer Geometrie, Mitt. Math. Sem. Giessen (1997), 229, 45-53. [6] Laine, I., Nevanlinna Theory and Complex Differential Equations, de Gruyter, Berlin - New York, 1993.
KW  - Freies Randwertproblem
KW  - Pseudometrik
KW  - konforme Pseudo-Metriken
KW  - freies Randwertproblem
KW  - Darstellung vonPseudo-Metriken
KW  - Poisson Gleichung
KW  - erstes Randwertproblem in PDE
KW  - conformal pseudo-metrics
KW  - representation of pseudo-metrics
KW  - Poisson equation
KW  - first boundary value problem in PDE
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9193
ER  -