TY - JOUR A1 - Hegerl, Ulrich A1 - Wittenburg, Lisa A1 - Arensman, Ella A1 - Van Audenhove, Chantal A1 - Coyne, James C. A1 - McDaid, David A1 - van der Feltz-Cornelis, Christina M. A1 - Gusmão, Ricardo A1 - Kopp, Mária A1 - Maxwell, Margaret A1 - Meise, Ullrich A1 - Roskar, Saska A1 - Sarchiapone, Marco A1 - Schmidtke, Armin A1 - Värnik, Airi A1 - Bramesfeld, Anke T1 - Optimizing Suicide Prevention Programs and Their Implementation in Europe (OSPI Europe): an evidence-based multi-level approach JF - BMC Public Health N2 - Background Suicide and non-fatal suicidal behaviour are significant public health issues in Europe requiring effective preventive interventions. However, the evidence for effective preventive strategies is scarce. The protocol of a European research project to develop an optimized evidence based program for suicide prevention is presented. Method The groundwork for this research has been established by a regional community based intervention for suicide prevention that focuses on improving awareness and care for depression performed within the European Alliance Against Depression (EAAD). The EAAD intervention consists of (1) training sessions and practice support for primary care physicians,(2) public relations activities and mass media campaigns, (3) training sessions for community facilitators who serve as gatekeepers for depressed and suicidal persons in the community and treatment and (4) outreach and support for high risk and self-help groups (e.g. helplines). The intervention has been shown to be effective in reducing suicidal behaviour in an earlier study, the Nuremberg Alliance Against Depression. In the context of the current research project described in this paper (OSPI-Europe) the EAAD model is enhanced by other evidence based interventions and implemented simultaneously and in standardised way in four regions in Ireland, Portugal, Hungary and Germany. The enhanced intervention will be evaluated using a prospective controlled design with the primary outcomes being composite suicidal acts (fatal and non-fatal), and with intermediate outcomes being the effect of training programs, changes in public attitudes, guideline-consistent media reporting. In addition an analysis of the economic costs and consequences will be undertaken, while a process evaluation will monitor implementation of the interventions within the different regions with varying organisational and healthcare contexts. Discussion This multi-centre research seeks to overcome major challenges of field research in suicide prevention. It pools data from four European regions, considerably increasing the study sample, which will be close to one million. In addition, the study will gather important information concerning the potential to transfer this multilevel program to other health care systems. The results of this research will provide a basis for developing an evidence-based, efficient concept for suicide prevention for EU-member states. KW - suicide prevention KW - preventive strategies KW - Europe Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-154695 VL - 9 IS - 428 ER - TY - THES A1 - Fronczek, David Norman T1 - Integration of fluorescence and atomic force microscopy for single molecule studies of protein complexes N2 - The scope of this work is to develop a novel single-molecule imaging technique by combining atomic force microscopy (AFM) and optical fluorescence microscopy. The technique is used for characterizing the structural properties of multi-protein complexes. The high-resolution fluorescence microscopy and AFM are combined (FIONA-AFM) to allow for the identification of individual proteins in such complexes. This is achieved by labeling single proteins with fluorescent dyes and determining the positions of these fluorophores with high precision in an optical image. The same area of the sample is subsequently scanned by AFM. Finally, the two images are aligned and the positions of the fluorophores are displayed on top of the topographical data. Using quantum dots as fiducial markers in addition to fluorescently labeled proteins, fluorescence and AFM information can be aligned with an accuracy better than 10 nm, which is sufficient to identify single fluorescently labeled proteins in most multi-protein complexes. The limitations of localization precision and accuracy in fluorescence and AFM images are investigated, including their effects on the overall registration accuracy of FIONA-AFM hybrid images. This combination of the two complementary techniques opens a wide spectrum of possible applications to the study of protein interactions, because AFM can yield high resolution (5–10 nm) information about the conformational properties of multi-protein complexes while the fluorescence can indicate spatial relationships of the proteins within the complexes. Additionally, computer simulations are performed in order to validate the accuracy of the registration algorithm. N2 - Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein bildgebendes Verfahren zur Identifizierung einzelner Proteine in rasterkraftmikroskopischen Aufnahmen entwickelt. Dazu wird ein integrierter Versuchsaufbau aus einem Rasterkraft- und einem optischen Mikroskop verwendet. Ziel der Technik ist die Identifizierung einzelner Proteine im biologischen Kontext (z. B. in Proteinkomplexen). Dazu werden ausgewählte Proteine fluoreszierend markiert und parallel zur Rasterkraftmessung optisch abgebildet. Für dieses Verfahren werden transparente und zugleich nano-glatte Substrate benötigt. Dazu wurden Probenträger aus Glas und Mica (Muskovit) verwendet und evaluiert. Als Fluoreszenzfarbstoffe kommen Quantenpunkte zum Einsatz, bestehend aus 5–10 nm großen Nanokristallen, die vermittels Antikörper stabil an Proteine gebunden werden können, ohne deren Funktion zu beeinträchtigen. Die optische Anregung erfolgt durch einen Argon-Laser, unter Verwendung des Prinzips der Totalreflektions-Fluoreszenz-Mikroskopie (TIRF). Im optischen Bild erscheinen die Fluorophore als einzelne Beugungsscheibchen. Durch eine Ausgleichsrechnung, bei der eine 2D-Gaußfunktion an die Daten angepasst wird, werden die Positionen der Fluorophore mit hoher Genauigkeit ermittelt (Superlocalization). Anschließend werden die Bilder durch eine affine Transformation ausgerichtet. Diese Transformation wird durch ein merkmalbasiertes Bildregistrierungsverfahren numerisch bestimmt, welches die Koordinaten einiger identischer Punkte in den Rasterkraft- und Fluoreszenzbildern als Eingabe benötigt. Die Programmierung und Evaluierung des zur Auswertung erforderlichen Algorithmus war Teil der Arbeit. Die Positionen der Fluorophore werden anschließend farbkodiert im topografischen Bild ausgegeben, was die Identifizierung einzelner Proteine/Objekte ermöglicht. Zur experimentellen Realisierung des Verfahrens wurden Abbildungen mit ungebundenen Quantenpunkten erstellt, wobei eine Überlagerungsgenauigkeit von ca. 6 nm (Glas) bzw. ca. 9 nm (Mica) erreicht werden konnte. Ergänzend dazu wurden Simulationen durchgeführt, um die Validität des Auswertungsalgorithmus zu bestätigen. Diese ermöglichen zusätzlich Vorhersagen über die zu erwartende Genauigkeit unter verschiedenen Abbildungsbedingungen. Schließlich wurde die Technik exemplarisch auf ein biologisches System angewendet. Dazu wurde der Schadenserkennungsapparat des bakteriellen DNS-Reparatursystems NER herangezogen. Bei gleichzeitig deutlicher Sichtbarkeit einzelner DNS-Moleküle und Proteine im Topographiebild konnte eine Überlagerungsgenauigkeit von 8.8 nm erreicht werden. KW - Kraftmikroskopie KW - Fluoreszenz KW - DNS-Reparatur KW - Registrierung KW - Multiproteinkomplex KW - AFM KW - Fluorescence imaging with one nanometer accuracy KW - FIONA KW - hybrid imaging Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70731 ER - TY - THES A1 - Pleines, Irina T1 - The role of the Rho GTPases Rac1 and Cdc42 for platelet function and formation T1 - Die Rolle der Rho GTPasen Rac1 und Cdc42 in Thrombozytenfunktion und -bildung N2 - Platelet activation induces cytoskeletal rearrangements involving a change from discoid to spheric shape, secretion, and eventually adhesion and spreading on immobilized ligands. Small GTPases of the Rho family, such as Rac1 and Cdc42, are known to be involved in these processes by facilitating the formation of lamellipodia and filopodia, respectively. This thesis focuses on the role Rac1 and Cdc42 for platelet function and formation from their precursor cells, the megakaryocytes (MKs), using conditional knock-out mice. In the first part of the work, the involvement of Rac1 in the activation of the enzyme phospholipase (PL) C2 in the signaling pathway of the major platelet collagen receptor glycoprotein (GP) VI was investigated. It was found that Rac1 is essential for PLC2 activation independently of tyrosine phosphorylation of the enzyme, resulting in a specific platelet activation defect downstream of GPVI, whereas signaling of other activating receptors remains unaffected. Since Rac1-deficient mice were protected from arterial thrombosis in two different in vivo models, the GTPase might serve as a potential target for the development of new drugs for the treatment and prophylaxis of cardio- and cerebrovascular diseases. The second part of the thesis deals with the first characterization of MK- and platelet-specific Cdc42 knock-out mice. Cdc42-deficient mice displayed mild thrombo-cytopenia and platelet production from mutant MKs was markedly reduced. Unexpectedly, Cdc42-deficient platelets showed increased granule content and release upon activation, leading to accelerated thrombus formation in vitro and in vivo. Furthermore, Cdc42 was not generally required for filopodia formation upon platelet activation. Thus, these results indicate that Cdc42, unlike Rac1, is involved in multiple signaling pathways essential for proper platelet formation and function. Finally, the outcome of combined deletion of Rac1 and Cdc42 was studied. In contrast to single deficiency of either GTPase, platelet production from double-deficient MKs was virtually abrogated, resulting in dramatic macrothrombocytopenia in the animals. Formed platelets were largely non-functional leading to a severe hemostatic defect and defective thrombus formation in double-deficient mice in vivo. These results demonstrate for the first time a functional redundancy of Rac1 and Cdc42 in the hematopoietic system. N2 - Umstrukturierungen des Zytoskeletts spielen eine bedeutende Rolle bei der Aktivierung von Thrombozyten und sind in diesem Zusammenhang unerlässlich für Formänderung, Sekretion, sowie für Adhäsion und Ausbreitung auf immobilisierten Adhäsionsproteinen. Es wird vermutet, dass kleine GTPasen der Rho-Proteinfamilie, wie z.B. Rac1 und Cdc42, maßgeblich an diesen Prozessen beteiligt sind, indem sie die Bildung von Lamellipodien bzw. Filopodien bewirken. Die hier vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Funktion von Rac1 und Cdc42 sowohl für die Aktivierung von Thrombozyten, als auch für deren Neubildung aus ihren Vorläuferzellen, den Megakaryozyten (MKs). Zu diesem Zweck wurden konditionale Knock-out-Mäuse generiert und in vitro und in vivo analysiert. Der erste Teil der Arbeit beinhaltete die Untersuchung der Rolle von Rac1 im Signalweg des wichtigsten Thrombozyten-Kollagen-Rezeptors, Glykoprotein (GP) VI, dessen Stimulation zur Aktivierung des Enzyms Phospholipase 2 (PLC2) führt. Es konnte gezeigt werden, dass Rac1 notwendig für PLC2-Aktivierung ist, und zwar unabhängig von der simultan stattfindenden Tyrosin-Phosphorylierung des Enzyms. Dies führte dazu, dass in Rac1-defizienten Thrombozyten spezifisch der GPVI-Signalweg blockiert war, während die Aktivierung durch andere Rezeptoren unverändert funktionierte. Da Rac1-defiziente Mäuse vor arteriellem Gefäßverschluss (Thrombose) in zwei verschiedenen in vivo Modellen geschützt waren, könnte Rac1 einen potenziellen Angriffspunkt für die Entwicklung neuer antithrombotisch wirksamer Medikamente darstellen. Im zweiten Teil der Dissertation wurden erstmals die Auswirkungen eines MK- und Thrombozyten-spezifischen Cdc42-Knock-outs charakterisiert. Cdc42-defiziente Mäuse zeigten eine leichte Thrombozytopenie und die Neubildung von Thrombozyten aus defizienten MKs war merklich beeinträchtigt. Entgegen aller Erwartungen waren sowohl Inhalt, als auch Freisetzung von Granula aus Cdc42-defizienten Thrombozyten stark erhöht, was zu beschleunigter Thrombusbildung in vitro und Gefäßverschluss in vivo führte. Überdies war Cdc42 generell nicht essentiell für die Ausbildung von Filopodien nach Thrombozytenaktivierung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Cdc42 an einer Vielzahl von Signalwegen beteiligt ist, welche für die korrekte Bildung und Funktion von Thrombozyten unabdingbar sind. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigte sich mit den Auswirkungen einer Doppel-defizienz von Rac1 und Cdc42. Im Gegensatz zur jeweiligen Einfachdefizienz war die Bildung von Thrombozyten aus doppeldefizienten MKs fast komplett blockiert, was eine stark ausgeprägte Makrothrombozytopenie in den betroffenen Tieren zur Folge hatte. Die wenigen gebildeten Thrombozyten waren in ihrer Funktion stark beeinträchtigt. Dies führte zusammen mit den extrem niedrigen Thrombozytenzahlen dazu, dass in doppeldefizienten Mäusen sowohl Hämostase als auch Thrombusbildung defekt waren. Diese Resultate zeigen erstmals eine funktionelle Redundanz von Rac1 und Cdc42 im hämatopoetischen System. KW - Thrombose KW - Rho GTPasen KW - Thrombozyt KW - platelet KW - Rho GTPase KW - platelet KW - Rho GTPase KW - Thrombosis Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48572 ER - TY - THES A1 - Kuhlmann, Franziska T1 - The influence of ultraviolet radiation on plant-insect interactions T1 - Der Einfluss von ultravioletter Strahlung auf Pflanzen-Insekten Interaktionen N2 - Plants must respond to multiple stimuli in a natural environment. Therefore they need the ability to rapidly reorganise and specifically build up appropriate metabolites to adapt to their environment. Abiotic cues, such as ambient solar radiation, influence the next trophic level directly, but also an altered plant composition triggered by these environmental cues can have an effect on the behaviour of herbivores. The aim of this study was to test effects of the important ultraviolet (UV) radiation on plants and on plant-insect interactions using multi-level investigations. The focus was on the conduction of controlled experiments with broccoli plants in highly engineered greenhouses covered with innovative materials, which only differed in their UV-B transmission. For the first time in this controlled environment the plant-mediated UV-B effects on phloem-feeding aphids were studied. Broccoli plants (Brassica oleracea L. convar. botrytis, Brassicaceae) were under filter tents either exposed to (inclusion, +UV) or not exposed to (exclusion, -UV) UV-A / UV-B radiation. In greenhouses covered with new, innovative materials transmitting high (80%), medium (23%) or low (4%) levels of ambient solar UV-B radiation, in particular the influence of UV-B radiation on broccoli was examined. Plants respond highly specific to environmental stimuli such as UV-B radiation and herbivory. UV-B radiation has a strong impact on the plants’ architecture and flavonoid contents, which can in turn influence plant-insect interactions. Phloem-feeding aphids can be negatively affected by UV-B mediated plant changes. However, a direct effect of UV radiation on the behaviour of herbivores is also evident. Mainly the number, composition and quality of herbivorous species as well as an exceeding of a certain infestation threshold determine the mode of plant changes. In conclusion, UV-B radiation has the potential to harden plants against herbivores and simultaneously increases the concentrations of valuable secondary metabolites for human nutrition in important crop species such as broccoli. N2 - In ihrer natürlichen Umgebung sind Pflanzen verschiedensten und vor allem wechselnden Umwelteinflüssen ausgesetzt, auf die sie schnell und angemessen reagieren müssen. Das Insektenverhalten der nächsten trophischen Ebene wird direkt durch abiotische Umweltfaktoren, wie zum Beispiel Sonnenstrahlung, sowie durch daraus resultierende Veränderungen in Pflanzen gesteuert. Das Ziel dieser Untersuchung war es, herauszufinden, wie sich ultraviolette (UV) Strahlung auf Pflanzen und Pflanzen-Insekten Interaktionen auswirken kann. Dies wurde auf verschiedensten Ebenen untersucht. Mit Hilfe von speziell angefertigten Gewächshäusern konnten Brokkolipflanzen unter kontrollierten UV-B Bedingungen angezogen werden. Der Einfluss von UV-B Strahlung auf Brokkoli und von UV-B induzierten Effekten in Brokkoli auf phloem-fressende Blattläuse wurde erstmals untersucht. Die Experimente wurden mit Brokkolipflanzen (Brassica oleracea L. convar. botrytis, Brassicaceae) durchgeführt, die in Folienzelten mit unterschiedlicher UV-Strahlungsdurchlässigkeit exponiert wurden. Die Eindeckungen der Folienzelte waren entweder UV-A / UV-B durchlässig (+UV) oder undurchlässig (-UV). Gewächshäuser mit innovativen Eindeckungsmaterialien, die speziell UV-B in hohen (80%), mittleren (23%) oder geringen (4%) Mengen transmittierten, wurden genutzt, um den alleinigen Effekt von UV-B Strahlung auf Pflanzen hervorzuheben. Pflanzen reagieren auf verschiedene Umweltreize wie zum Beispiel UV-B Strahlung und Herbivorie sehr zielgerichtet. UV-B Strahlung hat einen starken Einfluss auf das Pflanzenwachstum und die Flavonoidgehalte, was wiederum Pflanzen-Insekten Interaktionen artspezifisch steuern kann. Phloem-fressende Herbivoren können durch UV-B-induzierte Pflanzenveränderungen negativ beeinflusst werden. Ein direkter UV-Effekt auf das Verhalten von Herbivoren ist jedoch ebenfalls erwiesen. Sowohl die Anzahl, Zusammensetzung und Qualität von Herbivorenarten also auch das Überschreiten einer definierten Befallsschwelle bestimmen das Ausmaß der Pflanzenveränderungen. Zusammenfassend ist zu sagen, dass UV-B Strahlung Pflanzen gegenüber Fraßfeinden abhärten und gleichzeitig die Konzentration wertvoller pflanzlicher Inhaltsstoffe für die menschliche Ernährung in Feldfrüchten erhöhen kann. KW - ultraviolette Strahlung KW - Pflanzen KW - Insekten KW - chemische Ökologie KW - ultraviolette Strahlung KW - Pflanzen KW - Insekten KW - chemische Ökologie KW - ultraviolet radiation KW - plant KW - insect KW - chemical ecology Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-39608 ER - TY - THES A1 - Kaiser, Theo E. T1 - J-Aggregates of Tetraphenoxy-Substituted Perylene Bisimide Dyes T1 - J-Aggregate aus tetraphenoxy-substituierten Perylenbisimid-Farbstoffen N2 - In dieser Doktorarbeit wurde gezeigt, dass die sehr begehrte J-Aggregation funktionaler Perylenbisimid-Chromophore durch geeignetes Design der monomeren Bausteine erreicht werden kann. Hierzu war einerseits die Selbstanordnung durch ein Zusammenwirken von Wasserstoffbrücken und Pi-Pi-Wechselwirkungen zu begünstigen, und andererseits eine Anordnung in kolumnaren Stapeln zu verhindern, was durch Kern-Verdrillung mittels sterisch anspruchsvollen Substituenten gelang. Desweiteren gaben Selbstanordnungsstudien neue Einblicke in den dynamischen Aggregationsprozess niedrigdimensionaler langgestreckter Aggregate mit stark exzitonisch gekoppelten Chromophoren. Die Beziehung zwischen bekannten Cyaninfarbstoffen, wie der von THIATS mit dem vorliegenden PBI 1a wurde durch Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie bei Tieftemperaturen von 5 K bis Raumtemperatur untersucht. Die vormals beispiellosen funktionalen Eigenschaften der PBI-Aggregate, welche aus der J-artigen exzitonischen Kopplung herrühren, sind vielversprechend für die Anwendung in optoelektronischen Bauteilen und für die Photovoltaik. N2 - In conclusion, the present thesis demonstrates that the highly desired J-type aggregation of functional perylene bisimide chromophores can be achieved by proper design of monomeric building blocks that direct self-assemble by mutual effects of hydrogen bonding and pi-pi interaction, and on the other hand, are prevented to assemble in columnar stacks owing to their twisted pi-conjugated core and sterically demanding substituents. Furthermore, the self-assembly studies gave new insights into the dynamic aggregation process of low-dimensional extended assemblies with strongly excitonically coupled chromophores. The relationship between commonly known cyanine dye aggregates like that of THIATS and that of the present PBI 1a was investigated by absorption and fluorescence spectroscopy at low temperatures down to 5 K. The formerly unprecedented functional properties of PBI aggregates that are expressed in J-type excitonic coupling hold promise for application in optoelectronic and photovoltaic devices. KW - Perylenbisdicarboximide KW - Synthetischer Farbstoff KW - Scheibe-Aggregat KW - Cyaninfarbstoff KW - supramolekular KW - J-Aggregat KW - Wasserstoffbrücken KW - Perylenbisimid KW - Aggregation KW - Farbstoff KW - supramolecular KW - J-aggregate KW - H-bonds KW - perylene bisimide Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-43544 ER - TY - THES A1 - Naseem, Muhammad T1 - Role of cytokinins in plant immunity T1 - Die Rolle der Cytokinins in der Pflanzen-Resistenz N2 - Phytohormone spielen eine zentrale Rolle in der Regelung normalen Wachstums, der Entwicklung und der Mitwirkung an Abwehrmechanismen in Pflanzen. Allgemein betrachtet können Phytohormone in zwei Klassen unterteilt werden – in solche, die in Beziehung zu Stressreaktionen stehen und in jene, die das Wachstum begünstigen. Salizylsäure, und Jasmonsäure sind in erster Linie an der Stressresonanz, Ethylen, Auxine, Cytokinine (CKs) und Gibberilline an Entwicklungsprozessen beteiligt. In den letzten Jahrzehnten wurde den Phytohormonen aus diesem Betrachtungswinkel starke Aufmerksamkeit gewidmet und heute stehen ihre wechselseitigen Beeinflussungen im Fokus. Die Tatsache, dass Pflanzenpathogene ein hormonelles Ungleichgewicht an der Wirtspflanzen-Pathogen Schnittstelle bedingen und es begleitend zu physiologischen Veränderungen kommt, wird dabei als Werkzeug für Erforschungen in Pflanzengeweben genutzt. Abgesehen von der bekannten Bedeutung, die Cytokinine für Wachstum und Entwicklung haben, sind sie bisher am meisten vernachlässigt worden und eher als Konsequenz denn als Grund von Pathogeninfektionen angesehen worden. Die Ergebnisse dieser Arbeit basieren auf der Hyphothese, dass erhöhte Gehalte an CKs die Pflanzen mit einer Resistenz gegen hemibiotrophe Pathogene ausstatten. In diesem Zusammenhang wurden transgenetische Pflanzen untersucht, in welchen das bakterielle Gen IPT überexpremiert wurde. Kontrolliert wurde die Expression durch einen pathogen-induzierbaren, einen tetracyclin-induzierbaren oder durch einen wachstumsabhängigen Promotor. Für die weitere Validierung der an den transgenetischen Pflanzen gewonnenen Ergebnisse wurden unterschiedliche Cytokinin von abgeschnittenen Tabakblätter aufgenommen. Alle transgenetischen Ansätze und exogen applizierten Cytokiningaben zeigten ähnliche verringerte Krankheitsanzeichen. Diese Art der Resistenz wurde im Weiteren mit verschiedenen zellulären, biochemischen, mikrobiellen Techniken sowie durch Signalwirkungstests fundiert. Die Gehalte von SA und JA blieben unverändert, während die Expression des Gens PR1 in Proben mit erhöhtem Cytokiningehalt stark hoch reguliert wurde. Darüber hinaus konnte eine verringerte Akkumulation von ROS in IPT exprimierenden Blättern gegenüber der entsprechende Kontrolle beobachtet wurden. Zusätzlich konnte weder ein direkter Effekt im Wachstum von P. syringae pv. tabaci noch die Präsenz von antimikrobiellen Peptiden in Cytokinin-angereicherten Extrakten festgestellt werden. Interessanterweise ist die verstärkte Akkumulation von Phytoalexinen bei erhöhtem CKs-Status der Pflanze als ein mögliches Anzeichen für die Gefährdung durch die Ausbreitung von Pathogenen belegt. Im Gegensatz dazu konnten wir keine Wachstumsverlangsamung für Sclerotinia sclerotiorum in Blättern mit erhöhten CKs-Gehalten feststellen. Neben der Wirt-Pathogen Interaktion im Hinblick auf erhöhte CK-Gehalte wurden die Auswirkungen eines modulierten Kohlenstoffhaushalts auf das Wachstum von Pathogenen untersucht. Dafür wurden zuvor generierte transgenetische Tabakpflanzen, basierend auf ein regulierbarem Invertase Enzym verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass induzierte und nicht-induzierte Expression von CIN1 unter der Kontrolle des Tet-Promotors das Wachstum von P. syringae pv. tabaci nicht beeinflusst. Darüber hinaus zeigten Linien, welche den Invertaseinhibitor NtCIF unter Kontrolle desselben Tet-Promotors exprimieren, keine differenzielle Veränderung des Wachstums von P. syringae pv. tabaci bei induziertem und nicht-induziertem Status der Pflanze. Ähnlich waren die Resultate in der transgenetischen Tomaten-Linie Lin6::NtCIF für P.syringae pv. tomato DC 3000. Interessanterweise zeigten die Blätter von Lin6::NtCIF Tomatenpflanzen starke Symptome nach Behandlung mit Botrytis cinerea verglichen zum Wildtyp. Eine mögliche Verbindung zwischen Cytokininen und Zuckermetabolismus im Bezug auf die Wirt-Pathogen Beziehung wurde ebenfalls untersucht. Die Expression des IPT-Gens unter der Kontrolle des pathogeninduzierbaren Promotors (4xJERE::IPT) im transgenetischen Hintergrund von Tet::CIN1 ergab lokale Unterschiede in der Entwicklung der Symptom von P. syringae pv. tabaci. Bei exogen appliziertem Kinetin an abgeschnittenen Tabakblättern von Tet::CIN1 verzögerte sich ebenfalls das Wachstum von P. syringae pv. Tabaci im Vergleich zu Tet-induzierten Blättern. Diese Ergebnisse führen zu der Schlussfolgerung, dass die extrazelluläre Invertase keine essentielle Rolle in der Cytokinin-vermittelten Resistenz gegen hemibiotrophe Pathogene spielt. N2 - Phytohormones are known for their pivotal roles in promoting normal growth and development of the plants and contributing to the mechanism of defense. Although an over simplification, however, they may be categorized as stress specific and growth promoting. SA and JA/Ethylene are implicated in stress responses while auxins, cytokinins and gibberellins are involved in developmental processes. Phytohormones from the above perspective got much attention in the last few decades; however their reciprocal role is currently in focus. It is because of the reason that plant pathogens cause overall hormonal imbalance at host pathogen interface and alter host physiology for the sake of pathogenecity. Despite their importance in growth and development, cytokinins are among the most neglected phytohormones that are usually noticed as consequence rather than a cause of pathogen infection. Results presented in this thesis are based on the hypothesis that elevated levels of CKs embody plants with resistance against hemibiotrophic pathogens. To explore a connection between the spread of P. syringae and its tobacco host, CKs over producing transgenic plants were investigated whereby bacterial IPT gene was expressed under the control of pathogen inducible, tetracycline inducible and developmentally inducible promoters. To further validate the out-come of transgenic plants, various types of cytokinins were exogenously fed to detached tobacco leaves. Mentioned transgenics and exogenous CKs feeding approaches unanimously resulted in, “more cytokinins less disease symptoms” and vice versa. This state of cytokinins mediated resistance was further substantiated with various cellular, signaling, biochemical and microbial approaches wherein levels of SA and JA remained unaffected. Conversely, PR1 gene expression was strongly up-regulated in enhanced cytokinins accumulating samples. Moreover, less accumulation of ROS was observed in IPT expressing sites of the plants as compared to their corresponding controls. Additionally, we neither noticed any direct effect of cytokinins on the growth of P. syringae pv. tabaci nor found presence of anti-microbial peptides in cytokinins enriched extracts. Interestingly, enhanced accumulation of phtyoalexins in elevated CKs status of the plant proved to be a possible gesture in jeopardizing the spread of pathogen. Contrarily, no reduction was observed in the spread of fungal necrotrophic pathogen Sclerotinia sclerotiorum when leaves of elevated CKs were inoculated. Besides host-pathogen interaction in perspective of elevated cytokinins, impact of modulated sugar status of the plant on the spread of pathogen was also investigated. For this purpose, previously generated modulated invertase enzyme tobacco transgenic plants were analyzed. We showed that repression and de-repression of CIN1 gene under the control of tetracycline inducible-promoter did not affect the growth of P. syrinage pv. tabaci in Tet::CIN1 transgenic plants. Moreover, invertase inhibitor tobacco lines expressing NtCIF gene under the control of the same promoter failed to exhibit differential pathogenic responses in induced and non induced status of the plant. Similar was the case of tomato transgenic plants expressing NtCIF gene under the control of invertase gene Lin6 promoter in Lin6:: NtCIF plants for P.syringae pv. tomato DC 3000. Interestingly, when challenged Lin6:: NtCIF tomato plants with Botrytis cinerea, severe disease symptoms were observed on transgenic leaves as compared to control plants. To dissect a potential link between cytokinins and sugar metabolism with its effect on the growth of pathogen, invertase transgenic plants with elevated CKs were probed. When expressed exogenous IPT gene under the control of pathogen inducible promoter (4xJERE::IPT) in transgenic background of Tet::CIN1, we observed localized differences in symptom development for P.syringae pv. tabaci. Similarly, when exogenously fed with kinetin, detached leaves of Tet::CIN1 exhibited retarded growth of P.syringae pv. tabaci as compared to the tetracycline induced leaves. These results led to the conclusion that extracellular invertase may not play an essential role in cytokinins mediated disease resistance against hemibiotrophic pathogens. KW - Pflanzenhormon KW - Cytokinine KW - Phytoalexine KW - Pseudomonas syringae KW - Phytohormone KW - Cytokinin KW - Phytoalexin KW - Pseudomonas syringae KW - Plant immunity KW - Cytokinins KW - Plant Hormones KW - Phytoalexins KW - Pseudomonas syringae pv. tabaci Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37555 ER - TY - THES A1 - Spoerhase, Joachim T1 - Competitive and Voting Location T1 - Kompetitive und präferenzbasierte Standortprobleme N2 - We consider competitive location problems where two competing providers place their facilities sequentially and users can decide between the competitors. We assume that both competitors act non-cooperatively and aim at maximizing their own benefits. We investigate the complexity and approximability of such problems on graphs, in particular on simple graph classes such as trees and paths. We also develop fast algorithms for single competitive location problems where each provider places a single facilty. Voting location, in contrast, aims at identifying locations that meet social criteria. The provider wants to satisfy the users (customers) of the facility to be opened. In general, there is no location that is favored by all users. Therefore, a satisfactory compromise has to be found. To this end, criteria arising from voting theory are considered. The solution of the location problem is understood as the winner of a virtual election among the users of the facilities, in which the potential locations play the role of the candidates and the users represent the voters. Competitive and voting location problems turn out to be closely related. N2 - Wir betrachten kompetitive Standortprobleme, bei denen zwei konkurrierende Anbieter ihre Versorger sequenziell platzieren und die Kunden sich zwischen den Konkurrenten entscheiden können. Wir nehmen an, dass beide Konkurrenten nicht-kooperativ agieren und auf die Maximierung ihres eigenen Vorteils abzielen. Wir untersuchen die Komplexität und Approximierbarkeit solcher Probleme auf Graphen, insbesondere auf einfachen Graphklassen wie Bäumen und Pfaden. Ferner entwickeln wir schnelle Algorithmen für kompetitive Einzelstandortprobleme, bei denen jeder Anbieter genau einen Versorger errichtet. Im Gegensatz dazu geht es bei Voting-Standortproblemen um die Bestimmung eines Standorts, der die Benutzer oder Kunden soweit wie möglich zufrieden stellt. Solche Fragestellungen sind beispielsweise bei der Planung öffentlicher Einrichtungen relevant. In den meisten Fällen gibt es keinen Standort, der von allen Benutzern favorisiert wird. Daher muss ein Kompromiss gefunden werden. Hierzu werden Kriterien betrachtet, die auch in Wahlsystemen eingesetzt werden: Ein geeigneter Standort wird als Sieger einer gedachten Wahl verstanden, bei der die möglichen Standorte die zur Wahl stehenden Kandidaten und die Kunden die Wähler darstellen. Kompetitive Standortprobleme und Voting-Standortprobleme erweisen sich als eng miteinander verwandt. KW - Standortproblem KW - NP-hartes Problem KW - Approximationsalgorithmus KW - Graph KW - Effizienter Algorithmus KW - competitive location KW - voting location KW - NP-hardness KW - approximation algorithm KW - efficient algorithm KW - graph KW - tree KW - graph decomposition Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-52978 ER - TY - JOUR A1 - Bonte, Dries A1 - Clercq, Nele De A1 - Zwertvaegher, Ingrid A1 - Lens, Luc T1 - Repeatability of dispersal behaviour in a common dwarf spider: evidence for different mechanisms behind short- and long-distance dispersal N2 - Abstract: 1. The response of dispersal towards evolution largely depends on its heritability for which upper limits are determined by the trait's repeatability. 2. In the Linyphiid spider E. atra, we were able to separate long- and short-distance dispersal behaviours (respectively ballooning and rappelling) under laboratory conditions. By performing repeated behavioural trials for females, we show that average dispersal trait values decrease with increasing testing days. By comparing mated and unmated individuals during two periods (before and after mating for the mated group, and the same two periods for the unmated group), we show that mating has no effect on the mean displayed dispersal behaviour or its within-individual variation. Repeatabilities were high and consistent for ballooning motivation, but not for rappelling. 3. Ballooning motivation can be regarded as highly individual-specific behaviour, while general pre-dispersal and rappelling behaviours showed more individual variation. Such difference in repeatability between long-and short-distance dispersal suggests that short-and long-distance dispersal events are triggered by different ecological and evolutionary mechanisms. Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48242 ER - TY - THES A1 - Millonig, Leo Jakob T1 - The Neoarchean and Palaeoproterozoic metamorphic evolution of the Limpopo Belt’s Central Zone in southern Africa. New insights from petrological investigations on amphibolite to granulitefacies rocks T1 - Die neoarchaische und paläoproterozoische metamorphe Entwicklung der Central Zone des Limpopo Belts im südlichen Afrika. Neue Einblicke anhand petrologischer Untersuchungen von amphibolit- bis granulitfaziellen Gesteinen N2 - Die vorliegende Doktorarbeit präsentiert neue petrologische Untersuchungen an hochgradig metamorphen Gesteinen des Beit Bridge, Mahalapye und Phikwe Komplexes, welche gemeinsam die Central Zone des Limpopo Belt im südlichen Afrika bilden. Die Ergebnisse liefern detaillierte Informationen über die pro- und retrograde Druck-Temperatur-(P-T)-Entwicklung der drei Komplexe und bilden, in Einklang mit geochronologischen Daten, die Grundlage für die Erstellung eines einheitlichen geodynamischen Modells der Bildung der Central Zone des Limpopo Belt. Die abgeleiteten P-T Pfade wurden anhand detaillierter Untersuchungen an quartzgesättigten und - untersättigten Metapeliten bis Metabasiten erstellt, wobei sechs Sillimanit-Granat-Cordierit Gneisse, vier (Granat)- Biotit-Plagioklas Gneisse, zwei Granat-Orthopyroxen-Biotit- Kalifeldspat-Plagioklas Gneisse, ein Granat-Cordierit-Orthoamphibol Fels, ein Granat-Biotit Amphibolit und ein Granat-Klinopyroxen Amphibolit untersucht wurden. PT Punkte und P-T Entwicklungen wurden mit Hilfe von konventionellen Geothermobarometern und quantitativen Phasendiagrammen in den Systemen Na2O - CaO - K2O - FeO - MgO - Al2O3 - SiO2 - H2O - TiO2 - O(NCKFMASHTiO) und MnO - TiO2 - Na2O - CaO - K2O - FeO - MgO - Al2O3 - SiO2 - H2O (MnTiNCKFMASH) berechnet und abgeleitet. Die Phasendiagramme wurden mit den Programmen THERMOCALC und THERIAK-DOMINO berechnet. Petrologische Informationen, speziell solche, die durch den Vergleich von beobeachteten/gemessenen mit thermodynamisch berechneten Mineralparagenesen, -zonierungen, -zusammensetzungen und Modalgehalten erhalten wurden zeigen, in Kombination mit neuen und bereits existierenden geochronologischen Daten, dass Gesteine der drei untersuchten Komplexe geringfügig unterschiedliche P-T Entwicklungen zu verschiedenen Zeiten durchliefen. Proben aus der Gegend des Bulai Plutons (Beit Bridge Komplex) belegen ein hochgradig metamorphes Ereignis im Neoarchaikum um ~2.64 Ga (M2), mit peak-metamorphen Bedingungen von ~850°C/8-9 kbar und einer retrograden Dekompression mit gleichzeitiger Abkühlung zu ~750°C/5-6 kbar. Diese metamorphe Entwicklung erfolgte vermutlich im geodynamischen Umfeld eines Magmatischen Bogens. Im Gegensatz hierzu dokumentieren Proben des Mahalapye und Phikwe Komplexes metamorphe Entwicklungen im Paläoproterozoikum um ~2.03-2.05 Ga (M3), die sich zudem im prograden Verlauf der Metamorphose voneinander unterscheiden. Metamorphe Gesteine des Mahalapye Komplexes kennzeichnet eine Hochtemperatur- Niedrigdruck-(HT-LP)- Metamorphose mit schwacher prograder Dekompression von ~650°C/7 kbar nach ~800°C/5.5 kbar, die mit der Platznahme von ausgedehnten granitischen Intrusionen um ~2.06-2.02 Ga einherging. Metamorphe Gesteine des Phikwe Komplexes hingegen zeigen eine gleichzeitige Druck- und Temperaturzunahme von ~600°C/6 kbar nach ~750°C/8 kbar, die nicht mit Magmatismus im Paläoproterozoikum assoziiert war. Es wird gefolgert, dass die HT-LP metamorphe Entwicklung des Mahalapye Komplexes ihre Ursache in dem magmatischen „Underplating“ heisser mafischer Schmelzen, als Ergebnis südost- erichteter Subduktion während der Kheis-Magondy Orogenese, und/oder der zeitgleichen Aktivität von Mantel Plumes, in Zusammenhang mit der Bildung des Bushveld Komplexes, hat. Im Gegensatz hierzu belegen die Gesteine des Phikwe Komplexes eine prograde Druck- und Temperaturzunahme, hervorgerufen durch eine fortschreitende Krustenstapelung um ~2.03 Ga. Diese Stapelung ist bereits für zahlreiche andere geologischen Einheiten des Limpopo Belt belegt. Sie wird als eine Folge der endenden Annäherung/Kollision zwischen dem Kaapvaal und Zimbabwe Kraton interpretiert, welche durch südost-gerichtete Kompression im Zuge der Kheis-Magondy Orogenese zw. ~2.06 und 1.90 Ga hervorgerufen wurde. N2 - This study presents new petrological results obtained from high-grade metamorphic rocks of the Beit Bridge, Mahalapye and Phikwe Complexes, which constitute the Central Zone of the Limpopo Belt in southern Africa. These results provide detailed information about the prograde and retrograde pressure-temperature (P-T) evolution of the three investigated complexes and, in concert with geochronological data, form the basis for the development of a coherent geodynamic model for the evolution of the Limpopo’s Central Zone. The P-T paths were inferred by the thorough investigation of silica-saturated and silica- undersaturated metapelitic and metabasic rocks, comprising six sillimanite-garnet-cordierite gneisses, four (garnet)-biotite-plagioclase gneisses, two garnet-orthopyroxene-biotite-Kfeldspar-plagioclase gneisses, one garnet- cordierite-orthoamphibole fels, one garnet-biotite amphibolite, and one garnet-clinopyroxene amphibolite. P-T points and P-T evolutions were derived by the application of conventional geothermobarometers, and quantitative phase diagrams in the systems Na2O - CaO - K2O - FeO - MgO - Al2O3 - SiO2 - H2O - TiO2 - O (NCKFMASHTiO), and MnO - TiO2 - Na2O - CaO - K2O - FeO - MgO - Al2O3 - SiO2 - H2O (MnTiNCKFMASH) - using the computer software THERMOCALC and THERIAK-DOMINO. The petrological information, in particular those obtained by comparison between observed and thermodynamically calculated mineral assemblages, zonations and modes, in combination with new and existing geochronological data provide evidence that rocks from the three investigated complexes underwent slightly different P-T evolutions at different times. The samples from the Bulai Pluton area (Beit Bridge Complex) provide evidence for a Neoarchean high-grade metamorphic event at ~2.64 Ga (M2), with peak P-T conditions of ~850°C at 8-9 kbar, and a decompression-cooling path to ~750°C at 5-6 kbar. This metamorphic evolution perhaps took place in a magmatic arc setting. In contrast, samples from the Mahalapye and Phikwe Complex document a Palaeoproterozoic event at ~2.03-2.05 Ga (M3), and were subject to different styles of prograde metamorphism. Metamorphic rocks from the Mahalapye Complex experienced a high-temperature low-pressure (HT-LP) metamorphic overprint, accompanied by the emplacement of voluminous granite bodies between 2.06 and 2.02 Ga, and provide evidence for a slightly prograde decompression from ~650°C/7 kbar to ~800°C/5.5 kbar. In contrast, the metamorphic rocks from the Phikwe Complex provide evidence for a simultaneous pressure and temperature increase from ~600°C/6 kbar to ~750°C/8 kbar, in the absence of significant Palaeoproterozoic magmatism. The HT-LP metamorphic evolution of the Mahalapye Complex is interpreted to be initiated by the underplating of hot mafic melts, either formed in response to SE-subduction during the Kheis-Magondi orogeny, and/or by contemporaneous mantle plume activities related to the formation of the Bushveld Complex. In contrast, the prograde pressure and temperature increase reflected by the rocks from the Phikwe Complex rather reflects successive crustal stacking at ~2.03 Ga. This stacking, which is also reported from many other units throughout the Limpopo Belt, is interpreted to result from the final convergence between the Kaapvaal and Zimbabwe Cratons, perhaps caused by SE-directed compression in response to the Kheis-Magondi orogeny between ~2.06 and 1.90 Ga. KW - Limpopo-Gürtel KW - Phasendiagramme KW - Metamorphose KW - Amphibolit KW - Granulit KW - P-T Entwicklung KW - Granulitfazies KW - Bushveld Komplex KW - Limpopo Belt KW - P-T pseudosections KW - granulite facies KW - metamorphism KW - Bushveld Complex Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36516 ER - TY - JOUR A1 - Gros, Andreas A1 - Poethke, Hans Joachim A1 - Hovestadt, Thomas T1 - Sex-specific spatio-temporal variability in reproductive success promotes the evolution of sex-biased dispersal N2 - Abstract: Inbreeding depression, asymmetries in costs or benefits of dispersal, and the mating system have been identified as potential factors underlying the evolution of sex-biased dispersal. We use individual-based simulations to explore how the mating system and demographic stochasticity influence the evolution of sex-specific dispersal in a metapopulation with females competing over breeding sites, and males over mating opportunities. Comparison of simulation results for random mating with those for a harem system (locally, a single male sires all offspring) reveal that even extreme variance in local male reproductive success (extreme male competition) does not induce male-biased dispersal. The latter evolves if the between-parch variance in reproductive success is larger for males than females. This can emerge due to demographic stochasticity if the habitat patches are small. More generally, members of a group of individuals experiencing higher spatio-temporal variance in fitness expectations may evolve to disperse with greater probability than others. KW - sex-biased dispersal KW - demographic stochasticity KW - metapopulation KW - individual-based simulation KW - sex-specific competition Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48711 ER - TY - JOUR A1 - Randlkofer, Barbara A1 - Jordan, Florian A1 - Mitesser, Oliver A1 - Meiners, Torsten A1 - Obermaier, Elisabeth T1 - Effect of vegetation density, height, and connectivity on the oviposition pattern of the leaf beetle Galeruca tanaceti N2 - Vegetation structure can profoundly influence patterns of abundance, distribution, and reproduction of herbivorous insects and their susceptibility to natural enemies. The three main structural traits of herbaceous vegetation are density, height, and connectivity. This study determined the herbivore response to each of these three parameters by analysing oviposition patterns in the field and studying the underlying mechanisms in laboratory bioassays. The generalist leaf beetle, Galeruca tanaceti L. (Coleoptera: Chrysomelidae), preferentially deposits its egg clutches on non-host plants such as grasses. Earlier studies revealed that oviposition within structurally complex vegetation reduces the risk of egg parasitism. Consequently, leaf beetle females should prefer patches with dense, tall, or connected vegetation for oviposition in order to increase their reproductive success. In the present study, we tested the following three hypotheses on the effect of stem density, height, and connectivity on oviposition: (1) Within habitats, the number of egg clutches in areas with high stem densities is disproportionately higher than in low-density areas. The number of egg clutches on (2) tall stems or (3) in vegetation with high connectivity is higher than expected for a random distribution. In the field, stem density and height were positively correlated with egg clutch presence. Moreover, a disproportionately high presence of egg clutches was determined in patches with high stem densities. Stem height had a positive influence on oviposition, also in a laboratory two-choice bioassay, whereas stem density and connectivity did not affect oviposition preferences in the laboratory. Therefore, stem height and, potentially, density, but not connectivity, seem to trigger oviposition site selection of the herbivore. This study made evident that certain, but not all traits of the vegetation structure can impose a strong influence on oviposition patterns of herbivorous insects. The results were finally compared with data on the movement patterns of the specialised egg parasitoid of the herbivore in comparable types of vegetation structure. KW - Blattkäfer KW - Galeruca tanaceti KW - Hautflügler KW - Eulophidae KW - Oomyzus galerucivorus KW - Coleoptera KW - Chrysomelidae KW - tansy leaf beetle KW - vegetation structure KW - Oomyzus galerucivorus KW - Hymenoptera KW - Eulophidae Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-49665 ER - TY - CHAP A1 - Schmitz, Barbara T1 - Casting Judith. The construction of role patterns in the book of Judith N2 - No abstract available KW - Judit KW - Soziale Rolle KW - Judith KW - Social role Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67088 ER - TY - THES A1 - Saska, Martin T1 - Trajectory planning and optimal control for formations of autonomous robots T1 - Die Bahnplanung und die optimale Steuerung für Formationen der autonomen Roboter N2 - In this thesis, we present novel approaches for formation driving of nonholonomic robots and optimal trajectory planning to reach a target region. The methods consider a static known map of the environment as well as unknown and dynamic obstacles detected by sensors of the formation. The algorithms are based on leader following techniques, where the formation of car-like robots is maintained in a shape determined by curvilinear coordinates. Beyond this, the general methods of formation driving are specialized and extended for an application of airport snow shoveling. Detailed descriptions of the algorithms complemented by relevant stability and convergence studies will be provided in the following chapters. Furthermore, discussions of the applicability will be verified by various simulations in existing robotic environments and also by a hardware experiment. N2 - In dieser Arbeit präsentieren wir neuartige Algorithmen für die Steuerung der Formationen der nichtholonomen Roboter und ihre optimale Bahnplanung. Die Algorithmen beruhen auf "leader-follower" Techniken. Die Formationen der "car-like" Roboter sind in einer bestimmten Form von "curvilinear" Koordinaten gehalten. Die Steuerungmethoden der Formationen sind spezialisiert und erweitert um ihre Anwendung auf das Flughafenschneeschaufeln. In dieser Arbeit werden die detaillierten Beschreibungen der Algorithmen durch entsprechende Stabilität- und Konvergenz-Studien gestellt. Ihre Anwendbarkeit wird durch verschiedene Simulationen und eine Hardware-Experiment überprüft. T3 - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 3 KW - Autonomer Roboter KW - Mobiler Roboter KW - Optimale Kontrolle KW - Formation KW - Steuerung KW - formation driving KW - mobile robots KW - snow shoveling KW - receding horizon control KW - model predictive control KW - trajectory planning Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-53175 SN - 978-3-923959-56-3 ER - TY - THES A1 - Wich, Peter Richard T1 - Multifunctional Oligopeptides as an Artificial Toolkit for Molecular Recognition Events T1 - Multifunktionale Oligopeptide als künstlicher Werkzeugkasten für molekulare Erkennungsprozesse N2 - The main focus of this thesis was the synthesis and analysis of multifunctional oligopeptides. The study of their non-covalent interactions with various counterparts revealed interesting new results, leading to both methodological and application related progress. The first project of this thesis concentrated on the in-depth analysis of the peptide receptor CBS-Lys-Lys-Phe-NH2 to acquire a better understanding of its binding mode upon complexation with a substrate. In this context it was possible to develop—in cooperation with the group of Prof. Sebastian Schlücker—a direct and label free spectroscopic detection of immobilized compounds which are often found in combinatorial libraries. This new screening method utilizes the advantages of the surface enhanced Raman spectroscopy and allowed for the first time a surface mapping of a single polystyrene bead for the identification of peptides in femtomolar concentrations. Hence, this method allows a very fast and sensitive detection of resin bound compounds. The development of this promising new approach set the starting point for future experiments to enable on-bead library screenings and to investigate the complex formation of immobilized compounds. After the comprehensive analysis of the basic structural features of small peptide receptors in the first part of this thesis, the second big block focused on its in vitro evaluation using biological relevant targets. Therefore, several different modifications of the initial peptide structures were synthesized. These modifications provided a molecular toolkit for the tailor made synthesis of structures individually designed for the respective target. The first tests addressed the interaction with Alzheimer’s related amyloid fibrils. During these experiments, the successful SPPS syntheses of tri- and tetravalent systems were achieved. The comparison of the multivalent form with the corresponding monovalent version was then under special investigations. These concentrated mainly on the interaction with various bacteria strains, as well as with different parasites. To localize the compounds within the organisms, the synthesis of fluorescence labelled versions was achieved. In addition, several compounds were tested by the Institute for Molecular Infection Biology of the University of Würzburg for their antibacterial activity. This thorough evaluation of the biological activity generated precious information about the influence of small structural changes in the peptide receptors. Especially the distinct influence of the multivalency effect and the acquired synthetic skills led to the development of an advanced non-covalent recognition event, as described in the final project of this thesis. The last part of this thesis discussed the development of a novel inhibitor for the serine protease beta-tryptase based on a tailor-made surface recognition event. It was possible to study and analyze the complex interaction with the unique structure of tryptase, that features a tetrameric frame and four catalytic cleavage sites buried deep inside of the hollow structure. However, the point of attack were not the four binding pockets, as mostly described in the literature, but rather the acidic areas around the cleavage sites and at the two circular openings. These should attract peptides with basic residues, which then can block the accessibility to the active sites. A combinatorial library of 216 tetravalent peptide compounds was synthesized to find the best structural composition for the non-covalent inhibition of beta-tryptase. For the screening of the library a new on-bead assay was applied. With this method a simultaneous readout of the total inhibition of all library members was possible, thus allowing a fast and direct investigation of the still resin bound inhibitors. Several additional experiments in solution unveiled the kinetics of the inhibition process. In conclusion, both mono- and multivalent inhibitors interact in a non-destructive and reversible way with the tryptase. N2 - Der Hauptfokus dieser Arbeit lag in der Synthese und Analyse multifunktionaler Oligopeptide. Die Untersuchung ihrer nicht-kovalenten Wechselwirkungen mit verschiedenen Strukturen resultierte sowohl in interessanten methodischen als auch anwendungsbezogenen Fortschritten. Das erste Projekt dieser Dissertation konzentrierte sich auf die detaillierte Analyse des Peptid-Rezeptors CBS-Lys-Lys-Phe-NH2, um ein besseres Verständnis seines Bindungsverhaltens während einer Substratkomplexierung zu erhalten. In diesem Zusammenhang gelang in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Sebastian Schlücker, die Entwicklung einer direkten und markierungsfreien spektroskopischen Methode zur Detektion festphasengebundener Substanzen, wie man sie z.B. oft in kombinatorischen Molekülbibliotheken findet. Diese neuartige Screeningmethode bedient sich der Vorteile der Oberflächen-verstärkten Raman-Streuung (SERS) und ermöglichte erstmals das Scannen der Oberfläche eines einzelnen Harz-Kügelchens und damit die Identifizierung von Peptiden in femtomolaren Konzentrationen. Zusammenfassend erlaubt diese neue Methode eine schnelle und hoch sensitive Detektion harzgebundener Substanzen. Die Entwicklung dieses viel versprechenden Ansatzes bildet die Basis möglicher zukünftiger Entwicklungen für das direkte und schnelle Screening von kombinatorischen Bibliotheken sowie für die detaillierte Untersuchung der Komplexbildung von immobilisierten Verbindungen. Nach der ausführlichen Analyse der grundlegenden strukturellen Eigenschaften kleiner Peptidrezeptoren im ersten Teil dieser Dissertation schloss sich im zweiten großen Block dessen in vitro Evaluierung mit Hilfe verschiedener biologisch relevanter Zielstrukturen an. Dazu wurden einige strukturell verwandte Versionen der ursprünglichen Rezeptoren synthetisiert. Dies ermöglichte die Zusammenstellung eines variablen molekularen Baukasten zur zielgerichteten Synthese von Strukturen, die individuell für ausgesuchte Ziele entworfen werden konnten. Die ersten Tests betrachteten die Wechselwirkung mit Amyloid-Fibrillen, die im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit stehen. Während dieser Arbeiten wurden erste tri- und tetravalente Rezeptorsysteme mit Hilfe der Festphasenchemie synthetisiert. In diesem Zusammenhang war insbesondere der Vergleich der multivalenten Systemen mit den entsprechenden monovalenten Peptiden von Interesse. Die Untersuchungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Interaktion mit verschiedenen Bakterienarten, sowie unterschiedlichen Parasiten. Um die Verbindungen in den Organismen zu lokalisieren wurden spezielle Fluoreszenz-markierte Versionen der Peptide synthetisiert. Zusätzlich wurden einige Verbindung vom Institut für Molekulare Infektionsbiologie der Universität Würzburg auf ihre antibakterielle Aktivität untersucht. Mit dieser detaillierten Evaluierung der biologischen Aktivität konnten somit wertvolle Informationen über den Einfluss kleiner struktureller Änderungen in den Peptidrezeptoren gewonnen werden. Insbesondere der ausgeprägte Einfluss des multivalenten Effektes und die angeeigneten synthetischen Fertigkeiten führten zur Entwicklung und Untersuchung eines komplexeren Bindungsereignisses. Der letzte Abschnitt dieser Dissertation beschreibt die Entwicklung eines neues Inhibitors der Serinprotease beta-Tryptase, welche eine tetramere Struktur aufweist, in der die vier aktiven Zentren sich im Inneren eines zentralen Hohlraumes befinden. In diesem Zusammenhang gelang es die zur Inhibierung notwendige Komplexbildung, die auf einem speziell zugeschnittenen Oberflächenerkennungsprozess basiert, zu studieren und analysieren. Die Angriffspunkte waren jedoch nicht die üblicherweise in der Literatur beschriebenen aktiven Zentren, sondern Anhäufungen negativ geladener Aminosäure-Reste, die in der Umgebung der aktiven Zentren sowie in den beiden Eingangsbereichen zum zentralen Hohlraum zu finden sind. Diese sollten in der Lage sein positiv geladene Aminosäurereste anzuziehen und dazu führen, dass ein entsprechend voluminöses Peptid die Zugänglichkeit zu den aktiven Zentren einschränkt. Daraufhin wurde eine kombinatorische Bibliothek bestehend aus 216 Verbindungen synthetisiert. Es war das Ziel, die beste strukturelle Zusammensetzung zu finden, die eine effiziente nicht-kovalente Inhibierung der Tryptase ermöglicht. Verschiedene zusätzliche Experimente in Lösung halfen bei der Aufklärung der kinetischen Beschreibung des Hemmprozesses. Zusammenfassend lässt sich die Wechselwirkung zwischen der Tryptase und den sowohl mono- als auch multivalenten Inhibitoren als nicht-destruktiv und gleichzeitig reversibel beschreiben. KW - Peptidsynthese KW - Kombinatorische Synthese KW - Enzyminhibitor KW - Aminosäuren KW - Organische Synthese KW - Guanidinderivate KW - Molekulare Erkennung KW - Onbead-Enzymscreening KW - Guanidiniocarbonylpyrrol KW - nicht-kovalente Wechselwirkungen KW - Supramolekulare Chemie KW - onbead enzym screening KW - guanidiniocarbonyl pyrrole KW - non-covalent interactions KW - supramolecular chemistry Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38108 ER - TY - THES A1 - Mederer, Joachim T1 - Water Resources and Dynamics of the Troodos Igneous Aquifer-system, Cyprus - Balanced Groundwater Modelling - T1 - Grundwasserdynamik und Ressourcen des Troodos Aquifersystems, Zypern - Bilanzierte Grundwassermodellierung - N2 - The study investigates the water resources and aquifer dynamics of the igneous fractured aquifer-system of the Troodos Mountains in Cyprus, using a coupled, finite differences water balance and groundwater modelling approach. The numerical water balance modelling forms the quantitative framework by assessing groundwater recharge and evapotranspiration, which form input parameters for the groundwater flow models. High recharge areas are identified within the heavily fractured Gabbro and Sheeted Dyke formations in the upper Troodos Mountains, while the impervious Pillow Lava promontories - with low precipitation and high evapotranspiration - show unfavourable recharge conditions. Within the water balance studies, evapotranspiration is split into actual evapotranspiration and the so called secondary evapotranspiration, representing the water demand for open waters, moist and irrigated areas. By separating the evapotranspiration of open waters and moist areas from the one of irrigated areas, groundwater abstraction needs are quantified, allowing the simulation of single well abstraction rates in the groundwater flow models. Two sets of balanced groundwater models simulate the aquifer dynamics in the presented study: First, the basic groundwater percolation system is investigated using two-dimensional vertical flow models along geological cross-sections, depicting the entire Troodos Mountains up to a depth of several thousands of metres. The deeply percolating groundwater system starts in the high recharge areas of the upper Troodos, shows quasi stratiform flow in the Gabbro and Sheeted Dyke formations, and rises to the surface in the vicinity of the impervious Pillow Lava promontories. The residence times mostly yield less than 25 years, the ones of the deepest fluxes several hundreds of years. Moreover, inter basin flow and indirect recharge of the Circum Troodos Sedimentary Succession are identified. In a second step, the upper and most productive part of the fractured igneous aquifer-system is investigated in a regional, horizontal groundwater model, including management scenarios and inter catchment flow studies. In a natural scenario without groundwater abstractions, the recovery potential of the aquifer is tested. Predicted future water demand is simulated in an increased abstraction scenario. The results show a high sensitivity to well abstraction rate changes in the Pillow Lava and Basal Group promontories. The changes in groundwater heads range from a few tens of metres up to more than one hundred metres. The sensitivity in the more productive parts of the aquifer-system is lower. Inter-catchment flow studies indicate that - besides the dominant effluent conditions in the Troodos Mountains - single reaches show influent conditions and are sub-flown by groundwater. These fluxes influence the local water balance and generate inter catchment flow. The balanced groundwater models form thus a comprehensive modelling system, supplying future detail models with information concerning boundary conditions and inter-catchment flow, and allowing the simulation of impacts of landuse or climate change scenarios on the dynamics and water resources of the Troodos aquifer-system. N2 - Die vorliegende Arbeit untersucht die Grundwasserressourcen und die hydraulische Dynamik des Troodos Kluftaquifersystems in Zypern mit Hilfe gekoppelter numerischer Wasserhaushalts- und Grundwasserströmungsmodelle auf Rasterbasis. Die Wasserhaushaltsmodelle quantifizieren die hydrologischen Rahmenparameter des Untersuchungsgebietes. Grundwasserneubildung und Evapotranspiration werden als Eingangsparameter der Grundwassermodelle weiterverarbeitet. Die Grundwasserneubildung ist in den niederschlagsreichen Regionen des höheren Troodos Gebirges, im Bereich der stark geklüfteten Gabbro und Sheeted Dyke Lithologien, am höchsten, nimmt zu den Vorgebirgen ab und erreicht dort ein Minimum in den gering durchlässigen Pillow Lava Sequenzen. Die Evapotranspiration zeigt einen umgekehrten Trend. Zusätzlich zur aktuellen Evapotranspiration wird eine sogenannten Sekundär-Evapotranspiration ermittelt, die sich – unabhängig von der Bodenfeuchte – aus der Verdunstung von Wasser-, Feucht- und Bewässerungsgebieten berechnet. Dieses Konzept erlaubt die Ermittlung der Verdunstungsmenge der bewässerten Flächen und somit die Abschätzung regionaler Grundwasserentnahmeraten, die als Brunnenentnahme in die Grundwassermodelle eingearbeitet werden. Mit zweidimensionalen, bilanzierten, vertikalen Grundwassermodellen, die entlang geologischer Schnitte durch das Untersuchungsgebiet verlaufen, wurde die Grundwasserströmung bis zu einer Tiefe von mehreren Kilometern hoch auflösend simuliert. Die generelle Strömungscharakteristik zeigt eine dominierende Vertikalkomponente in den Neubildungsgebieten des hohen Troodos, quasi stratiforme Strömung in den Mittelläufen im Bereich der Gabbros und Sheeted Dykes, und einen relativen Anstieg des Potentials und Grundwasserausfluss im Bereich der geringdurchlässigen Pillow Laven der Vorgebirge. Indirekte Neubildung durch Grundwasser aus dem Troodos kann in den überlagernden Sedimenten nachgewiesen werden, ebenso wie Lateralflüsse zwischen den Einzugsgebieten. Die Grundwasserverweildauer liegt meist bei wenigen Jahrzehnten. Ausnahmen bilden tiefe Strömungen aus dem hohen Troodos, die Verweilraten von mehreren Jahrhunderten erreichen. Der oberflächennahe, stark geklüftete und für die Wasserwirtschaft wichtige Teil des Aquifersystems wurde in einem horizontalen, den gesamten Troodos umfassenden Grundwassermodell nachgebildet. Bewirtschaftungsszenarien ohne bzw. mit gesteigerten Entnahmeraten simulieren die Dynamik dieses Aquifers. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sensitivität auf die Änderung der Entnahmeraten regional sehr unterschiedlich ist. In den Entnahmegebieten des hohen und mittleren Troodos liegen die Spiegelschwankungen meist bei wenigen Metern bis Zehnermetern, während die Schwankungen in den gering durchlässigen und niederschlagsarmen Vorgebirgen teilweise mehr als hundert Meter betragen können. Das laterale Strömungsverhalten wird in einzelnen Test-Einzugsgebieten im Troodos untersucht. Während in den Untersuchungsgebieten generell effluente Grundwasserverhältnisse vorherrschen, gibt es Seitentäler, die vom Grundwasser unterströmt werden und die Grundwasser in benachbarte Einzugsgebiete abgeben. Diese Lateralflüsse können lokal die Wasserbilanz von Einzugsgebieten im Troodos beeinflussen. Die bilanzierten Grundwassermodelle illustrieren sowohl die Tiefenströmung mit hoher Auflösung als auch den oberflächennahen, wasserwirtschaftlich interessanteren Teil des Troodos - Kluftaquifersystems und zeigen die großflächigen Auswirkungen von Änderungen der Grundwasserentnahmerate. Die bilanzierten Grundwassermodelle stellen somit ein Übersichtsmodellsystem dar, mit dessen Hilfe Randbedingungen und Lateralflüsse für zukünftige Detailmodelle bestimmt, sowie Auswirkung künftiger Klima- bzw. Landnutzungsänderungen auf die Dynamik und die Grundwasserressourcen des Troodos Aquifersystems abgeschätzt werden können. KW - Zypern KW - Troodos KW - Hydrogeologie KW - Wasserreserve KW - Modellierung KW - Wasserhaushalt KW - Grundwassermodelle KW - Ophiolith KW - Kluftaquifer KW - Groundwater KW - Modelling KW - Waterbalance KW - Ophiolite Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37306 ER - TY - THES A1 - Schwab, Nicholas T1 - The importance of CD8\(^+\) T cells and antigen-presenting cells in the immune reaction of primary inflammatory versus degenerative diseases T1 - Die Bedeutung CD8\(^+\) T-Zellen und Antigen-präsentierender Zellen in der Immunreaktion primär inflammatorischer gegenüber degenerativen Erkrankungen N2 - The bidirectional influence of parenchymal cells and cells of the immune system, especially of antigen-presenting and CD8\(^+\) T cells, in situations of putative auto- immune pathogenicity and degeneration was the main topic of this thesis. In the first part, the influence of human muscle cells on antigen-presenting cells was investigated. In inflammatory myopathies prominent infiltrates of immune cells containing T cells and antigen-presenting cells like macrophages and dendritic cells are present. The hypothesis was that human myoblasts have an inhibiting influence on these antigen-presenting cells under homeostatic conditions. A dysfunction or impairment under inflammatory circumstances might contribute to the development of myopathic conditions. The surface analysis of dendritic cells cocultured with myoblasts showed that immature dendritic cells could be driven into a reversible semi- mature state with significantly elevated levels of CD80. These dendritic cells were additionally characterized by their inhibiting function on T-cell proliferation. It was also shown that the lysates of healthy myoblasts could strongly enhance the phagocytic ability of macrophages, which could help with muscle regeneration and which might be disturbed in myositis patients. The second part of this thesis was about the clonal specificity of CD8\(^+\) T cells in a mouse model with genetically induced over-expression of PLP in oligodendrocytes. Here, we could show that the cytotoxic T lymphocytes, which had previously been shown to be pathogenic, were clonally expanded in the CNS of the transgenic mice. The amino acid sequences of the corresponding receptor chains were not identical, yet showed some similarities, which could mean that these clones recognize similar antigens (or epitopes of the same antigen). The knockout of PD-1 in this setting allowed for an analysis of the importance of tissue immune regulation. It became evident that the absence of PD-1 induced a larger number of clonal expansions in the CNS, hinting towards a reduced threshold for clonal disturbance and activation in these T cells. The expansions were, however, not pathogenic by themselves. Only in the presence of tissue damage and an antigenic stimulus (in our case the overexpression of PLP), the PD-1 limitation exacerbated the immune pathogenicity. Therefore, only in the presence of a “tissue damage signal”, the dyshomeostasis of T cells lacking PD-1 achieved high pathogenetic relevance. Finally, we investigated the pathogenetic role of CD8 T cells in Rasmussen encephalitis, a rare and chronic neurological disease mainly affecting children. The analysis of the T-cell receptor repertoire in Rasmussen encephalitis patients in the peripheral CD4\(^+\) and CD8\(^+\) T-cell compartments as well as the brain revealed the involvement of T cells in the pathogenicity of this disease. Many clonal expansions in the brain matched CD8\(^+\) T-cell expansions in the periphery on the sequence level. These putatively pathogenic clones could be visualized by immunohistochemistry in the brain and were found in close proximity to astrocytes and neurons. Additionally, the expanded clones could be found in the periphery of patients for at least one year. N2 - Der Einfluss von Parenchymzellen auf Immunzellen und umgekehrt, im Besonderen von Antigen-präsentierenden Zellen und CD8\(^+\) T-Zellen, im Zusammenhang von auto- immuner Pathogenese und Degeneration war das Hauptthema dieser Dissertation. Im ersten Teil wurde der Einfluss menschlicher Muskelzellen auf Antigen- präsentierende Zellen untersucht. In entzündlichen Myopathien kommt es zu massiven Infiltraten von Immunzellen, die T-Zellen und auch Antigen-präsentierende Zellen wie Makrophagen und dendritische Zellen enthalten. Die Hypothese war, dass menschliche Myoblasten einen hemmenden Einfluss auf die Antigen-präsentierenden Zellen unter homöostatischen Bedingungen haben. Eine Störung dieses Einflusses oder eine Beeinträchtigung unter entzündlichen Rahmenbedingungen könnte eventuell zur Entwicklung eines myopathischen Zustands beitragen. In der Oberflächenanalyse der dendritischen Zellen, die mit Myoblasten kultiviert wurden, zeigte sich, dass unreife dendritische Zellen in einen halb-reifen Zustand versetzt werden konnten, der sich beispielsweise durch stark erhöhte CD80 Expression kennzeichnet. Diese dendritischen Zellen wurden weiterhin charakterisiert über ihre hemmende Funktion auf die T-Zell Proliferation. Außerdem wurde gezeigt, dass Zelllysate gesunder Myoblasten die Phagozytoserate von Makrophagen enorm verstärken, was die Regeneration des Muskelgewebes erhöhen und möglicherweise in Myositispatienten gestört sein könnte. Im zweiten Teil der Dissertation ging es um die klonale Spezifität von CD8\(^+\) T-Zellen in einem Mausmodell mit genetisch induzierter Überexpression von PLP in Oligodendrozyten. Hier konnte gezeigt werden, dass die zytotoxischen T-Zellen, deren Pathogenität Gegenstand früherer Arbeiten war, im ZNS der transgenen Mäuse klonal expandiert waren. Die Aminosäuresequenzen der TCRβ Kette der expandierten Klone waren nicht identisch, zeigten jedoch einige Ähnlichkeiten, die darauf hinweisen könnten, dass diese Klone ähnliche Antigene (oder Epitope des gleichen Antigens) erkennen. Die genetisch induzierte Abwesenheit von PD-1 ermöglichte es, in diesem Zusammenhang den Einfluss von spezifischer Immunregulation im Gewebe zu untersuchen. Es zeigte sich, dass die Deletion von PD-1 eine erhöhte Anzahl von klonalen Expansionen im ZNS der Mäuse erzeugte, was auf eine herabgesetzte Schwelle für klonale Störungen und Aktivierung schließen lässt. Diese Expansionen 
 waren jedoch für sich genommen nicht pathogen. Nur in der Anwesenheit eines Gewebeschadens und eines zusätzlicher Antigenstimulus (in unserem Fall in Form der PLP Überexpression) konnte man die erhöhte Pathogenität durch die PD-1 Deletion erkennen. Deswegen erreichten die PD-1 deletierten T-Zellen nur in der Gegenwart eines „Gewebeschaden-Signals“ hohe pathogenetische Relevanz. Schließlich untersuchten wir die pathogenetische Rolle von CD8\(^+\) T-Zellen in der Rasmussen Enzephalitis, einer seltenen, chronischen Erkrankung des Gehirns, die hauptsächlich in Kindern vorkommt. Die Analyse des T-Zell-Rezeptor Repertoires in Rasmussen Enzephalitis Patienten in peripheren CD4\(^+\) und CD8\(^+\) T-Zell Populationen und im Gehirn zeigte die Beteiligung von T-Zellen in der Pathogenese dieser Krankheit auf. Viele klonale Expansionen waren zwischen Gehirn und der peripheren CD8\(^+\) Population bis hin zur Aminosäuresequenz identisch. Diese vermutlich pathogenen Klone konnten in Gehirnbiopsien von Rasmussenpatienten histochemisch nachgewiesen werden und wurden in enger Nachbarschaft zu Astrozyten und Neuronen gefunden. Zusätzlich konnten diese expandierten Kone in der Peripherie von Patienten für die beobachteten Zeiträume (mindestens ein Jahr) nachgewiesen werden. KW - T-Lymphozyt KW - Entzündung KW - Degeneration KW - Immunsystem KW - Rasmussen-Syndrom KW - T lymphocyte KW - inflammation KW - degeneration KW - immune system KW - rasmussen encephalitis Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37330 ER - TY - THES A1 - Pfrommer, Albrecht T1 - Seed dispersal ecology of Leonia cymosa (Violaceae) in the rain forest of Eastern Ecuador T1 - Ökologie der Ausbreitung der Samen von Leonia cymosa (Violaceae) im Regenwald von Ost-Ekuador N2 - Leonia cymosa (Violaceae) ist ein Baum der unteren Waldschicht im Amazonischen Regenwald. Meine Probenflächen befanden sich in der „Reserva Faunistica Cuyabeno“ im nord-östlichen Ecuador: Meine Untersuchung hatte das Ziel, die Variation von Baummerkmalen zu beschreiben und zu klären, ob und wie die Fruchtentnahme aus den einzelnen Bäumen durch Fruchtfresser mit den Baummerkmalen zusammenhängt. Die mittlere Höhe einer fruchttragenden L. cymosa war 6,6 m (Min. 2 m, Max. 12,6 m). Der Median der Individuendichte lag bei 11,8 Bäumen pro Hektar. Die Bäume wuchsen überwiegend in Gruppen, die aus Bäumen verschiedener Höhe bestanden. L. cymosa blühte zwei Mal im Jahr, sowohl im späten Februar bis März, als auch im Oktober. Die daraus jeweils folgenden Fruchtsaisons erstreckten sich auf die Monate August/September und März bis Mai. Das Fruchtfleisch von L. cymosa enthielt die Zucker Fruktose, Glucose und Saccharose, Proteine, aber keine Lipide. Es gab es signifikante Unterschiede zwischen Bäumen bei allen untersuchten Nährstoffbestandteilen. Die saisonale Produktivität der überwachten Bäume lag im Median bei 45 (1999, n= 57) bzw. bei 36 (2000, n=92) reifen Früchten. Das maximale Fruchtangebot eines Baumes zum Zeitpunkt einer Fruchtzählung lag bei 324 reifen Früchten Schwarzrückentamarine (Saguinus nigricollis, Callitrichidae) und Totenkopfäffchen (Saimiri sciureus, Cebidae), sowie möglicherweise eine unidentifizierte nachtaktive Tierart, konsumierten die Früchte von L. cymosa in meinem Untersuchungsgebiet. Früchte, die von den Bäumen auf den Boden herabgefallen waren, wurden von Grünen Zwergagutis (Myoprocta pratti, Dasyproctidae) gefressen. Schwarzrückentamarine und Totenkopfäffchen unterschieden sich stark in ihrer Effektivität als Samenausbreiter. Schwarzrückentamarine waren zuverlässige Ausbreiter, Totenkopfäffchen nicht. Jede meiner Studienflächen war Teil des Kern-Wohngebietes von jeweils einer Gruppe von Schwarzrückentamarinen, und fiel in das Streifgebiet einer Gruppe von Totenkopfäffchen. In einer Stichprobe von 6 Bäumen vergleichbarer und hoher saisonaler Fruchtproduktion war die Gesamtanzahl an reifen Früchten eines jeweiligen Baums, die durch den zuverlässigen Samenausbreiter S. nigricollis im Verlauf einer Fruchtsaison geerntet wurden, mit keinem der gemessenen Nährstoffbestandteile des Fruchtfleischs signifikant korreliert. Der zuverlässige Samenausbreiter von L. cymosa scheint keinen Selektionsdruck auf den Nährstoffgehalt der Früchte von L. cymosa auszuüben. Die saisonale Fruchtproduktion eines L. cymosa -Baums war die hauptsächliche Vorhersagevariable für alle Aspekte der Fruchtentnahme durch den effektiven Samenausbreiter, Saguinus nigricollis, sowie auch durch den Nicht-Samenausbreiter, Saimiri sciureus. Bäume mit größerer saisonaler Fruchtproduktion hatten eine höhere Wahrscheinlichkeit der Fruchtentnahme durch den Samenausbreiter als Bäume mit kleinerer saisonaler Fruchtproduktion. Von Bäumen mit größerer saisonaler Fruchtproduktion ernteten die Samenausbreiter ebenfalls mehr Früchte. Diese Bäume hatten also einen größeren Ausbreitungserfolg. Der prozentuale Anteil der vom Samenausbreiter entnommenen Früchte an der gesamten saisonalen Fruchtproduktion eines Baums sank jedoch mit wachsender Fruchtproduktion. Im Gegensatz dazu stieg der prozentuale Anteil der vom Nicht-Samenausbreiter abgeernteten Früchte an der gesamten saisonalen Fruchtproduktion mit größer werdender saisonaler Fruchtproduktion. Ebenso stieg die Wahrscheinlichkeit der Fruchtentnahme durch den Nicht-Samenausbreiter und die Anzahl der von ihm geernteten Früchte mit größer werdender saisonaler Fruchtproduktion. Die beobachteten Unterschiede zwischen Samenausbreiter und Nicht-Samenausbreiter sind auf Unterschiede in der jeweiligen Nahrungsaufnahmekapazität, der Gruppengröße und des Fouragierverhaltens zurückzuführen. Tamarine ernteten mit geringerer Wahrscheinlichkeit L. cymosa Bäume, die nicht oder nur wenig von umgebender Vegetation gedeckt waren. Dies reflektiert wahrscheinlich ein Verhalten der Tamarine zur Vermeidung von Angriffen von Wald-Raubvögeln. Bei hoher Dichte von L. cymosa-Früchten in der Nachbarschaft einzelner Bäume verringerte sich der Anteil der Früchte an der saisonalen Fruchtproduktion, die von Tamarinen geerntet wurden. Dies spricht für Konkurrenz von Bäumen um Samenausbreiter. Meine Studie hat Selektionsdrücke der Samenausbreiter auf die saisonale Fruchtproduktion von L. cymosa aufgedeckt. Meine Ergebnisse bestätigen die Vorhersagen der „fruit crop size-Hypothese“. Meine Ergebnisse zeigen ebenfalls, dass es auch Faktoren außerhalb der Kontrolle eine Baumindividuums gibt, die die Fruchtentnahme von L. cymosa Bäumen beeinflussen. Selektion durch Samenausbreiter könnte durch Nachbarschaftsbedingungen begrenzt. N2 - Leonia cymosa (Violaceae) is a small tree from the under story of the Amazonian rain forest. I investigated the seed dispersal ecology of L. cymosa in plots of old growth terra firme forest located within the Cuyabeno Faunistic Reserve in north-eastern Ecuador. This species offered good conditions to examine the variation of traits of individual trees and the way they are linked with fruit removal from each tree. With this study I aimed to address the question whether frugivores exert selection pressures on fruits and the fruiting regime of fleshy fruited plants. The mean height of a fruiting L. cymosa was 6.6 m (range: 2 - 12.6 m). The median tree density was 11.8 trees per hectare. Trees grew in clusters consisting of different numbers of trees of different heights. L. cymosa flowered two times a year, in late February to March and in October. The respective fruiting seasons occurred in August/September and between March and May. The fruit pulp of L. cymosa contained the sugars fructose, glucose, and sucrose, the total soluble sugar being the first important nutritional compound of the fruit pulp. The second important compound was proteins. No lipids were found in the fruit pulp. The variation of nutritional quality of the fruits was high within trees. Nonetheless, significant differences were found among trees in all nutrient constituents studied. The maximum of ripe fruits produced per season by a single tree was 427. Median productivity of the trees was 45 ripe fruits throughout the fruiting season in 1999 (n=57) and 36 ripe fruits in 2000 (n=92). The maximum standing crop of fruits in a tree was 324 fruits (counted in 2000). Black mantle tamarins, Saguinus nigricollis (Callitrichidae), and squirrel monkeys, Saimiri sciureus (Cebidae), and possibly an unknown nocturnal frugivore consumed the fruits of L. cymosa at my study site. Green-rumped acouchis (Myoprocta pratti, Dasyproctidae) consumed fallen fruits and seeds underneath the trees. Black mantle tamarins and squirrel monkeys differed widely in their effectiveness as seed dispersers. Black mantle tamarins swallowed the seeds together with the fruit pulp and defecated intact seeds far away from the mother tree. Squirrel monkeys opened the fruits to suck and gnaw on the fruit pulp, and then dropped seeds to the forest floor below the tree crowns. Each of my study plots fell into the core home range of one group each of S. nigricollis and S. sciureus. Thus, the frugivore assemblage is small and disperser availability is limited for the individual tree of L. cymosa. In a sample of 6 trees of comparable and high fruit crop size, the total of ripe fruits removed from a tree throughout the whole fruiting season by the reliable seed disperser S. nigricollis was neither significantly correlated with the content of any of the nutrients measured in the fruit pulp (fructose, glucose, sucrose, total protein; pulp does not contain lipids), nor with total metabolisable energy, seed to pulp weight ratio, or water content of the fruit pulp. Feeding preferences for single sugars determined by other laboratory studies were not confirmed by this field study. The reliable seed disperser S. nigricollis does not seem to exert selective pressure on the nutrient content of the fruits of L. cymosa. Seasonal fruit crop size was the main predictor of all aspects of fruit removal by the effective disperser of L. cymosa, Saguinus nigricollis, as well as by the non-disperser, Saimiri sciureus. Trees with larger seasonal fruit crop size had a higher probability to have fruits removed by the disperser than those with small seasonal fruit crop sizes. They also had a higher number of fruits removed by the seed disperser. However, the proportion of fruits removed by the disperser decreased with increasing seasonal fruit crop size. In contrast, probability of fruit removal, the number of fruits removed, and the proportion of fruits removed by the non-disperser increased with increasing seasonal fruit crop sizes. The observed differences between disperser and non-disperser are due to differences in feeding capacity, group size and foraging behavior. Tamarins were less likely to harvest Leonia trees that were not or less completely covered by surrounding vegetation. This probably reflects a behavior to avoid predation by forest raptors. At high con-specific fruit abundance in the neighborhood, the proportion of fruits removed by tamarins was reduced. This suggests competition of trees for the disperser. My study revealed selection of the disperser on seasonal fruit crop size of L. cymosa. My results are consistent with the “fruit crop size hypothesis”. FCSH appears to constitute a valid framework also in the monkey-dispersed L. cymosa. My findings also show that factors beyond the tree’s control influenced fruit removal from Leonia trees. Disperser-mediated selection may be constrained (yet not impeded) by neighborhood conditions. KW - Samenverbreitung KW - Ökologie KW - Regenwald KW - Tamarin KW - Totenkopfäffchen KW - Frucht KW - Fruchtgehalt KW - Fruchtansatz KW - Unterholz KW - Fruchtqualität KW - Fruchtentnahme KW - Generalisierte Lineare Modelle KW - Fruchtproduktion KW - Fruchtentnahme KW - fruit removal KW - tamarins KW - squirrel monkeys KW - understorey tree KW - fruit crop size Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37129 ER - TY - THES A1 - Archuby, Fernando T1 - Taphonomy and palaeoecology of benthic macroinvertebrates from the Agua de la Mula Member of the Agrio Formation, Neuquén Basin (Neuquén province, Argentina): sequence stratigraphic significance T1 - Taphonomie und Paläoökologie benthischer Makroinvertebraten des Agua de la Mula Member, Agrio Formation, Neuquén-Becken (Neuquén Provinz, Argentinien): Sequenzstratigraphische Relevanz N2 - The taphonomic and paleoecologic aspects of the Upper Hauterivian to Lower Barremian Agua de la Mula Member of the Agrio Formation (Neuquén Basin, Argentina) were studied in the frame of the sequence stratigraphic paradigm. The Agua de la Mula Member, a ca. 600 m thick succession of highly cyclic marine sediments was surveyed at two localities. Detailed bed-by-bed sedimentologic, stratigraphic, ichnologic, taphonomic and paleoecologic data collection allowed a precise paleoenvironmental, stratigraphic, taphonomic and synecologic interpretation, in a controlled sequence stratigraphic framework. The main architectural stratigraphic component is the Starvation-Dilution Sequence, interpreted as a the effect of a sixth-order, Milankovitch precession-driven cycle. Dilution hemisequences are siliciclastic-dominated and show evidence of depth changes. Starvation hemisequences show a diverse variation of mixed carbonate-siliciclastic facies that is linked to sequence stratigraphy. Ammonite-based biostratigraphy was revised and new knowledge proposed. The stratigraphic framework was improved by combining biostratigraphy, sequence stratigraphy and event stratigraphy. Nine main sequences were described, linked to other stratigraphic markers and correlated with other sequence stratigraphic charts. Several orders of cyclicity were inferred. Third- and fourth-order sequences are the major sequences, not subordinated to higher hierarchies (lower order). Precession, obliquity, and short and long eccentricity cycles of the Milankovitch band are proposed. Among the different sequence stratigraphic models the transgression-regression model fits the majority of the sequences described in this work. The depositional-sequence model could be applied only to the first third-order sequence, in which the true sequence boundary is identifiable. Starvation-dilution sequences, however, are composed by to components that are not completely explained by those models. Starvation hemisequences developed in intermediate to deep settings record the transgressive phase as well as the earLy regressive one without visible stratigraphic boundaries. 112 samples with 22,572 individuals were grouped into fifteen fossil associations and one assemblage that reflect the interaction of different factors: age, position in major, medium and starvation dilution sequences and, linked to sequence stratigraphy, depth, oxygen availability, rate of terrigenous input, water agitation, and substrate conditions. Temporary possible reduction in oxygen content is inferred based on all sources of available evidence. Organic buildups are briefly described and their development interpreted in terms of the sequence stratigraphic framework. Vertical patterns of replacement of fossil associations are described and related to sequence stratigraphy. Five types of skeletal concentrations represent the diversity of coquinas decribed in this study. Type 1, 2, 4 and 5 correspond to starvation hemisequences deposited in progressively shallower settings, from basin to inner ramp. Type 3 is embedded into dilution hemisequences and inferred to be linked to shell bed type I of Kidwell (1985). Types 1 and 2 correspond to transgression, maximum flooding and early regression without distinction. Type 4A as well as Type 5 are interpreted as onlap shell beds (Kidwell 1991a) or early TST shell beds (Fürsich and Pandey 2003). Type 4B corresponds to the MFZ shell bed (Fürsich and Pandey 2003) or mid-cycle shell bed (Abbott 1997), while Type 4C to the downlap shell bed (Kidwell 1991a). Time-averaging of shell beds was assessed with precision as the time involved in the deposition of the starvation hemisequences could be inferred. All shell beds comprise within-habitat assemblages forming within a few thousand years, with little environmental condensation. The fossilization of the marine calcareous shells is modelled as a series of steps called windows: environmental, destructional, burial and diagenetic. The “diagenetic window” is the most relevant. Connected to this it is proposed that carbonate dissolution is the primary control on the development of shell beds, as has been proposed before (Fürsich 1982; Fürsich and Pandey 2003). The interpretative power resulting from combining several lines of evidence, e.g., facies analysis, sequence stratigraphy, biostratigraphy, trace fossil analysis, paleoecology and taphonomy, and unravelling their multiple relationships, are the most relevant conclusions of this study. KW - Würzburg / Institut für Paläontologie KW - paleoecology KW - taphonomy KW - stratigraphy Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37177 ER - TY - THES A1 - Seibt, Joachim T1 - Theoretical investigations on the spectroscopy of molecular aggregates T1 - Theoretische Untersuchungen zur Spektroskopie von Molekülaggregaten N2 - Die spektroskopischen Eigenschaften von Molekülaggregaten wurden mittels quantendynamischer Berechnungen untersucht. Hierbei wurden sowohl lineare als auch nichtlineare Spektroskopietechniken einbezogen. Zur Simulation von Absorptions- und CD-Spektroskopie wurden Kopplungseffekte sowie die relative Orientierung der Monomer-Einheiten in den Modellen berücksichtigt, um gemessene Spektren reproduzieren und so die entsprechenden Parameter zu bestimmen. Zur genaueren Beschreibung wurden auch Ergebnisse quantenchemischer Rechnungen verwendet. Darüber hinaus wurden Untersuchungen zur nichtlinearen optischen Spektroskopie an Dimeren durchgeführt. N2 - The spectroscopic properties of molecular aggregates have been investigated by means of quantum dynamical calculations. Thereby both linear and nonlinear spectroscopic techniques have been taken into account. For the simulation of absorption and CD-spectra, coupling effects were regarded as well as the relative orientation of the monomer units in order to determine the parameters by reproducing measured spectra. For a more detailled description, results from quantum chemical calculations have also been included. Furthermore, investigations on nonlinear spectroscopy of molecular dimers have been performed. KW - Theoretische Chemie KW - Aggregat KW - Nichtlineare Spektroskopie KW - CD-Spektroskopie KW - Quantenchemie KW - Quantendynamik KW - quantum dynamics Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37218 ER - TY - THES A1 - Menzel, Florian T1 - Mechanisms and adaptive significance of interspecific associations between tropical ant species T1 - Mechanismen und adaptive Bedeutung interspezifischer Assoziationen zwischen tropischen Ameisenarten N2 - Aggression between ants from different colonies or species is ubiquitous. Exceptions to this rule exist in the form of supercolonies (within a species) and interspecific associations (between species). Probably the most intimate interspecific association is the parabiosis, where two ant species live together in a common nest. They keep their brood separate but jointly use trails and often share food resources. Parabioses are restricted to few species pairings and occur in South American and Southeast Asian rainforests. While the South American parabioses have been studied, albeit poorly, almost nothing is known about their Southeast Asian counterparts. My PhD project focuses on Southeast Asian parabioses between the myrmicine Crematogaster modiglianii Emery 1900 and the considerably larger formicine Camponotus rufifemur Emery 1900. The two species frequently nest together in hollow trees in the tropical lowland rainforest of Borneo. The basic question of my PhD project is why these two species live together. I investigated both proximate and ultimate aspects of this question. For comparative purposes, I included studies on a trail-sharing association in the same habitat. On the proximate level, I investigated which mechanisms facilitate tolerance towards hetero-spe¬ci¬fic nestmates. Ants generally discriminate nestmates from non-nestmates via cuticular hydro¬carbons that function as colony recognition cues. I studied the specificity of nestmate recognition within and between the two parabiotic species. Using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), I analyzed the cuticular substances in both ant species to find potential differences to non-parabiotic species, and to estimate the substance overlap among the two species. A high substance overlap would e.g. suggest that interspecific tolerance is caused by chemical mimicry. Finally, bioassays were conducted to evaluate the function of different cuticular compounds. Interspecific tolerance in the two parabiotic species was species-specific but not colony-specific. Ca. rufifemur tolerated all Cr. modiglianii individuals, even those from foreign colonies, but strongly attacked workers of other Crematogaster species. Cr. modiglianii, in turn, tolerated Ca. rufifemur workers of certain foreign colonies but attacked those of others. Chemical analyses revealed two sympatric, chemically distinct Ca. rufifemur varieties (‘red’ and ‘black’) with almost no hydrocarbon overlap. Cr. modiglianii only tolerated foreign Ca. rufifemur workers if they belonged to the same chemical variety as their own Ca. rufifemur partner. It also attacked other, non-parabiotic Camponotus species. Thus, reciprocal interspecific tolerance was restricted to the species Cr. modiglianii and Ca. rufifemur. Ca. rufifemur frequently tolerated conspecific non-nestmates of the same chemical variety. Minor workers were more often tolerated than majors, possibly because they possess two to three times lower hydrocarbon quantities per body surface than majors. In contrast, Cr. modiglianii nearly always attacked conspecific non-nestmates. Both species possessed hydrocarbons with considerably higher chain lengths than congeneric, non-parabiotic ant species. Long-chain hydrocarbons are less volatile than shorter ones and thus harder to perceive. They may thus considerably facilitate interspecific tolerance. Moreover, up to 98% of the cuticular hydrocarbons in Ca. rufifemur were methylbranched alkenes, which are highly unusual among insect cuticular hydrocarbons. Cr. modiglianii and Ca. rufifemur had almost no hydrocarbons in common, refuting chemical mimicry as a possible cause of interspecific tolerance. The only hydrocarbons common to both species were two methylbranched alkenes, which constituted 89% of the ‘red’ Ca. rufifemur hydrocarbon profile and also occurred in those Cr. modiglianii colonies that lived together with this Ca. rufifemur variety. Cr. modiglianii presumably acquired these two compounds from its red Ca. rufifemur partner. Cr. modiglianii was significantly less aggressive towards foreign Cr. modiglianii workers that were associated with the same Ca. rufifemur variety than to those associated with the respective other one. Hence, this species seemed to use recognition cues acquired from its parabiotic partner. Apart from hydrocarbons, both species possessed a set of hitherto unknown substances on their cuticle. The quantitative composition of the unknown compounds varied between parabiotic nests but was similar among the two species of a nest. They are probably produced in the Dufour glanf of Cr. modiglianii and transferred to their Ca. rufifemur partner. Possible transfer mechanisms include interspecific trophallaxis and ‘mounting behaviour’, where Cr. modiglianii climbed onto Ca. rufifemur workers without being displaced. Although the composition of the unknown compounds greatly varied between nests, they did not function as nestmate recognition cues since both species used hydrocarbons for nestmate recognition. However, the unknown compounds significantly reduced aggression in Ca. rufifemur. The ultimate, i.e. ecological and evolutionary aspects of my PhD research deal with potential costs and benefits that Cr. modiglianii and Ca. rufifemur may derive from the parabiotic association, their interactions with other species, and population genetic analyses. Additional studies on a trail-sharing association between three other ant species deal with two possible mechanisms that may cause or facilitate trail-sharing. Whether parabioses are parasitic, commensalistic, or mutualistic, is largely unknown and depends on the costs and benefits each party derives from the association. I therefore investigated food competition (as one of the most probable costs), differentiation of foraging niches (which can reduce competition), and several potential benefits of the parabiotic way of life. Besides, I studied interactions between the ant species and the hemiepiphyte Poikilospermum cordifolium. The foraging niches of the two species differed regarding foraging range, daily activity pattern, and food preferences. None of the two species aggressively displaced its partner species from baits. Thus, interference competition for food seemed to be low or absent. For both ant species, a number of benefits from the parabiotic lifestyle seem possible. They include interspecific trail-following, joint nest defence, provision of nest space by the partner species, food exchange via trophallaxis, and mutual brood care. If an ant species follows another species’ pheromone trails, it can reach food resources found by the other species. As shown by artificial extract trails, Ca. rufifemur workers indeed followed trails of Cr. modiglianii but not vice versa. Thus, Ca. rufifemur benefited from Cr. modiglianii’s knowledge on food sources (informational parasitism). In turn, Cr. modiglianii seemed to profit from nest defence by Ca. rufifemur. Ca. rufifemur majors are substantially larger than Cr. modiglianii workers. Although Cr. modiglianii often effectively defended the nest as well, it seemed likely that this species derived a benefit from its partner’s defensive abilities. In neotropical parabioses (ant-gardens), mutualistic epiphytes play an important role in providing nest space. The neotropical Camponotus benefits its Crematogaster partner by planting epiphyte seeds, for which Crematogaster is too small. Similarly, the Bornean parabioses often were inhabited by the hemiepiphyte Poikilospermum cordifolium (Barg.-Petr.) Merr (Cecropiaceae). P. cordifolium seedlings, saplings and sometimes larger indivi¬duals abundantly grew at the entrances of parabiotic nests. However, P. cordifolium provides no additional nest space and, apart from nutritive elaiosomes, perianths, and extrafloral nectar probably plays a less important role for the ants than the neotropical epiphytes. In conclusion, the parabiosis is probably beneficial to both species. The main benefits seem to be nest defence (for Cr. modiglianii) and interspecific trail-following (for Ca. rufifemur). However, Ca. rufifemur seems to be more dependent on its partner than vice versa. For both parabiotic species, I analyzed mitochondrial DNA of ants from different regions in Borneo. My data suggest that there are four genetically and chemically distinct, but closely related varieties of Camponotus rufifemur. In contrast, Crematogaster modiglianii showed high genetic differentiation between distant populations but was not differentiated into genetic or chemical varieties. This argues against variety-specific cocladogenesis between Cr. modiglianii and Ca. rufifemur, although a less specific coevolution of the two species is highly likely. In Bornean rainforests, trail-sharing associations of Polyrhachis (Polyrhachis) ypsilon Emery 1887 and Camponotus (Colobopsis) saundersi Emery 1889 are common and often include further species such as Dolichoderus cuspidatus Smith 1857. I investigated a trail-sharing association between these three species and studied two mechanisms that may cause or facilitate these associations: interspecific trail-following, i.e. workers following another species’ pheromone trail, and differential inter¬specific aggression. In trail-following assays, D. cuspidatus regularly followed extract trails of the other two species, thus probably parasitizing on their information on food sources. In contrast, only few P. ypsilon and Ca. saundersi workers followed hetero¬speci¬fic extract trails. Hence, the association between P. ypsilon and Ca. saundersi cannot be ex¬plained by foragers following heterospecific trails. In this case, trail-sharing may originate from few scout ants that do follow heterospecific pheromone trails and then lay their own trails. Interspecific aggression among P. ypsilon, Ca. saundersi and D. cuspidatus was strongly asymmetric, Ca. saundersi being submissive to the other two species. All three species discriminated between heterospecific workers from the same and a distant trail-sharing site. Thus, it seems likely that the species of a given trail-sharing site habituate to one another. Differential tolerance by dominant ant species may be mediated by selective habituation towards submissive species, and thereby influence the assembly of trail-sharing associations. N2 - Aggression zwischen Ameisen verschiedener Kolonien oder Arten ist allgegenwärtig. Ausnahmen von dieser Regel bilden Superkolonien (innerhalb einer Art) sowie inter-spezifische Assoziationen (zwischen Arten). Wohl die engste dieser Assoziationen ist die Parabiose, bei der zwei Ameisenarten in einem gemeinsamen Nest leben. Sie halten ihre Brut getrennt, nutzen jedoch gemeinsam Pfade und oftmals auch Nahrungsressourcen. Parabiosen sind auf Assoziationen einiger weniger Artkombinationen beschränkt und kommen nur in südamerikanischen und südostasiatischen Regenwäldern vor. Während jedoch die südamerikanischen Parabiosen bereits untersucht wurden – wenn auch spärlich –, ist fast nichts über ihre südostasiatischen Pendants bekannt. Der Schwerpunkt meiner Doktorarbeit liegt auf südostasiatischen Parabiosen zwischen der myrmicinen Ameise Crematogaster modiglianii Emery 1900 und der deutlich größeren Formicine Camponotus rufifemur Emery 1900. Die beiden Arten nisten häufig gemeinsam in hohlen Bäumen im tropischen Tieflandregenwald Borneos. Die grundlegende Frage meiner Doktorarbeit ist, warum diese beiden Arten zusammenleben. Ich untersuchte sowohl proximate als auch ultimate Aspekte dieser Frage. Zu Vergleichszwecken führte ich Studien über eine trail sharing-Assoziation im selben Lebensraum durch. Auf proximater Ebene untersuchte ich, welche Mechanismen die Toleranz heterospezifischer Nestgenossinnen fördern. Im allgemeinen können Ameisen Nestgenossinnen von fremden Artgenossen mit Hilfe kutikulärer Kohlenwasserstoffen unterscheiden, die als Kolonie-Erkennungssignale dienen. Ich untersuchte Kolonieerkennung innerhalb und zwischen den beiden parabiotischen Arten. Mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) analysierte ich daneben die kutikulären Substanzen beider Ameisenarten, um etwaige Unterschiede zu verwandten, nichtparabiotischen Arten zu finden, und um abzuschätzen, wie stark die Substanzen beider Arten sich überschneiden. Eine starke Überschneidung würde z.B. dafür sprechen, daß inter¬spezifische Toleranz durch chemische Mimikry verursacht wird. Außerdem untersuchte ich anhand von Biotests die Funktion zweier verschiedener kutikulärer Substanzklassen. Die interspezifische Toleranz zwischen den beiden parabiotischen Arten war artspezifisch, aber nicht koloniespezifisch. Ca. rufifemur tolerierte alle Cr. modiglianii-Arbeiterinnen, auch von fremden Kolonien, attackierte aber Arbeiterinnen anderer Crematogaster-Arten. Cr. modiglianii dagegen duldete Ca. rufifemur-Arbeiterinnen von bestimmten fremden Kolonien, attackierte jedoch diejenigen bestimmter anderer Kolonien. Wie chemische Analysen ergaben, kommt Ca. rufifemur in zwei sympatrischen, chemisch verschiedenen Morphen (‚rote’ und ‚schwarze’ Morphe) vor, die praktisch keine Kohlenwasserstoffe gemeinsam haben. Cr. modiglianii duldete nur diejenigen Ca. rufifemur-Arbeiterinnen, die zur gleichen Morphe gehörten wie ihr eigener Partner. Cr. modiglianii attackierte auch weitere, nichtparabiotische Camponotus-Arten. Gegenseitige interspezifische Toleranz war also auf die Arten Cr. modiglianii und Ca. rufifemur beschränkt. Ca. rufifemur duldete häufig koloniefremde Artgenossen derselben Morphe. Die kleineren Arbeiterinnenkasten wurden eher geduldet als große Arbeiterinnen (Soldaten), möglicher¬weise weil sie 2-3-fach kleinere Kohlenwasserstoffmengen pro Körperoberfläche besitzen als letztere. Im Gegensatz dazu attackierte Cr. modiglianii fast stets koloniefremde Artgenossen. Die Kohlenwasserstoffe beider Arten waren deutlich langkettiger als bei nichtparabiotischen Arten der gleichen Gattungen. Langkettige Kohlenwasserstoffe sind aufgrund ihrer geringeren Flüchtigkeit schwerer wahrzunehmen als kürzerkettige und fördern deshalb vermutlich interspezifische Toleranz. Auffällig war weiterhin, daß die kutikulären Kohlenwasserstoffe bei Ca. rufifemur zu bis zu 98% aus Methylalkenen bestanden, die als kutikuläre Substanzen bei Insekten höchst ungewöhnlich sind. Cr. modiglianii und Ca. rufifemur besaßen fast keine gemeinsamen Kohlenwasserstoffe, es lag also keine chemische Mimikry vor. Die einzigen gemeinsamen Kohlenwasserstoffe in größeren Mengen waren zwei Methylalkene, die bei der roten Ca. rufifemur-Morphe ca. 89% des Kohlenwasserstoffprofils ausmachten und auch bei den Cr. modiglianii-Kolonien vorkam, die mit dieser Morphe zusammenlebten. Vermutlich übernahmen diese Cr. modiglianii-Kolonien die beiden Substanzen von ihren roten Ca. rufifemur-Partnern. Cr. modiglianii-Arbeiterinnen waren signifikant weniger aggressiv gegenüber fremden Artgenossinnen, wenn diese mit derselben Ca. rufifemur-Morphe assoziiert waren wie sie selbst. Diese Art schien demnach die Kohlenwasserstoffe, die sie von ihrem Parabiosepartner übernommen hatte, als Erkennungssignale zu nutzen. Neben den Kohlenwasserstoffen kam auf der Kutikula beider Ameisenarten eine Reihe bisher unbekannter Stoffe vor. Die quantita¬tive Zusammen¬setzung dieser Substanzen variierte zwischen parabiotischen Nestern, ähnelte sich aber jeweils zwischen den beiden Arten eines Nests. Sie werden wahrscheinlich in der Dufourdrüse von Cr. modiglianii produziert und auf den Ca. rufifemur-Partner übertragen werden. Als mögliche Übertragungsmechanismen kommen interspezifische Trophallaxis sowie ‚Besteigeverhalten’ in Betracht, bei dem Cr. modiglianii auf Ca. rufifemur-Arbeiterinnen klettert, ohne von diesen vertrieben zu werden. Obwohl die Zusammensetzung der unbekannten Substanzen stark zwischen parabiotischen Nestern variierte, dienten sie – im Gegensatz zu den Kohlenwasserstoffen – nicht der Kolonieerkennung. Sie reduzierten jedoch signifikant die Aggressivität von Ca. rufifemur. Die ultimaten, also ökologischen und evolutionären Aspekte meiner Doktorarbeit beschäftigen sich mit potentiellen Kosten und Nutzen, die Cr. modiglianii und Ca. rufifemur aus ihrer parabiotischen Lebensweise ziehen könnten, mit ihren Interaktionen zu weiteren Arten sowie populationsgenetischen Analysen. Meine Untersuchungen zu einer trail sharing-Assoziation zwischen drei anderen Ameisenarten beschäftigen sich mit zwei Mechanismen, die trail sharing verursachen oder fördern könnten. Ob Parabiosen parasitisch, kommensalistisch oder mutualistisch sind, ist weitgehend unbekannt und hängt von den Kosten und Nutzen ab, die beiden Partnern durch die Parabiose entstehen. Ich untersuchte deshalb Nahrungskonkurrenz (als eine der wahrscheinlichsten Kosten), Nischendifferenzierung in bezug auf die Nahrungssuche (was die Konkurrenz verringern könnte), sowie mehrere etwaige Nutzen aus der parabiotischen Lebensweise. Darüber hinaus untersuchte ich Interaktionen zwischen den Ameisen und dem Hemiepiphyten Poikilospermum cordifolium. Die Nischen der beiden Arten in bezug auf Fouragierdistanz vom Nest, tageszeitliche Aktivitätsspanne und Nahrungspräferenzen. Keine der beiden Arten vertrieb die Partnerart gewaltsam von Ködern, so daß keine direkte Konkurrenz erkennbar war. Für beide Ameisenarten sind eine Reihe von Vorteilen aus der parabiotischen Lebensweise denkbar. Darunter fallen interspezifisches Spurfolgeverhalten, gemeinsame Nestverteidigung, Bereitstellung von Nistraum durch die Partnerart, Nahrungsaustausch mittels Trophallaxis und gegenseitige Brutfürsorge. Wenn eine Ameisenart der Pheromonspur einer anderen Art folgt, erreicht sie Nahrungsressourcen, die die andere Art gefunden hat. Wie durch künstliche Pheromonspuren gezeigt wurde, folgte Ca. rufifemur tatsächlich Spuren von Cr. modiglianii, jedoch nicht umgekehrt. Ca. rufifemur profitierte damit vom Wissen ihrer Partnerart über Nahrungsressourcen (informationaler Parasitismus). Cr. modiglianii wiederum schien von der Nestverteidigung durch Ca. rufifemur zu profitieren. Ca. rufifemur-Soldaten sind deutlich größer als Cr. modiglianii-Arbeiterinnen. Obwohl Cr. modiglianii oft ebenfalls effektiv das Nest verteidigte, erscheint es wahrscheinlich, daß diese Art einen Nutzen aus der Nestverteidigung durch Ca. rufifemur zieht. In neotropische Parabiosen (Ameisengärten) spielen mutualistische Epiphyten durch die Bereitstellung von Nistraum eine große Rolle. Die neotropische Camponotus-Art nützt ihrem Crematogaster-Partner, indem sie Epiphytensamen pflanzt, wozu Crematogaster zu klein ist. Die Parabiosen Borneos waren ebenfall oft von dem Hemiepiphyten Poikilospermum cordifolium (Barg.-Petr.) Merr (Cecropiaceae) besiedelt. Keimlinge und größere Individuen von P. cordifolium wuchsen häufig an parabiotischen Nesteingängen. P. cordifolium bietet jedoch keinen Nistraum und ist daher, abgesehen von der Bereitstellung nahrhafter Elaiosomen, Perianthe und extrafloralem Nektar, für die Ameisen von geringerer Bedeutung als die Epiphyten der Neotropen. Als Fazit erscheint die Parabiose für beide Ameisenarten vorteilhaft. Die wichtigsten Vorteile sind Nestverteidigung (für Cr. modiglianii) und interspezifisches Spurfolgen (für Ca. rufifemur). Allerdings scheint Ca. rufifemur stärker von seinem Partner abzuhängig zu sein als umgekehrt. Von beiden parabiotischen Arten analysierte ich mitochondriale DNA aus verschiedenen Regionen Borneos. Nach meinen Ergebnissen existieren vermutlich vier genetisch und chemisch verschiedene, aber nah miteinander verwandte Camponotus rufifemur-Morphen. Im Gegensatz dazu zeigte Crematogaster modiglianii hohe genetische Differenzierung zwischen entfernten Populationen, aber keine weitere Differenzierung in genetische oder chemische Morphen. Dieses Ergebnis spricht gegen eine morphen-spezifische Cocladogenese zwischen Cr. modiglianii und Ca. rufifemur, obwohl eine weniger spezifische Coevolution der beiden Arten sehr wahrscheinlich ist. In den Regenwäldern Borneos sind trail sharing-Assoziationen zwischen Polyrhachis (Polyrhachis) ypsilon Emery 1887 und Camponotus (Colobopsis) saundersi Emery 1889 weit verbreitet und schließen oft weitere Arten wie Dolichoderus cuspidatus Smith 1857 ein. Ich untersuchte eine trail sharing-Assoziation zwischen diesen drei Arten und erforschte zwei Mechanismen, die eine solche Assoziation eventuell fördern könnten: interspezifisches Spur-folgeverhalten und differentielle interspezifische Aggression. In Spurfolge¬versuchen folgte D. cuspidatus regelmäßig künstlichen Extraktpfaden der anderen beiden Arten. Auf diese Weise parasitierte D. cuspidatus wahrscheinlich auf deren Informationen über Nahrungsressourcen. Im Gegensatz dazu folgten nur wenige Arbeiterinnen von P. ypsilon und Ca. saundersi heterospezifischen Extraktpfaden. Die Assoziation zwischen P. ypsilon und Ca. saundersi kann folglich nicht dadurch erklärt werden, daß fouragierende Arbeiterinnen heterospezifischen Pheromonspuren folgen. In diesem Fall könnte trail sharing möglicherweise darauf beruhen, daß einige wenige scouts heterospezifischen Spuren folgen und anschließend ihre eigene Spur legen. Die interspezifische Aggression zwischen P. ypsilon, Ca. saundersi und D. cuspidatus war stark asymmetrisch, denn Ca. saundersi war gegenüber den anderen beiden Arten stark submissiv. Alle drei Arten unterschieden heterospezifische Arbeiterinnen von ihrem eigenen und einem fremden Standort. Es erscheint daher wahrscheinlich, daß die Arten eines trail sharing-Standorts sich aneinander gewöhnen. Differentielle Toleranz durch dominante Ameisenarten könnte zustande kommen, indem sich diese selektiv an bestimmte submissive Arten gewöhnen, sie dulden und auf diese Weise die Zusammensetzung von trail sharing-Assoziationen beeinflussen. KW - Ameisen KW - Mutualismus KW - Insekten KW - Symbiose KW - Borneo KW - Chemische Kommunikation KW - Interspezifische Assoziation KW - Kohlenwasserstoffe KW - Pheromone KW - Kolonieerkennung KW - Formicidae KW - Parabiose KW - Spurpheromone KW - interspecific association KW - hydrocarbons KW - pheromone KW - nestmate recognition KW - Formicidae KW - parabiosis KW - trail-sharing KW - trail pheromone Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37251 ER - TY - THES A1 - Kopp, Eva Katharina T1 - Biotransformation and Toxicokinetics of Acrylamide in Humans T1 - Biotransformation und Toxikokinetik von Acrylamid im Menschen N2 - The widely used chemical acrylamide (AA) has been classified as a probable human carcinogen. This classification was based on positive results in rodent carcinogenicity studies as well as on a number of in vitro mutagenicity assays. In 2002, AA was discovered to be formed during the preparation of starch-containing foods. According to the latest FDA exposure assessment (2006), the average daily intake has been estimated from AA levels in foodstuffs and from nutritional habits to be around 0.4 µg/kg b.w. with a 90th percentile of 0.95 µg/kg b.w.. In children and adolescents however, the daily AA intake is about 1.5 times higher, due to lower body weight and differing consumption patterns. Apart from the diet, humans may be exposed to AA during the production or handling of monomeric AA, from AA residues in polyacrylamides, and from cigarette smoke. After oral administration, AA is readily absorbed and distributed throughout the organism. AA is metabolized to the reactive epoxide glycidamide (GA) via the CYP 450 isoenzyme CYP 2E1. Both, AA and GA are conjugated with glutathione. After enzymatic processing, the mercapturic acids N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)-L-cysteine (AAMA) as well as the regioisomers N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cysteine (GAMA) and N-Acetyl-S-(1-carbamoyl-2-hydroxy-ethyl)-L-cysteine (iso-GAMA) are excreted with urine. An additional pathway for the metabolic conversion of GA is the epoxide hydrolase mediated hydrolysis to the diol compound glyceramide. Following administration of AA at doses exceeding the daily dietary intake by a factor of 1000 - 6000 to human subjects, a new urinary metabolite was found, which could be identified as the S-oxide of AAMA (AAMA-sulfoxide). In general, data from animal studies are used for risk assessment of (potential) human carcinogens. However, inter-species differences in toxicodynamics or toxicokinetics, e.g. in biotransformation may lead to under- or overestimation of human risk. The objective of this work was to establish a highly specific and sensitive analytical method to quantify the major urinary metabolites of AA. Other aims apart from measurements concerning the human background exposure were the evaluation of biotransformation and toxicokinetics of AA in humans and rats after oral administration of 13C3-AA. The obtained data was intended to help avoid linear extrapolation from animal models for future risk assessments of AA carcinogenicity. N2 - Die weitverbreitete Chemikalie Acrylamid (AA) wurde als möglicherweise krebserregend im Menschen eingestuft. Diese Klassifizierung beruhte auf positiven Ergebnissen aus Kanzerogenitätsstudien in Nagern sowie einer Reihe von in vitro Mutagenitätstests. Im Jahr 2002 wurde entdeckt, dass AA während der Zubereitung von stärkehaltigen Nahrungsmitteln entsteht. Nach den neuesten Expositionsabschätzungen der FDA (2006) wurde auf der Basis von AA-Gehalten in Lebensmitteln und Ernährungsgewohnheiten eine tägliche Aufnahme von etwa 0.4 µg/kg KG (Körpergewicht) errechnet. Die 90. Percentile lag bei 0.95 µg/kg KG. In Kindern und Heranwachsenden ist die tägliche AA Aufnahme jedoch um etwa Faktor 1.5 höher. Dies beruht auf einem vergleichsweise geringeren Körpergewicht und anderen Ernährungsvorlieben (175). Außer über die Nahrung können Menschen während der Produktion oder Verarbeitung von monomerem AA, über Rückstände in Polyacrylamiden und über Zigarettenrauch gegenüber AA exponiert sein. Nach oraler Gabe wird AA schnell resorbiert und im ganzen Organismus verteilt . AA wird über das Cytochrom P450 Isoenzym CYP 2E1 in das reaktive Epoxid Glycidamid (GA) umgewandelt. Sowohl AA als auch GA binden an Glutathion. Nach enzymatischer Verstoffwechslung werden die Mercaptursäuren N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)-L-cystein (AAMA) sowie die Regioisomere N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cystein (GAMA) und N-Acetyl-S-(1-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cystein (iso-GAMA) mit dem Urin ausgeschieden. Ein weiterer Weg für die metabolische Umwandlung von GA ist die durch Epoxidhydrolase katalysierte Hydrolyse zum Diol Glyceramid. Nach der Verabreichung von AA an Menschen in Dosen, die die tägliche Aufnahme über die Nahrung um das 1000 bis 6000-fache überschritten, wurde ein neuer Metabolit im Urin entdeckt, der als das S-oxid von AAMA identifiziert werden konnte. Im Allgemeinen werden Daten aus Tierstudien für die Risikobewertung von (möglichen) Kanzerogenen im Menschen verwendet. Spezies-Unterschiede bezüglich der Biotransformation können demzufolge zu Unter- oder Überbewertung des Risikos für den Menschen führen. Das Ziel dieser Arbeit war es, eine hochspezifische und empfindliche analytische Methode für die Quantifizierung der wichtigsten Metaboliten von AA im Urin zu entwickeln. Neben Messungen bezüglich der Hintergrundbelastung im Menschen sollten Biotransformation und Toxikokinetik von AA in Menschen und Ratten nach oraler Gabe von 13C3-AA bestimmt werden. Die gewonnenen Daten sollten dazu beitragen, lineare Extrapolation ausgehend von Tiermodellen für zukünftige Risikoabschätzungen zu vermeiden. KW - Acrylamid KW - Metabolismus KW - Toxikokinetik KW - Risikobewertung KW - Speziesunterschiede KW - Acrylamide KW - Metabolism KW - Toxicokinetics KW - Risk Assessment KW - Species Differences Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37273 ER - TY - THES A1 - Muhammad, Khalid T1 - Longterm impact of anti-CD20 mediated transient B cell depletion on memory B cells in patients with rheumatoid arthritis T1 - Langzeitveränderung der Gedächtnis B-Zellen nach Anti-CD20 vermittelter B-Zelldepletion in Patienten mit rheumatoider Arthritis N2 - B-Lymphozyten leisten unterschiedliche Beiträge zur Pathophysiologie der Rheumatoiden Arthritis. Sie produzieren Autoantikörper, präsentieren Autoantigene und schütten verschiedene Zytokine, die am proinflammatorischen Prozess beteiligt sind, aus. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurden in den letzten Jahren Therapien entwickelt, die gezielt B-Lymphozyten ansteuern um direkt oder indirekt in den autoimmunen Krankheitsverlauf einzugreifen. Die zeitlich begrenzte B-Zell-Depletion mit Rituximab (anti CD20-Antikörper) hat dabei in den letzten Jahren einen hohen Stellenwert erlangt und wird im klinischen Alltag insbesondere bei der Behandlung von Patienten mit rheumatoider Arthritis angewandt. Rituximab induziert im peripheren Blut bemerkenswerte Veränderungen in der Homöostase der B-Zell-Subpopulationen. Nach Therapie mit dem anti-CD20 Antikörper Rituximab beginnt die Repletionsphase mit der peripheren Aussaat von transitionalen unreifen B-Zellen. Im weiteren Verlauf kommt es zu einer Normalisierung des naiven B-Zell-Pools. Das B-Zell Gedächtnis und in besonderem Maße die IgD+CD27+ Gedächtniszellen erholen sich nach Therapie nur langsam. In einer prospektiven klinischen Studie hat unsere Arbeitsgruppe gezeigt, dass die Gesamtzahl der Gedächtniszellen gut mit der Dauer der klinischen Antwort auf Rituximab korreliert. Es ist wenig über die speziellen molekularen Veränderungen innerhalb der Gedächtnis B-Zellen nach Rituximab Therapie bekannt. Um die Veränderungen im peripheren Blut zu verstehen untersuchten wir die somatische Mutationsfrequenz und das Muster der Ig-VH3 Gen Rearrangements, indem wir prä- und posttherapeutisch bei 18 Patienten einzelne B-Zellen isolierten und den individuellen B-Zellrezeptor durch eine Einzelzell RT-PCR amplifizierten und sequenzierten. Wir verglichen das Mutationsmuster nach erfolgreicher B-Zelldepletion in den neu rezirkulierenden Gedächtnis B-Zellen mit dem Mutationsmuster von vier Gesunden Blutspendern und sechs nicht-RA Patienten, die eine Hochdosis Chemotherapie mit anschließender autologer oder allogener Stammzelltransplantation erhalten hatten. Zunächst haben wir die Zusammensetzung der Gedächtniszellen im peripheren Blut analysiert. Der Phänotyp der peripheren prä-switch (IgD+CD27+) und post-switch (IgD-CD27+) Gedächtniszellen zeigte keine quantitativen Unterschiede in RA-Patienten im Vergleich zu Gesunden. Bei der direkten Analyse des B-Zell Immunglobulin Rezeptors fanden sich jedoch zwischen klassengeswitchten und ungeswitchten Gedächtnis B-Zellen signifikante Unterschiede in der Anzahl der Mutationen in der variablen Region der Ig Rezeptors. Die Population der IgD+CD27+ Gedächtniszellen beinhaltete sowohl nicht mutierte, wenig mutierte und stark mutierte (Median= 9 Mutationen pro Sequenz) rearrangierte Ig- Rezeptoren, wohingegen die IgD-CD27+ Gedächtniszellen einen durchgehend hoch mutierten (Median = 18 Mutationen pro Sequenz) Rezeptor aufwiesen. Der Unterschied zwischen beiden Gruppen war signifikant (Mutationsfrequenzen 3.83±0.19% vs. 7.1±0.53%; P=0.0001). Grundlegende Veränderungen wurden bei den rezirkulierenden ungeswitchten Gedächtniszellen (IgD+CD27+) nach vorübergehender B-Zell Depletion mit Rituximab festgestellt. Diese Zellen wurden bis 6 Jahre nach Rituximab beobachtet und zeigten eine stark verzögerte Zunahme an Mutationen im Ig-Rezeptor. Ein Jahr nach einmaliger Gabe von Rituximab waren 84% der einzelnen zirkulierenden IgD+/CD27+ B-Zellen unmutiert. Zu diesem Zeitpunkt fanden sich keine stark mutierten Ig-VH3 Gen Rearrangements (P=0.0001). Mit zunehmendem Abstand zur B-Zell depletierenden Therapie konnten in der Repopulationsphase zunehmende Zahlen an Mutationen in den B-Zell Ig Rezeptoren festgestellt werden. Beispielsweise waren während des 2. Jahres der Regeneration (P=0.0001) 7.8%, sowie nach 4 Jahren nur 14% der Ig Rezeptoren mutiert. Sogar 6 Jahre nach Behandlung, waren VH Mutationen in IgD+ Gedächtniszellen noch deutlich vermindert. Selbst nach dieser Zeit fanden sich in der prä-switch Gedächtnispopulation nur 27% hochmutierte Sequenzen während vor der passageren B-Zelldepletion 52% ein hohe Zahl an Mutationen trugen (P=0.0001). Die posttherapeutische Analyse der CDR3 Länge der regenerierten IgD+ Gedächtniszellen ergab eine erhöhte CDR3 Länge, die signifikant mit der Anzahl der nicht mutierten VH Genrearrangements während der Repletionsphase korreliert. Interessanterweise regenerierten Patienten nach Hochdosis Chemotherapie und allogener Stammzelltransplantation ihre IgD+ Gedächtniszellen mit einer deutlich höheren Anzahl an Mutationen. Ein Jahr nach Transplantation zeigten die Ig Rezeptoren schon 22% hoch mutierte und 42% unmutierte VH Rearrangements. Das zeigt, dass eine gegen CD20 gerichtete Behandlung nicht nur eine Verzögerung der Produktion der ungeswitchten Gedächtniszellen zur Folge hat, sondern darüber hinaus einen signifikanten Effekt auf die Mutationsrate im präswitch Gedächtnis B-Zellpool besitzt. Im Gegensatz zum Mutationsmuster der IgD+ Gedächtniszellen regenerierten die klassengeswitchten Gedächtniszellen nach anti-CD20 Depletion im peripheren Blut mit quantitativ normalen Mutationen im Ig Rezeptor. Interessanterweise fand sich allerdings eine Änderung der exprimierten Isotypen mit deutlicher Dominanz IgA exprimierender B Zellen. Weitere Analysen der klassengeswitchten Gedächtnis B-Zellen zeigen außerdem eine Therapie induzierte qualitative Veränderung dieses B-Zellpools. So waren posttherapeutisch die Mutationen in bestimmten T-Zell abhängigen Mutationshotspots, dem RGYW/WRCY Motiv, signifikant vermehrt (Mutationstargeting vor Therapie 27% vs. 43% nach Rituximab, P=0.0003). Dies weist darauf hin, dass die Mechanismen der Affinitätsreifung im klassengeswitchten B-Zellgedächtnis vor und nach B-Zelldepletion unterschiedlich funktionieren. Der Mutationsmechanismus selbst ist allerdings in diesen Zellen quantitativ nicht eingeschränkt. Zusammenfassend zeigt unsere Arbeit zum erstem mal, dass es nach einer passageren B-Zelldepletion mit anti-CD20 Antikörpern zu einer über Jahre hinweg nachweisbaren ausgeprägten Verzögerung in der Aquisition von somatischen Mutationen in rearrangierten VH Genen der IgD+ Gedächtniszellen kommt. Demgegenüber erholt sich das klassengeswitchte B-Zellgedächtnis mit uneingeschränkter Zahl von Mutationen im Ig Rezeptor. Diese Resultate zeigen, dass anti-CD20 gerichtete Therapien in besonderem Maße IgD+ Gedächtniszellen beeinflussen. Der Selektionsdruck durch Antigene und/oder die Selektion der Ig Rezeptoren erscheint unter diesen Bedingungen speziell bei IgD-Gedächtnis B-Zellen reduziert. Die Daten unterstützen die Hypothese, dass prä-switch Gedächtnis B-Zellen im Vergleich zu post-switch Gedächtnis B-Zellen andere Bedingungen für die Aktivierung der Mutationsmaschinerie benötigen. Die Resultate eröffnen neue Wege für das Verständnis der Pathophysiologie der B-Zell Gedächtnisentwicklung und können helfen neue zielgerichtete Therapien zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen zu konzipieren. N2 - Diverse roles of B cells in the pathophysiology of rheumatoid arthritis are now well established. B cells contribute to autoimmunity by producing autoantibodies, processing autoantigen and the production of different cytokines which are involved in the inflammatory cascade. Therefore approaches to target B lymphocytes directly or indirectly are developed for clinical practice to treat autoimmune diseases including rheumatoid arthritis. Transient B cell depletion by rituximab (anti-CD20 antibody) has gained prime importance in recent years. Meanwhile anti-CD20 mediated transient B cell depletion therapy is now used with clinical efficiency in the treatment of patients with rheumatoid arthritis. Rituximab induces noteworthy changes in the homeostasis of peripheral B cell subpopulations during the repletion phase with emerging immature B cells in peripheral blood followed by normalization of the naïve B cell pool and a longterm delay in memory B cell subsets in patients with rheumatoid arthritis. Particularly IgD+CD27+ memory B cells repopulate very slowly during B cell regeneration. In a prospective clinical study, our laboratory has shown that the overall number of memory B cells correlates well to the duration of clinical response to rituximab. Little is known about the particular molecular changes in the memory B cell repertoire after rituximab therapy. To better understand peripheral memory B cell subsets, we explored in detail the somatic mutational frequency and pattern of Ig-VH3 gene rearrangements by using a single B cell sorting technique followed by nested PCR before and up to 6 years after rituximab therapy in 18 RA patients. We compared rituximab inflicted dynamics of mutational acquisition to memory B cell repopulation in 4 healthy donors and 6 non RA patients undergoing high dose chemotherapy followed by autologous or allogeneic stem cell transplantation (SCT). Firstly we analyzed the peripheral composition of memory B cell subsets. The phenotypic analysis of peripheral pre-switch (IgD+CD27+) and post-switch (IgD-CD27+) memory B cells did not reveal any quantitative differences in RA patients prior to B cell depletion therapy compared to healthy donors. However extending those studies in directly analysing the B cell immunoglobulin receptor from individual B cells of RA patients and healthy controls brought interesting results. Pre-switched and post-switched memory B cells showed a highly significant difference in the amount of mutations/sequence. The population of IgD+CD27+ memory B cells is comprised of non-mutated, low and highly mutated (median= 9 mutations/ sequence) rearranged Ig receptors whereas the IgD-CD27+ memory B cell compartment shows quite uniformly highly mutated (median 18 mutations/ sequence) sequences indicating a significant difference between these two groups (mutational frequencies 3.83±0.19% vs. 7.1±0.53%; P=0.0001). Profound changes were noted in the re-emerging pre-switch memory B cells (IgD+/ CD27+) after transient B cell depletion with rituximab. These cells showed over a time period of 6 years after treatment with rituximab significantly delayed acquisition of mutations in Ig receptors on the single B cell level. One year after a single course of rituximab 84% of single repopulating IgD+/CD27+ B cells were unmutated and no highly mutated Ig-VH gene rearrangements were found(P=0.0001). Over time increasing numbers of mutations could be detected i-e 7.8% during 2nd year of regeneration (P=0.0001), 14% after 4 years (n=2). Nevertheless even 6 years after rituximab, VH mutations in IgD+ memory B cells were still reduced with 27% highly mutated sequences compared to 52% pre therapy(P=0.0001). Post-therapy analysis of CDR3 length of regenerated IgD+ memory B cells revealed increased CDR3 length which also correlates well with elevated number of non-mutated VH gene rearrangements observed during repletion phase. In comparison patients undergoing high dose chemotherapy followed by allogeneic stem cell transplantation repopulated IgD+ memory cells earlier with higher numbers of mutations in IgD+ memory B cells. One year after transplantation Ig receptors showed already 22% highly mutated and 42 % unmutated VH rearrangements. These findings indicated that anti-CD20 mediated B cell depletion seems not only to delay the production of pre-switch memory B cells but also significantly affects the acquisition of mutations in the IgD+ memory B cell pool. In contrary to the mutational pattern of IgD+ memory B cells after rituximab class switched memory B cells repopulate in the periphery with quantitatively normal mutations in their Ig receptors. Although the numeric replenishment of these recirculating class-switched memory B cells was also reduced after rituximab, we found no delay in quantitative acquisition of mutations also an increased proportion of IgA expressing B cells in this memory B cell subset was detected. Our data showed that post-therapy mutational targeting in RGYW/WRCY motifs were significantly increased as compared with that of pre-treatment (27% before rituximab vs. 43% after therapy, P=0.0003) indicating that affinity maturation may operate differently in class-switched memory B cells before and after B cell depletion. These results indicate a normal development process with an unimpaired mechanism of mutational acquisition in class-switched memory B cells. These data argue for different requirements to undergo somatic hypermutations in IgD+ memory B cells in comparison to class switched memory B cells. To conclude, our work has demonstrated for the first time a delayed acquisition of somatic hypermutations at single Ig receptor VH gene rearrangements of IgD+ memory B cells in comparison to class-switched memory B cells. These results demonstrate that IgD+ memory B cells are particularly susceptible to anti-CD20 treatment in patients with rheumatoid arthritis. In addition antigenic pressure and/or selection are substantially reduced by rituximab therapy which is basically not seen in the class-switched memory compartment. These data are in line with the hypothesis that IgD+ memory B cells have distinct requirements for activating their mutational machinery compared to class-switched memory B cells which recover normal mutations during regeneration phase. The results have implications in understanding the pathophysiology of memory B cell in rheumatoid arthritis and may be helpful in designing new targeted therapies. KW - Rheumatoider arthritis KW - rheumatoide Arthritis KW - B-Zellen KW - Rheumatoid arthritis KW - memory B cells Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36319 ER - TY - THES A1 - Fuchs, Oliver T1 - Soft x-ray spectroscopy of organic molecules and liquids T1 - Spektroskopie mit weicher Röntgenstrahlung an organischen Molekülen und Flüssigkeiten N2 - In this thesis, soft x-ray absorption spectroscopy (XAS) and resonant inelastic x-ray scattering (RIXS) studies of the electronic structure of selected organic molecules and liquids were carried out. The first part focuses on the used experimental techniques and the development of the instrumentation necessary for these studies, namely a soft x-ray spectrometer, and a temperature-controlled flow-through liquid cell. The former was optimized by a special analytical ray tracing method developed exclusively for this purpose. Due to its high transmission, the spectrometer facilitates a novel experimental approach of recording comprehensive 'RIXS maps', which are 2-dimensional plots of x-ray scattering intensities as a function of both, excitation and emission photon energy. The liquid cell extends these possibilities to the study of liquids, especially the interaction of molecules in liquids and their chemical reactions under well-controlled conditions. Organic molecules have attracted considerable attention in the last decade. The intense research activities related to these materials have two main motivations: on the one hand, organic molecules have a technological application as building blocks of organic semiconductors, while, on the other hand, organic molecules are the functional elements in biological systems. In order to cost-effectively produce optimized organic electronic devices, a fundamental knowledge of the electronic properties of the organic molecules interface is necessary. Therefore, many studies of the electronic structure of potential candidates for organic electronics exist. Two of these candidates, namely C60 and well-ordered multilayers PTCDA on a Ag(111) surface are investigated in this thesis. For the study of C60 molecules, a comprehensive 'RIXS map' was recorded and analyzed. The RIXS map taken in only 25 minutes allows a quantitative analysis of energy losses, yielding for example the HOMO-LUMO distance. It also identifies a core-excitonic state and facilitates a quantitative comparison of its binding energy with that of valence excitons in C60. Furthermore, decay channel-selective partial fluorescence yield XAS spectra can be extracted from the RIXS map, yielding information on the population of the core-excitonic state as a function of excitation energy. As a second model system of organic molecules relevant for organic electronics, PTCDA was chosen. The complex electronic structure of the occupied states of a highly ordered, flat-lying PTCDA multilayer on a Ag(111) surface was investigated by symmetry-resolved resonant x-ray emission spectroscopy. The rapidly occurring beam damage effects were characterized on the basis of irradiation-time dependent series of C and O x-ray emission spectra. Upon varying the excitation energy and emission geometry, atom- and symmetry-specific carbon K emission spectra with negligible beam damage effects were obtained that allow to distinguish between electronic states with sigma and pi symmetry. A density functional theory calculation of the PTCDA molecule reproduces the energy positions of the most prominent emission features remarkably well. In addition, the energy positions of the sigma and pi emissions agree well with the calculated energies of the respective orbitals. In order to shed light on the second aspect of organic molecules, namely their role in biological systems, first a detailed investigation of the electronic structure and proton dynamics of liquid water as the medium of most chemical and biochemical reactions was carried out. Therefore, a comprehensive oxygen K RIXS map of liquid water was recorded and analyzed in great detail. A temperature-dependent comparison with XAS and RIXS data of D2O, NaOH, and NaOD leads to the conclusion, that ultra-fast dissociation takes place in liquid water on the timescale of the oxygen 1s core hole lifetime, resulting in a characteristic spectral contribution in the RIXS spectra. The dissociation is promoted by intact hydrogen bonds with neighboring molecules. In consequence, the rate of dissociation directly depends on the initial hydrogen bond configuration. In the next step towards biologically relevant systems, the nitrogen K edges of the amino acids glycine and histidine were investigated in powderous form as well as in their native environment, namely in aqueous solution. X-ray absorption and emission spectra of the aqueous solutions were analyzed at pH-values of 6 and for glycine also at pH 12 and compared to the spectra of powders. A pH-value of 12 causes deprotonation of the amino group, leading to significant changes in the nitrogen spectra as compared to pH 6. The results from these four examples demonstrate that a wealth of novel information can be obtained by using the new experimental tools developed in this thesis, namely a highly sensitive x-ray spectrometer and a flow-through liquid cell. N2 - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der elektronischen Struktur ausgewählter organischer Moleküle und Flüssigkeiten mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) und resonanter inelastischer Röntgenstreuung (RIXS). Der erste Teil beschreibt die verwendeten spektroskopischen Methoden und die Entwicklung der dafür notwendigen Geräte, insbesondere eines Röntgenspektrometers und einer temperierten Durchflussnasszelle. Ersteres wurde mittels einer eigens dafür entwickelten analytischen Raytracing-Methode optimiert. Aufgrund seiner hohen Transmission ermöglicht das Spektrometer einen für weiche Röntgenstrahlung neuartigen experimentellen Ansatz, nämlich die Aufnahme einer umfassenden RIXS-Karte. Das ist eine 2-dimensionale Auftragung der Röntgenstreuintensität als Funktion der Anregungs- und der Emissionsphotonenenergie. Die Nasszelle erweitert diese experimentellen Möglichkeiten auf die Untersuchung von Flüssigkeiten. Organische Moleküle haben im letzten Jahrzehnt erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die intensiven Forschungsaktivitäten an diesen Materialen haben zwei Hauptmotivationen: einerseits haben organische Moleküle technologische Anwendung als organische Halbleiter, und andererseits sind organische Moleküle die funktionalen Einheiten in biologischen Systemen. Um optimierte organische Halbleiterbauelemente kostengünstig produzieren zu können, muss man über die elektronischen Eigenschaften der organischen Moleküle genauestens Bescheid wissen. Deshalb wurde bereits eine Vielzahl an Untersuchungen potentieller Kandidaten für organische Halbleiterbauelemente durchgeführt. Zwei dieser Kandidaten, nämlich C60 und wohlgeordnete Multilagen von PTCDA auf einer Ag(111)-Oberfläche werden in dieser Arbeit untersucht. Für die Untersuchung der C60 Moleküle wurde eine RIXS-Karte aufgenommen und analysiert, woraus sich direkt die HOMO-LUMO Distanz ergab. Außerdem lässt sich die Existenz eines rumpfexzitonischen Zustands beobachten, dessen Bindungsenergie man quantitativ mit der Valenzexzitonenbindungsenergie in C60 vergleichen kann. Überdies können aus der RIXS-Karte Zerfallskanal-selektive Fluoreszenzausbeute XAS Spektren extrahiert werden, die zum Beispiel Auskunft über die Besetzung des rumpfexzitonischen Zustands als Funktion der Anregungsenergie geben. Als zweites Modellsystem wurde PTCDA ausgewählt, das mittels symmetrieaufgelöster resonanter Röntgenemissionsspektroskopie untersucht wurde. Die dabei rasch einsetzenden Strahlenschäden wurden anhand von Bestrahlungsdauer-abhängigen Serien von Kohlenstoff- und Sauerstoffspektren charakterisiert. Durch Variation der Anregungsenergie und Emissionsgeometrie wurden atom- und symmetriespezifische Kohlenstoffspektren mit vernachlässigbarem Strahlenschaden gewonnen. Diese erlauben die Unterscheidung von elektronischen Zuständen mit sigma- und pi-Symmetrie. Eine Dichtefunktionaltheorie-Rechnung stimmt bemerkenswert gut mit den Energiepositionen der spektralen Signaturen überein. Darüberhinaus passen die spektralen sigma- und pi-Anteile zu den Symmetrien der berechneten Orbitale an den jeweiligen Energiepositionen. Um den zweiten Aspekt organischer Moleküle, nämlich ihre Rolle in biologischen Systemen zu beleuchten, war es zunächst notwendig, die elektronische Struktur und Protonendynamik von flüssigem Wasser zu studieren, das bekanntermaßen das Medium vieler chemischer und biochemischer Reaktionen darstellt. Zu diesem Zweck wurde eine vollständige RIXS-Karte der Sauerstoff K Kante aufgenommen und im Detail analysiert. Ein temperaturabhängiger Vergleich mit XAS and RIXS Daten von D2O, NaOH und NaOD erlaubt die Schlussfolgerung, dass ultra-schnelle Dissoziation auf der Zeitskala der Sauerstoff 1s Rumpflochlebensdauer in flüssigem Wasser stattfindet, die zu einer charakteristischen spektralen Signatur in den RIXS Spektren führt. Diese Dissoziation wird gefördert durch intakte Wasserstoffbrückenbindungen mit benachbarten Wassermolekülen. Damit hängt die Dissoziationsrate direkt von der Ausgangskonfiguration der Wasserstoffbrückenbindungen ab. Im nächsten Schritt in Richtung biologisch relevanter Systeme wurde die Stickstoffkante der Aminosäuren Glyzin und Histidin sowohl in Pulverform als auch in wässriger Lösung untersucht. Röntgenabsorptions- und -emissionsspektren der wässrigen Lösungen wurden bei pH-Werten von 6 und im Falle des Glyzins auch bei pH 12 analysiert und mit den Pulverspektren verglichen. Ein pH-Wert von 12 führt zur Deprotonierung der Aminogruppe, was zu signifikanten Änderungen in der spektralen Signatur der Stickstoffspektren führt. Die Ergebnisse dieser vier Beispiele demonstrieren, dass eine Vielfalt neuartiger Information gewonnen werden kann durch die Anwendung der neuen experimentellen Werkzeuge, die in dieser Arbeit entwickelt wurden, nämlich eines hochempfindlichen Röntgenspektrometers und einer Durchflussnasszelle. KW - Organisches Molekül KW - Elektronenstruktur KW - Röntgenspektroskopie KW - Energiedispersive Röntgenspektroskopie KW - Buckminsterfulleren KW - Molekularbewegung KW - Molekül KW - Molekülsymmetrie KW - Molekülzustand KW - Organisches Molekül KW - x-ray emission spectroscopy KW - x-ray absorption spectroscopy KW - organic molecules KW - liquids Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37055 ER - TY - THES A1 - Erro, Alejandro Berna T1 - Generation and Characterization of Stromal Interaction Molecule 2 (STIM2)-deficient Mice T1 - Generierung und Charakterisierung von Stromal Interaction Molecule 2 (STIM2)-defizienten Mäusen N2 - An increase in cytosolic Ca2+ levels ([Ca2+]i) is a key event that occurs downstream of many signaling cascades in response to an external stimulus and regulates a wide range of cellular processes, including platelet activation. Eukaryotic cells increase their basal [Ca2+]i allowing extracellular Ca2+ influx into the cell, which involves different mechanisms. Store-operated Ca2+ entry (SOCE) is considered the main mechanism of extracellular Ca2+ influx in electrically non-excitable cells and platelets, and comprises an initial Ca2+ depletion from intracellular Ca2+ stores prior to activation of extracellular Ca2+ influx. Although the close relation between Ca2+ release from intracellular stores and extracellular Ca2+ influx was clear, the nature of the signal that linked both events remained elusive until 2005, when Stromal Interaction Molecule 1 (STIM1) was identified as an endoplasmic reticulum (ER) Ca2+ sensor essential for inositol (1,4,5)-trisphosphate (IP3)-mediated SOCE in vitro. However, the function of its homologue STIM2 in Ca2+ homeostasis was in general unknown. Therefore, mice lacking STIM2 (Stim2-/-) were generated in this work to study initially STIM2 function in platelets and in cells of the immune system. Stim2-/- mice developed normally in size and weight to adulthood and were fertile. However, for unknown reasons, they started to die spontaneously at the age of 8 weeks. Unexpectedly, Stim2-/- mice did not show relevant differences in platelets, revealing that STIM2 function is not essential in these cells. However, STIM2 seems to be involved in mammary gland development during pregnancy and is essential for mammary gland function during lactation. CD4+ T cells lacking STIM2 showed decreased SOCE. Our data suggest that STIM2 has a very specific function in the immune system and is involved in Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) at early stages of the disease progression. Stim2-/- neurons were also defective in SOCE. Surprisingly, our results evidenced that STIM2 participates in mechanisms of neuronal damage after ischemic events in brain. This is the first time that the involvement of SOCE in ischemic neuronal damage has been reported. This finding may serve as a basis for the development of novel neuroprotective agents for the treatment of ischemic stroke, and possibly other neurodegenerative disorders in which disturbances in cellular Ca2+ homeostasis are considered a major pathophysiological component. N2 - Der Anstieg des cytosolischen Ca2+-Spiegels ([Ca2+]i) ist ein Schlüsselereignis, das vielen Signalkaskaden, durch extrazellulären Stimulus ausgelöst werden, nachgeschalten ist, und eine große Reihe zellulärer Prozesse reguliert, z.B. die Aktivierung von Blutplättchen. Eukaryotische Zellen erhöhen ihren basalen ([Ca2+]i) durch Einstrom von extrazellulärem Ca2+ in die Zelle hinein, was durch verschiedene Mechanismen geschehen kann. Store-operated Ca2+-entry (SOCE), wird als der Hauptmechanismus für den Einstrom von extrazellulärem Ca2+ in nicht elektrisch-erregbaren Zellen sowie Plättchen angesehen und beinhaltet einen initialen Ca2+-Ausstrom aus intrazellulären Speichern der dem Ca2+-Einstrom aus der Extrazellulärraum vorrausgeht. Obwohl die Beziehung zwischen Ca2+-Ausstrom aus intrazellulären Speichern und extrazellulärem Ca2+-Einstrom über die Plasmamembran viele Jahre bekannt war, so blieb doch das beide Ereignisse verknüpfende Element unbekannt. Im Jahre 2005 jedoch wurde Stromal Interaction Molecule 1 (STIM1) als Ca2+-Sensor des endoplasmatischen Retikulums (ER) und als essentieller Bestandteil für inositol(1,4,5)-triphosphat (IP3)-vermittelten SOCE in vitro identifiziert. Die Funktion seines Homologs, STIM2, in der Ca2+ Homeostase blieb jedoch unklar. Aus diesem Grund generierten wir STIM2-defiziente (Stim2-/-) Mäuse um die Funktion dieses Proteins in Blutplättchen und Immunzellen untersuchen zu können. Bis zum Erwachsenenalter entwickelten sich Stim2-/- Mäuse normal in Bezug auf Größe und Gewicht und waren fertil. Jedoch sterben die Tiere spontan aus unbekannten Gründen, beginnend ab einem Alter von 8 Wochen. Unerwarteter Weise, zeigten Stim2-/- Mäuse keine maßgeblichen Funktionsunterschiede in Plättchen, was eine essentielle Funktion von STIM2 in diesen Zellen ausschließt. Jedoch scheint STIM2 in die Entwicklung der Brustdrüsen während der Schwangerschaft involviert und essentiell für die Brustdrüsenfunktion während der Säugephase zu sein. Darüberhinaus zeigten STIM2 defiziente CD4+ T-Zellen einen verminderten SOCE. Weiter deuten unsere Daten auf eine spezifische Funktion von STIM2 im Immunsystem hin, mit einem Einfluss auf die frühen Phasen und das Fortschreiten der Experimentellen Autoimmun-Enzephalomyelitis (EAE). Stim2-/- Neuronen wiesen ebenso wie CD4+ T-Zellen einen gestörten SOCE auf. Desweiteren belegen unsere Ergebnisse, dass STIM2 überrascherweise an den Neuronen zerstörenden Mechanismen nach ischämischen Ereignissen des Gehirns mitwirkt. Dies ist die erste Studie, die von einer Beteiligung von SOCEan ischämischen neuronalen Schäden berichtet. Diese Entdeckungen können vielleicht als Basis für die Entwicklung neuer neuroprotektiver Medikamente bei ischämischen Schlaganfall dienen - und möglicherweise auch bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen, bei denen Störungen der zellulären Ca2+ Homöostase als hauptsächliche pathophysologische Komponente angesehen werden. KW - Calcium-bindende Proteine KW - Intrazellulärraum KW - Thrombozyt KW - Knockout KW - STIM2 KW - SOC KW - SOCE KW - STIM2 KW - SOC KW - SOCE KW - Store-Operated KW - knockout Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47301 ER - TY - THES A1 - Chari, Ashwin T1 - The Reaction Mechanism of Cellular U snRNP Assembly T1 - Der Reaktionsmechanismus zellulärer U snRNP Zusammenlagerung N2 - Macromolecular complexes, also termed molecular machines, facilitate a large spectrum of biological reactions and tasks crucial to the survival of cells. These complexes are composed of either protein only, or proteins bound to nucleic acids (DNA or RNA). Prominent examples for each class are the proteosome, the nucleosome and the ribosome. How such units are assembled within the context of a living cell is a central question in molecular biology. Earlier studies had indicated that even very large complexes such as ribosomes could be reconstituted from purified constituents in vitro. The structural information required for the formation of macromolecular complexes, hence, lies within the subunits itself and, thus, allow for self- assembly. However, increasing evidence suggests that in vivo many macromolecular complexes do not form spontaneously but require assisting factors (“assembly chaperones”) for their maturation. In this thesis the assembly of RNA-protein (RNP) complexes has been studied by a combination of biochemical and structural approaches. A resourceful model system to study this process is the biogenesis pathway of the uridine-rich small nuclear ribonucleoproteins (U snRNPs) of the spliceosome. This molecular machine catalyzes pre-mRNA splicing, i.e. the removal of non-coding introns and the joining of coding exons to functional mRNA. The composition and architecture of U snRNPs is well defined, also, the nucleo-cytoplasmic transport events enabling the formation of these particles in vivo have been analyzed in some detail. Furthermore, recent studies suggest that the formation of U snRNPs in vivo is mediated by an elaborate assembly machinery consisting of protein arginine methyltransferase (PRMT5)- and survival motor neuron (SMN)-complexes. The elucidation of the reaction mechanism of cellular U snRNP assembly would serve as a paradigm for our understanding of how RNA-protein complexes are formed in the cellular environment. The following key findings were obtained as part of this study: 1) Efforts were made to establish a full inventory of the subunits of the SMN-complex. This was achieved by the biochemical definition and characterization of an atypical component of this complex, the unrip protein. This protein is associated with the SMN-complex exclusively in the cytoplasm and influences its subcellular localization. 2) With a full inventory of the components in hand, the architecture of the SMN-complex was defined on the basis of an interaction map of all subunits. This study elucidated that the proteins SMN, Gemin7 and Gemin8 form a backbone, onto which the remaining subunits adhere in a modular manner. 3) The two studies mentioned above formed the basis to elucidate the reaction mechanism of cellular U snRNP assembly. Initially, an early phase in the SMN-assisted formation of U snRNPs was analyzed. Two subunits of the U7 snRNP (LSm10 and 11) were found to interact with the PRMT5-complex, without being methylated. This report suggests that the stimulatory role of the PRMT5-complex is independent of its methylation activity. 4) Key reaction intermediates in U snRNP assembly were found and characterized by a combination of biochemistry and structural studies. Initially, a precursor to U snRNPs with a sedimentation coefficient of 6S is formed by the pICln subunit of the PRMT5-complex and Sm proteins. This intermediate was shown to constitute a kinetic trap in the U snRNP assembly reaction. Progression towards the assembled U snRNP depends on the activity of the SMN-complex, which acts as a catalyst. The formation of U snRNPs is shown to be structurally similar to the way clamps are deposited onto DNA to tether poorly processive polymerases. 5) The human SMN-complex is composed of several subunits. However, it is unknown whether all subunits of this entity are essential for U snRNP assembly. A combination of bioinformatics and biochemistry was applied to tackle this question. By mining databases containing whole-genome assemblies, the SMN-Gemin2 heterodimer is recognized as the most ancestral form of the SMN-complex. Biochemical purification of the Drosophila melanogaster SMN-complex reveals that this complex is composed of the same two subunits. Furthermore, evidence is provided that the SMN-Gemin2 heterodimer is necessary and sufficient to promote faithful U snRNP assembly. Future studies will adress further details in the reaction mechanism of cellular U snRNP assembly. The results obtained in this thesis suggest that the SMN and Gemin2 subunits are sufficient to promote U snRNP formation. What then is the function of the remaining subunits of the SMN-complex? The reconstitution schemes established in this thesis will be instrumental to address this question. Furthermore, additional mechanistic insights into the U snRNP assembly reaction will require the elucidation of structures of the assembly machinery trapped at various states. The prerequisite for these structural studies, the capability to generate homogenous complexes in sufficient amounts, has been accomplished in this thesis. N2 - Makromolekulare Komplexe, auch molekulare Maschinen genannt, ermöglichen eine grosse Vielfalt biologischer Reaktionen und Aufgaben, die für das Überleben von Organismen kritisch sind. Diese Komplexe bestehen entweder nur aus Protein, oder setzen sich aus Protein und Nukleinsäure (DNA oder RNA) zusammen. Prominente Beispiele für diese Klassen molekularer Maschinen sind das Proteosom, das Nukleosom oder das Ribosom. Wie sich solche Einheiten innerhalb einer Zelle zusammenlagern ist eine grundlegende Frage der Molekularbiologie. Frühere Studien hatten angeduetet, dass es möglich ist sogar sehr grosse Komplexe wie das Ribosom in vitro aus gereinigten Bestandteilen zu einem aktiven Partikel zu rekonstruieren. Die Strukturinformation, die für die Bildung von makromolekularen Komplexen erforderlich ist, liegt also in den Untereinheiten selbst. Im Gegensatz dazu mehren sich heute die Hinweise dafür, dass sich viele makromolekulare Komplexe nicht spontan zusammenlagern, sondern die Aktivität assistierender Faktoren („Assembly Chaperone“) für ihre Reifung benötigen. In dieser Arbeit wurde der Zusammenbau von RNA-Protein (RNP) Partikeln durch eine Kombination aus Biochemie und Strukturbiologie untersucht. Ein ergiebiges System, um diesen Prozess zu studieren, ist die Biogenese der RNPs (U snRNPs) des Spleissosoms. Aufgabe dieser molekularen Maschine ist das Herausschneiden nicht-kodierender Introns und das Zusammenfügen kodiereneder Exons um so funktionelle mRNA zu bilden. Die Zusammensetzung und Architektur von U snRNPs sind gut definiert. Auch ist der Kern- Zytoplasma Transport, der für die Reifung dieser Partikel notwendig sind, detailliert beschrieben worden. Außerdem weisen neueste Studien darauf hin, dass die Bildung von U snRNPs in vivo durch eine komplexe Maschinerie, die aus den Protein-Arginin- Methyltransferase 5 (PRMT5)- und Survival-Motor-Neuron (SMN)- Komplexen besteht, vermittelt wird. Die Entschlüsselung des Reaktionsmechanismus des zellulärem U snRNP Zusammenbaus würde als Musterbeispiel für unser Verständnis dienen, wie RNPs in einer Zelle gebildet werden. Folgende Erkenntnisse wurden in dieser Arbeit gewonnen: 1) Es wurde zunächst versucht eine komplette Bestandsliste der Untereinheiten des SMN-Komplexes zu erstellen. Dies wurde durch die biochemische Definition und Charakterisierung einer atypischen Komponente dieses Komplexes, des Unrip Proteins, erreicht. Dieses Protein bindet ausschliesslich im Zytoplasma an den SMN-Komplex und beeinflusst dessen subzelluläre Lokalisation. 2) Die komplette Inventarisierung des SMN-Komplexes ermöglichte die Untersuchung der Wechselwirkung aller Untereinheiten und somit die Untersuchung seiner Architektur. Diese Studie zeigte, dass die Proteine SMN, Gemin7 und Gemin8 das Rückgrat des SMN-Komplexes bilden auf dem die restlichen Untereinheiten modular angeordnet werden. 3) Die zwei oben erwähnten Studien bildeten die Grundlage, den Reaktionsmechanismus zellulärer U snRNP Zusammenlagerung zu entschlüsseln. Zunächst wurde eine frühe Phase im SMN-vermittelten U snRNP Zusammenbau analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass zwei Untereinheiten des U7 snRNP (LSm10 und 11) mit dem PRMT5-Komplex wechselwirken, ohne methyliert zu werden. Dies deutet darauf hin, dass die unterstützende Rolle des PRMT5-Komplexes von seiner Methylierungsaktivität unabhängig ist. 4) Schlüsselintermediate im Zusammenschluss von U snRNPs wurden identifiziert und durch eine Kombination von Biochemie und Strukturbiologie charakterisiert. In einer ersten Stufe bildet sich ein Vorgänger von U snRNPs mit einem Sedimentationskoeffizienten von 6S aus. Dieses Intermediat, bestehend aus pICln (einer Untereinheit des PRMT5-Komplexes) und Sm Proteinen, stellt eine kinetische Falle in der U snRNP Zusammenlagerung dar. Das Voranschreiten zum maturen U snRNP hängt von der Aktivität des SMN-Komplexes ab, der als Katalysator wirkt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Ausbildung von U snRNPs strukturell ähnlich zu der Reaktion verläuft, die Polymerasen mit geringer Prozessivität an der DNA verankert und die als „clamp-loading“ bezeichnet wird. 5) Der menschliche SMN-Komplex setzt sich aus mehreren Untereinheiten zusammen. Es ist jedoch unbekannt, ob alle Teile des Komplexes für die Zusammenlagerung von U snRNPs notwendig sind. Diese Frage wurde durch eine Kombination aus Bioinformatik und Biochemie adressiert. Durch Datenbanksuchen in komplett sequenzierten Genomen wurde festgestellt, dass die evolutionär ursprüngliche Form des SMN-Komplexes aus den zwei Proteinen SMN und Gemin2 besteht. Die biochemische Reinigung des Komplexes der Taufliege Drosophila melanogaster offenbarte, dass er auch in diesem Organismus aus denselben zwei Untereinheiten zusammengebaut ist. Außerdem wurde der Beweis erbracht, dass das SMN-Gemin2 heterodimer notwendig und hinreichend ist, um U snRNPs akkurat zusammenzulagern. Zukünftige Studien werden weitere detaillierte Ansichten des Reaktionsmechanismus in der zellulären Zusammenlagerung von U snRNPs liefern. Die Ergebnisse, die in der vorliegenden Arbeit erhalten wurden, deuten darauf hin, dass die Untereinheiten SMN und Gemin2 des SMN-Komplexes für den Zusammenbau von U snRNPs hinreichend sind. Was also ist die Funktion der weiteren Untereinheiten des SMN-Komplexes? Die Rekonstitutionsschemata, die in dieser Arbeit etabliert wurden, werden essentiell für die Beantwortung dieser Frage sein. Darüberhinaus werden weitere mechanistische Einsichten in die Zusammenlagerung von U snRNPs von der Ermittlung von Strukturen der Assembly-Maschinerie in verschiedenen Zuständen abhängen. Die Voraussetzung für diese strukturbiologische Untersuchungen, die Möglichkeit ausreichende Mengen homogener Komplexe herzustellen, ist ebenfalls in dieser Arbeit geschaffen worden. KW - Small nuclear RNP KW - Katalysator KW - Enzym KW - Maschine KW - Biopolymere KW - Makromolekül KW - Biogenese KW - Reaktionsmechanismus KW - Small nuclear RNP KW - Catalyst KW - Enzyme KW - Molecular Machine KW - Chaperone KW - Macromolecular Complex Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40804 ER - TY - THES A1 - Leich, Ellen T1 - Characterization of Follicular Lymphoma Lacking the Hallmark Translocation t(14;18) T1 - Charakterisierung von t(14;18)-negativen Follikulären Lymphomen N2 - Neoplasien des hämatopoetischen und lymphoiden Systems können in Hodkin Lymphome und in Non-Hodgkin Lymphome (NHL) unterteilt werden. Etwa 80% der NHL sind B-Zell Lymphome (B-NHL), während etwa 20% T-Zell und NK-Zell Lymphome (T-NHL) umfassen. Genetische Alterationen, insbesondere Translokationen, welche die Immunglobulin (Ig) Rezeptor Gene betreffen, sind für die Klassifikation von B-NHL von großem Nutzen und sind auch in der Pathogenese dieser Neoplasien von erheblicher Bedeutung. Ein Beispiel hierfür ist die Translokation t(14;18)(q32.33;q21.3) in follikulären Lymphomen (FL). Analog zu den Ig Rezeptor Genen in B-NHL, sind die T-Zell Rezeptor (TCR) Gene von etwa 30% der Vorläufer T-Zell Neoplasien von einer Translokation oder Inversion betroffen, die in der Regel mit der Überexpression eines Onkogens einhergehen. Die Pathogenese von reifen T-NHL, sowie deren zugrunde liegenden molekularen Mechanismen sind jedoch weitestgehend unbekannt. Um das Vorkommen und die Häufigkeit von chromosomalen Bruchpunkten im Bereich der TCR Gene in reifen T-NHL detailliert zu charakterisieren, wurden 227 Fälle im Tissue Microarray Format mit spezifischen Fluoreszenz in situ Hybridisierungs (FISH)-Assays analysiert. Translokationen oder Inversionen konnten in lediglich zwei der untersuchten Fälle nachgewiesen werden, was darauf hindeutet, dass reife T-NHL nur selten von Bruchpunkten in ihren TCR Loci betroffen sind. FL sind die zweithäufigste B-Zell Neoplasie, die durch ein vorwiegend follikuläres, follikulär und diffuses, oder durch ein vorwiegend diffuses Wachstum geprägt sein kann. Die Translokation t(14;18), die in etwa 90% der Fälle auftritt, ist mit einer deregulierten Expression des BCL2 Proto-Onkogens assoziiert. Während bereits eine Vielzahl von Studien die morphologischen, klinischen und molekularen Aspekte dieser Entität definieren konnte, fehlt eine detaillierte Charakterisierung t(14;18)-negativer FL bislang vollständig. In der vorliegenden Arbeit wurden mittels Polymerase Kettenreaktion und FISH Analyse 184 FL in t(14;18)-positive und t(14;18)-negative Fälle unterteilt, und die Genexpressionsprofile sowie die nummerischen chromosomalen Aberationen dieser Subgruppen untersucht. Die einzige genetische Alteration, die sich im Vergleich von t(14;18)-negativen und t(14;18)-positiven FL als signifikant erwies, waren Zugewinne und Amplifikationen in 18q11-q21, die in 32% der t(14;18)-positiven und in 0% der t(14;18)-negativen FL auftraten. Mit Hilfe von Genexpressionsanalysen und einer Gene Set Enrichment-Analyse (GSEA) konnte eine signifikante Assoziation von Keimzentrums B-Zell (GCB) Signaturen mit t(14;18)-positiven FL nachgewiesen werden, während in den t(14;18)-negativen FL eine signifikante Anreicherung von aktivierten B-Zell (ABC)-, NFkB-, Proliferations-, Zell Zyklus-, Interferon- und „Bystander“ Zell Signaturen beobachtet wurde. In einem immunhistochemischen Validierungsansatz mit einer unabhängigen FL Studiengruppe konnte gezeigt werden, dass der Keimzentrums Marker CD10/MME in t(14;18)-positiven FL häufiger exprimiert wird als in t(14;18)-negativen FL, während häufig eine erhöhte Expression des Post-Keimzentrums Markers IRF4/MUM1, des Proliferations Markers Ki67 und des zytotoxischen T-Zell Markers GZMB in t(14;18)-negativen FL nachweisbar war. Diese Ergebnisse weisen auf einen Post-Keimzentrums Phänotyp in t(14;18)-negativen FL hin. Das Vorkommen von „ongoing“ somatischen Hypermutationen in den schweren Ketten der Ig Gene dieser Fälle spricht jedoch gegen diese Hypothese und deutet darauf hin, dass der Phänotyp der t(14;18)-negativen FL eher dem einer B-Zelle im späten Keimzentrumsstadium entspricht. In einer unabhängigen Studie mit 35 vorwiegend diffus wachsenden FL konnte mittels immunhistochemischer Färbungen, klassischer Chromosomenbänderung, FISH und Genexpressionsanalysen eine Untergruppe von t(14;18)-negativen FL definiert werden, die sich durch eine chromosomale Deletion in 1p36 und durch spezifische morphologische und klinische Eigenschaften auszeichnete. Das Genexpressionsprofil der diffusen FL fügte sich in das Spektrum der klassischen FL ein. Mittels GSEA konnte jedoch eine signifikante Anreicherung von T-Zell-, NK-Zell- und zwei dendritischen Zell Signaturen in diesen Fällen beobachtet werden, während die Kontrollgruppe mit klassischen FL signifikant mit GCB-, Proliferations-, Zell Zyklus- und B-Zell Signaturen assoziiert war. Die diffusen FL zeichneten sich häufig durch ein frühes klinisches Stadium, sowie durch große inguinale Tumoren aus. Zusammenfassend deuten die vorliegenden Ergebnisse darauf hin, dass t(14;18)-negative FL dem Spektrum „klassischer“ FL angehören, aber dennoch spezifische molekulare und klinische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere scheinen´t(14;18)-negative diffuse FL, die durch eine Deletion in 1p36, ein frühes klinisches Stadium und große in der Leiste lokalisierte Tumoren charakterisiert sind, eine eigene FL Subgruppe zu repräsentieren. N2 - Tumors of the hematopoietic and lymphoid system are classified into Hodgkin lymphoma and non-Hodgkin lymphoma (NHL). Approximately 80% of non-Hodgkin lymphomas (NHL) are B-cell lymphomas (B-NHL) and the remainder include T-cell and NK-cell lymphomas as well as immunodeficiency-associated lymphoproliferative disorders. The presence of genetic alterations such as translocations involving the immunoglobulin (Ig) receptor loci in B-NHL, e.g. the translocation t(14;18)(q32.33;q21.3) in follicular lymphoma (FL), are of great value for the classification and of importance in the pathogenesis of these neoplasms. In analogy to the Ig receptor genes in B-NHL, the T-cell receptor (TCR) gene loci are targeted by chromosomal breaks in approximately 30% of precursor T-cell lymphoblastic leukemias/lymphomas involving various translocation or inversion partners. Most of these events result in the overexpression of an oncogene by juxtaposing it to the regulatory sequences of the TCR genes. However, the pathogenesis of mature T-cell NHL (T-NHL) and the underlying molecular mechanisms are only poorly understood so far. To determine the exact frequency of breakpoints occurring in the TCR loci of 227 mature T-NHL cases, we designed fluorescence in situ hybridization (FISH) assays for the TCR loci that are applicable for large scale analysis of formalin fixed and paraffin embedded (FFPE) lymphoma specimens in a tissue microarray format. This approach revealed only two mature T-NHL cases with a chromosomal breakpoint in one of the TCR loci making the rearrangement of TCR loci a very rare event in these neoplasms that occurs in less than 1% of cases.FL is the second most frequent type of B-NHL that can show predominantly follicular, combined follicular and diffuse, or predominantly diffuse growth patterns. The characteristic genetic hallmark of FL is the translocation t(14;18)that occurs in approximately 90% of cases and leads to a deregulated expression of the anti-apoptotic BCL2 proto-oncogene. FL has yet been a subject of many studies deciphering morphological, clinical and molecular features of this entity. However, only little information exists about cases lacking this translocation. In this thesis we divided 184 FL cases by polymerase chain reaction (PCR) and by FISH assays into FL cases with and without t(14;18) and investigated their respective gene expression profiles and copy number alterations. For FISH analysis we followed the refined conditions established for the T-NHL study. The only genetic alterations that differed significantly by comparative genomic hybridization (CGH) analysis between FL cases with and without t(14;18) were frequent gains or amplifications in 18q11-q21 in 32% of t(14;18)-positive and 0% of t(14;18)-negative cases. Gene expression profiling and geneset enrichment analysis (GSEA) revealed an enrichment of germinal center B-cell (GCB) signatures in t(14;18)-positive cases whereas an enrichment of activated B-cell (ABC) like, NFkB-, proliferation-, cell cycle-, interferon and bystander cell signatures were observed in t(14;18)-negative cases. A validation approach by immunohistochemistry (IHC) on an independent test set of FL cases (n=84) revealed a more frequent expression of the germinal center (GC) marker CD10/MME in cases with t(14;18) and a higher expression of the post GC marker IRF4/MUM1, the proliferation marker Ki67 and the cytotoxic T-cell marker GZMB in cases without t(14;18). Although these results may suggest a post-GCB phenotype for translocation t(14;18)-negative cases, ongoing somatic hypermutations of the immunoglobulin heavy chain genes in these cases rather point to a late GC stage of B-cell differentiation in FL without t(14;18). In an independent study with 35 predominantly diffuse FL cases, it was furthermore possible to define another subset of t(14;18)-negative FL characterized by a chromosomal deletion (del) in 1p36 and distinct morphological and clinical features by IHC, classical chromosome banding, FISH and gene expression profiling. The gene expression profiles of predominantly diffuse FL cases fell into the spectrum of FL. However, by GSEA they showed a significant enrichment of T-cell, NK-cell- and two dendritic-cell subset signatures, whereas a significant enrichment of GCB cell-, proliferation-, cell cycle- and B-cell signatures was observed in a control group of “classic” FL cases. Remarkably, patients with diffuse FL frequently presented with low clinical stage and large, but localized inguinal tumors. In conclusion, our results suggest that t(14;18)-negative FL are part of the spectrum of FL in general, but nevertheless show distinct molecular and clinical features. In particular, predominantly diffuse FL with (del)1p36, low clinical stage and large but localized inguinal tumors may represent a distinct t(14;18)-negative FL subtype. KW - Keimzentrum KW - Non Hodgkin Lymphome KW - BCL2 KW - Immunrezeptoren KW - Non Hodgkin Lymphoma KW - BCL2 KW - Immunoreceptors Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38998 ER - TY - THES A1 - Kriegebaum, Claudia T1 - Spatio-temporal Expression Patterns of the Serotonin Synthesis Enzymes TPH1 and TPH2 and Effects of Acute Stress T1 - Regional-zeitliche Expressionsmuster der beiden Serotoninsynthese-Enzyme TPH1 und TPH2 und Effekte durch akuten Stress N2 - Several lines of evidence implicate a dysregulation of tryptophan hydroxylase (TPH)-dependent serotonin (5-HT) synthesis in emotions and stress and point to their potential relevance to the etiology and pathogenesis of various neuropsychiatric disorders. However, the differential expression pattern of the two isoforms TPH1 and TPH2 which encode two forms of the rate-limiting enzyme of 5-HT synthesis is controversial. Here, a comprehensive spatio-temporal analysis clarifies TPH1 and TPH2 expression during pre- and postnatal development of the mouse brain and in adult human brain as well as in peripheral organs including the pineal gland. Four different methods (real time PCR, in situ hybridization, immunohistochemistry and Western blot analysis) were performed to systematically control for tissue-, species- and isoform-specific expression on both the pre- and posttranslational level. TPH2 expression was consistently detected in the raphe nuclei, as well as in fibres in the deep pineal gland and in the gastrointestinal tract. Although TPH1 expression was found in these peripheral tissues, no significant TPH1 expression was detected in the brain, neither during murine development, nor in mouse and human adult brain. Also under conditions like stress and clearing the tissue from blood cells, no changes in expression levels were detectable. Furthermore, the reuptake of 5-HT into the presynaptic neuron by the serotonin transporter (SERT) is the major mechanism terminating the neurotransmitter signal. Thus, mice with a deletion in the Sert gene (Sert KO mice) provide an adequate model for human affective disorders to study lifelong modified 5-HT homeostasis in interaction with stressful life events. To further explore the role of TPH isoforms, Tph1 and Tph2 expression was studied in the raphe nuclei of Sert deficient mice under normal conditions as well as following exposure to acute immobilization stress. Interestingly, no statistically significant changes in expression were detected. Moreover, in comparison to Tph2, no relevant Tph1 expression was detected in the brain independent from genotype, gender and treatment confirming expression in data from native animals. Raphe neurons of a brain-specific Tph2 conditional knockout (cKO) model were completely devoid of Tph2-positive neurons and consequently 5-HT in the brain, with no compensatory activation of Tph1 expression. In addition, a time-specific Tph2 inducible (i) KO mouse provides a brain-specific knockdown model during adult life, resulting in a highly reduced number of Tph2-positive cells and 5-HT in the brain. Intriguingly, expression studies detected no obvious alteration in expression of 5-HT system-associated genes in these brain-specific Tph2 knockout and knockdown models. The findings on the one hand confirm the specificity of Tph2 in brain 5-HT synthesis across the lifespan and on the other hand indicate that neither developmental nor adult Tph2-dependent 5-HT synthesis is required for normal formation of the serotonergic system, although Tph1 does not compensate for the lack of 5-HT in the brain of Tph2 KO models. A further aim of this thesis was to investigate the expression of the neuropeptide oxytocin, which is primarily produced in the hypothalamus and released for instance in response to stimulation of 5-HT and selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs). Oxytocin acts as a neuromodulator within the central nervous system (CNS) and is critically involved in mediating pain modulation, anxiolytic-like effects and decrease of stress response, thereby reducing the risk for emotional disorders. In this study, the expression levels of oxytocin in different brain regions of interest (cortex, hippocampus, amygdala, hypothalamus and raphe nuclei) from female and male wildtype (WT) and Sert KO mice with or without exposure to acute immobilization stress were investigated. Results showed significantly higher expression levels of oxytocin in brain regions which are involved in the regulation of emotional stimuli (amygdala and hippocampus) of stressed male WT mice, whereas male Sert KO as well as female WT and Sert KO mice lack these stress-induced changes. These findings are in accordance with the hypothesis of oxytocin being necessary for protection against stress, depressive mood and anxiety but suggest gender-dependent differences. The lack of altered oxytocin expression in Sert KO mice also indicates a modulation of the oxytocin response by the serotonergic system and provides novel research perspectives with respect to altered response of Sert KO mice to stress and anxiety inducing stimuli. N2 - Durch zahlreiche Untersuchungen ist belegt, dass eine gestörte Tryptophan-Hydroxylase (TPH)-abhängige Serotonin (5-HT)-Synthese an einer veränderten emotionalen Reaktion sowie einer veränderten Stress-Antwort beteiligt ist und damit auch in der Ätiologie und Pathogenese psychischer Erkrankungen eine Rolle spielt. Dennoch werden nach wie vor die unterschiedlichen Expressionsmuster der beiden Isoformen TPH1 und TPH2, die für zwei Formen des Schrittmacherenzyms der 5-HT-Synthese kodieren, kontrovers diskutiert. Zentrales Anliegen dieser Arbeit ist daher eine Klärung der TPH1- und TPH2-Expression während der prä- und postnatalen Entwicklung des murinen Gehirns, sowie im adulten humanen Gehirn und in einigen peripheren Organen und der Zirbeldrüse. Durch die Verwendung von vier verschiedenen Methoden (Real time-PCR, In situ-Hybridisierung, Immunhistochemie und Westernblot-Analysen) wurde systematisch die Gewebs- und Isoform-spezifische Expression in Maus und Mensch auf prä- und posttranslationaler Ebene nachgewiesen. TPH2-Expression wurde Spezies-übergreifend in den Raphe-Kernen des Hirnstamms wie auch in Fasern zur Zirbeldrüse und im Gastrointestinaltrakt detektiert. Auch TPH1 konnte in diesen peripheren Organen (die Zirbeldrüse eingeschlossen) nachgewiesen werden, jedoch fand sich keine signifikante TPH1-Expression im Gehirn, weder während der Entwicklung des Maus-Gehirns noch im humanen und murinen adulten Gehirn. Auch durch veränderte Bedingungen wie der Entfernung von Blutzellen aus dem Gewebe oder der Anwendung von akutem Immobilisierungsstress konnte keine Änderung der Expression gemessen werden. Sert Knockout-Mäuse, stellen ein geeignetes Tiermodell für affektive Erkrankungen dar, insbesondere um eine lebenslang veränderte 5-HT-Homöostase in Verbindung mit belastenden Lebensereignissen zu untersuchen. Um die Bedeutung der TPH-Isoformen und deren korrekte Expression weiter zu untersuchen, wurde die Tph1- und Tph2-Expression in den Raphe-Kernen von Sert Knockout (KO)-Mäusen unter normalen Bedingungen und nach akutem Stress getestet. Interessanterweise konnten keine statistisch signifikanten Expressionsänderungen entdeckt werden. Mehr noch, relativ zu Tph2 konnte unabhängig von Behandlung, Geschlecht oder Genotyp keine relevante Tph1-Expression im Gehirn gemessen werden, was wiederum die Expressionsdaten aus nativen Tieren unterstützt. Die Raphe-Neurone eines Gehirn-spezifischen konditionalen Tph2 KO-Modells zeigten weder Tph2-positive Zellen noch 5-HT, wiesen aber auch keine kompensatorische Aktivierung der Tph1-Expression im Gehirn auf. Zusätzlich repräsentiert eine zeit-spezifische, induzierbare KO-Maus ein Gehirn-spezifisches Tph2 Knockdown-Modell ab dem Erwachsenenalter, das eine stark reduzierte Anzahl an Tph2-positiven Zellen und 5-HT im Gehirn aufweist. Expressionsuntersuchungen zeigten interessanterweise, dass diese Gehirn-spezifischen Tph2 Knockout- und Knockdown-Modelle keine sichtliche Änderung in der Expression von 5-HT-System-assoziierten Genen aufweisen. Diese Ergebnisse bestätigen zum einen, dass die 5-HT-Synthese im murinen Gehirn während der kompletten Lebensspanne ausschließlich durch Tph2 katalysiert wird und weisen außerdem darauf hin, dass eine Tph2-abhängige 5-HT-Synthese weder während der Entwicklung noch im Erwachsenalter für die Ausbildung eines normalen serotonergen Systems benötigt wird, obwohl Tph1 den Verlust des 5-HT-Vorkommens im Gehirn der Tph2 KO-Mäuse nicht kompensiert. Weiterhin beschäftigt sich diese Arbeit mit der Expression von Oxytocin, das hauptsächlich im Hypothalamus produziert. Oxytocin ist maßgeblich bei Angst-lösenden Effekten sowie einer verringerten Stressantwort beteiligt. In dieser Studie wurde die Expression von Oxytocin in verschiedenen Gehirnregionen (Cortex, Hippocampus, Amygdala, Hypothalamus und Raphe Nuclei) von weiblichen und männlichen Wildtyp- (WT) und Sert KO-Mäusen getestet, die entweder unter normalen Bedingungen gehalten wurden oder eine Stunde lang akutem Immobilisierungsstress ausgesetzt waren. Die Ergebnisse zeigten eine signifikant höhere Oxytocin-Expression in Gehirnregionen, die für die emotionale Reizverarbeitung zuständig sind (Amygdala und Hippocampus) in gestressten männlichen WT-Mäusen, während männliche Sert KO-Mäuse sowie weibliche WT- und Sert KO-Mäuse diese Stress-bedingten Unterschiede nicht aufwiesen. Diese Befunde sind im Einklang mit der Hypothese, dass Oxytocin eine schützende Rolle bei Stress, depressiver Stimmung und Angst übernimmt, weisen jedoch auf einen Geschlechterunterschied hin. Ferner legt das Fehlen einer veränderten Oxytocin-Expression in Sert KO-Mäusen eine Modulation der Oxytocin-Expression durch das serotonerge System nahe, was neue Forschungsperspektiven über eine veränderte Reaktion auf Stress und Angst-auslösende Reize in Sert KO-Mäusen eröffnet. KW - Serotonin KW - Neurotransmitter KW - Chemische Synthese KW - Stress KW - Enzym KW - Genexpression KW - Maus KW - serotonin KW - mouse KW - acute stress KW - gene expression KW - enzymatic synthesis Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40839 ER - TY - THES A1 - Hofmann, Daniel T1 - Characterization of the D-Norm Corresponding to a Multivariate Extreme Value Distribution T1 - Eine Charakterisierung der D-Norm einer multivariaten Extremwertverteilung N2 - It is well-known that a multivariate extreme value distribution can be represented via the D-Norm. However not every norm yields a D-Norm. In this thesis a necessary and sufficient condition is given for a norm to define an extreme value distribution. Applications of this theorem includes a new proof for the bivariate case, the Pickands dependence function and the nested logistic model. Furthermore the GPD-Flow is introduced and first insights were given such that if it converges it converges against the copula of complete dependence. N2 - Es ist wohlbekannt dass sich eine multivariate Extremwertverteilung mittels der D-Norm darstellen lässt. Jedoch liefert nicht jede Norm eine D-Norm. In dieser Arbeit wird eine notwendige und hinreichende Bedingung an eine Norm hergeleitet, so dass diese Norm eine Extremwertverteilung definiert. Anwendungen dieses Satzes sind unter anderem einer neuer Beweis für den bivariaten Fall, die Pickands Abhängigkeitsfunktion und das Nestes Logistic Model. Desweiteren wird der GPD-Fluss eingeführt und erste Untersuchungen wurden durchgeführt. Zum Beispiel die Tatsache, dass wenn der GPD-Fluss konvergiert, dann gegen die Copula der kompletten Abhängigkeit. KW - Kopula KW - Extremwertverteilung KW - D-Norm KW - multivariate Extreme Value Distribution KW - GPD KW - GPD-Flow KW - Copula Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41347 ER - TY - THES A1 - Hoheisel, Tim T1 - Mathematical Programs with Vanishing Constraints T1 - Optimierungsprobleme mit \'vanishing constraints\' N2 - A new class of optimization problems name 'mathematical programs with vanishing constraints (MPVCs)' is considered. MPVCs are on the one hand very challenging from a theoretical viewpoint, since standard constraint qualifications such as LICQ, MFCQ, or ACQ are most often violated, and hence, the Karush-Kuhn-Tucker conditions do not provide necessary optimality conditions off-hand. Thus, new CQs and the corresponding optimality conditions are investigated. On the other hand, MPVCs have important applications, e.g., in the field of topology optimization. Therefore, numerical algorithms for the solution of MPVCs are designed, investigated and tested for certain problems from truss-topology-optimization. KW - Nichtlineare Optimierung KW - Nichtglatte Optimierung KW - Nichtkonvexe Optimierung KW - Nichtglatte Analysis KW - Konvexe Analysis KW - Topologieoptimierung KW - MPEC KW - MPVC Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40790 ER - TY - THES A1 - Markel, Petra T1 - If It’s to Be, It Starts With Me! The Bidirectional Relation between Goals and the Self T1 - If It’s to Be, It Starts With Me! Die bidirektionale Beziehung zwischen Zielen und dem Selbst N2 - In der vorliegenden Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen Selbst und persönlichen Zielen genauer untersucht. Hierzu wurde zunächst ein reaktionszeitbasiertes Maß zur impliziten Messung von Selbstaktivierung entwickelt (Studien 1 und 2). Im nächsten Schritt wurde untersucht, ob ein direkter Zusammenhang zwischen Selbst undpersönlichen Zielen besteht. Hierfür wurde mit Hilfe des neu entwickelten Maßes getestet, ob Probanden, die über persönliche Ziele nachdenken eine erhöhte Selbstaktivierung zeigen (Studien 3 und 4). Schließlich wurde analysiert, ob eine bidirektionale Beziehung zwischen Selbst und persönlichen Zielen besteht. Dazu wurde geprüft, ob positive Bewertungen mit höherer Wahrscheinlichkeit als Ziele konstruiert werden, wenn das Selbst vor Abgabe der Bewertungen aktiviert worden ist (Studien 5 und 6). Die vorliegende Arbeit zeigt, dass das neu entwickelte Bildermaß zur impliziten Messung von Selbstaktivierung geeignet ist. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine direkte Verknüpfung zwischen Selbst und persönlichen Zielen besteht. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern erste Evidenz für Selbstaktivierung als Folge einer Aktivierung persönlicher Ziele und zeigen darüber hinaus, dass diese Beziehung bidirektional zu sein scheint. Probanden konstruieren Bewertungen unter SA mit größerer Wahrscheinlichkeit als Ziele, was sich in stärkerer direkter Verhaltensbereitschaft (motivationale Tendenzen), mehr zielrelevantem Verhalten und auch mehr Motivation in instrumentellen Aufgaben zur Zielerreichung zeigt. N2 - The aim of the current work was to enhance the understanding of the relationship between goals and the self. More specifically, I wanted to achieve three things. First, I developed an implicit measure of self-activation (SA) based on response latencies to avoid the problems of traditional measures of self-activation (i.e., demand effects, self-presentation concerns). Therefore, two studies were conducted in which increased self-activation, induced by classic self-manipulations, was measured with a newly developed picture task. Thereby it was assumed that individuals would react faster to photographs of themselves when the self was activated than when it was not. Second, I aimed to demonstrate that there exists a close connection between personal goals and the self. Despite being inherent in several theories, this assumption has never been tested directly before. It was hypothesized that thinking about personal goals should activate the self, resulting in faster reactions in the newly developed measure of SA, i.e., quicker responses to the self-pictures. Third, it was investigated whether goals and the self are linked in a bidirectional fashion; according to the reported findings, it seems to be functional for individuals’ self-regulation and goal pursuit to develop such a link. To provide evidence for the bidirectionality of the relationship, it was hypothesized that in conditions of high SA, it should be more likely personal evaluations to be construed as goals; this goal activation should result in higher accessibility of goal-related knowledge, stronger approach motivational tendencies towards goal-related targets, and more goal-directed behavior. The obtained results endorse the applicability of the picture task as implicit method to measure increased SA and also corroborate the core hypothesis, namely that personal goals and the self are inherently connected and that they are linked in a bidirectional fashion. KW - Ziel KW - Selbst KW - Selbstaktivierung KW - goals KW - self KW - self-activation Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-42972 ER - TY - THES A1 - Kohl, Bianca Dorothea T1 - PMP22-overexpressing mice as a model for Charcot-Marie-Tooth 1A neuropathy implicate a role of immune-related cells T1 - PMP22-überexprimierende Mäuse als Modell einer Charcot-Marie-Tooth 1A Neuropatie. N2 - Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) is a cohort of human hereditary disorders of the peripheral nervous system (PNS) which exhibit symptoms like sensory dysfunction, muscle weakness and gait disturbances. Different mutations are described as causation for this neuropathy, such as a duplication of chromosome 17 comprising the gene for the peripheral myelin protein-22 (PMP22). Based on different animal models former studies identified immune cells, i.e. macrophages and T-lymphocytes, as crucial mediators of pathology in these neuropathies. In this study, PMP22-overexpressing mice (PMP22tg, C61), serving as a model for a specific type of CMT – CMT1A – were crossbred with immune-deficient mutant mice to examine the impact of the immune system on nerve pathology. Crossbreeding of PMP22tg mice with recombination activating gene-1 (RAG-1) deficient mice, lacking mature T- and B-lymphocytes, caused no striking alterations of pathogenesis in peripheral nerves of mutant mice. In contrast, crossbreeding of PMP22tg myelin mutants with mice deficient in the chemokine monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1, CCL2) caused an amelioration of the demyelinating phenotype of peripheral nerves when MCP-1 was either reduced or completely absent. Furthermore, functional investigations, i.e. neurographic recordings and examinations of the grip strength of the extremities, revealed an amelioration in PMP22tg/MCP-1-/- mice in regard to a symptomatic improvement in the compound action muscle potential (CMAP) and stronger grip strength of the hindlimbs. Interestingly, peripheral nerves of PMP22tg mice showed an irregular distribution of potassium channels in presence of MCP-1, whereas the absence of MCP-1 in the myelin mutants rescued the ion channel distribution and resulted in a more wild type-like phenotype. Having shown the impact of MCP-1 as an important mediator of nerve pathology in PMP22/MCP-1 double mutants, the regulation of this chemokine became an important target for potential treatment strategies. We found that the signaling cascade MEK1/2/ERK1/2 was more strongly activated in peripheral nerves of PMP22tg mice compared to nerves of wild type mice. This activation corresponded to an increase in MCP-1 mRNA expression in peripheral nerves at the same age. Furthermore, a MEK1/2-inhibitor was used in vivo to confirm the regulation of MCP-1 by the MEK1/2/ERK1/2 pathway. After a treatment period of three weeks, a clear reduction of ERK1/2-phosphorylation as well as a reduction of MCP-1 mRNA expression was observed, accompanied by a decline in macrophage number in peripheral nerves of PMP22tg mice. These observations suggest that the expression of MCP-1 is crucial for the neuropathological progression in a mouse model for CMT1A. Therefore, this chemokine could provide a basis for a putative treatment strategy of inherited neuropathies. N2 - Die Charcot-Marie-Tooth Erkrankungen (CMT) sind eine Gruppe von humanen, erblichen Erkrankungen des peripheren Nervensystems (PNS), welche Symptome wie sensible Störungen, Muskelschwäche und Gangstörungen verursachen können. Verschiedene Mutationen, z.B. eine Duplikation des Chromosoms 17, welches das Gen für das periphere Myelinprotein-22 (PMP22) enthält, sind als Ursache für diese Neuropathie beschrieben. Anhand verschiedener Tiermodelle wurde in früheren Studien gezeigt, dass Immunzellen, insbesondere Makrophagen und T-Lymphozyten, maßgeblich an der Pathogenese dieser Neuropathien beteiligt sind. In der vorliegenden Studie wurden PMP22-überexprimierende Mäuse (PMP22tg, C61) als Modell einer spezifischen CMT-Form – CMT1A – mit immun-defizienten Mutanten verkreuzt, um die modulierende Rolle des Immunsystems innerhalb der Pathogenese peripherer Nerven untersuchen zu können. Die Verkreuzung von PMP22tg Mäusen mit „recombination activating gene-1“-defizienten Mutanten (RAG-1-/-), die keine reifen T- und B-Lymphozyten besitzen, resultierte in keiner deutlich veränderten Pathologie der peripheren Nerven. Im Gegensatz hierzu führte die Verkreuzung der Myelinmutanten mit Mäusen, defizient für das Chemokin „monocyte chemoattractant protein-1“ (MCP-1), zu einer Abschwächung des demyelinisierenden Phänotyps in peripheren Nerven, wenn MCP-1 reduziert war oder völlig fehlte. Funktionelle Analysen, wie elektrophysiologische Messungen und Untersuchungen der Kraft in den Extremitäten, zeigten zudem in PMP22tg/MCP-1-/- Mäusen eine symptomatische Verbesserung, was sich in einer höheren Amplitude (compound muscle action potential, CMAP) und einer erhöhten Kraft in den Hinterpfoten der Mäuse widerspiegelte. Interessanterweise zeigten periphere Nerven der PMP22tg Mäuse eine abnorme Verteilung von Kalium-Kanälen, wohingegen das Fehlen von MCP-1 in den Myelinmutanten zu einer Verteilung dieser Ionenkanäle führte, die ähnlich zu Wildtyp-Mäusen war. Da MCP-1 in den PMP22/MCP-1 Doppelmutanten einen deutlichen Einfluss auf die Pathogenese aufwies, wurde die Regulation dieses Chemokins im Hinblick auf mögliche Therapie-Ansätze untersucht. Diese Untersuchung zeigte, dass die MEK1/2/ERK1/2-Signalkaskade in peripheren Nerven von PMP22tg Mäusen stärker aktiviert wird als in Nerven von Wildtyp-Tieren. Die Aktivierung dieser Signalkaskade ging dabei mit einer erhöhten MCP-1 mRNA Expression in peripheren Nerven von Tieren des gleichen Alters einher. Ergänzend wurde ein MEK1/2-Inhibitor in vivo verwendet, um die Regulation von MCP-1 durch die MEK1/2/ERK1/2 Kaskade zu bestätigen. Nach einer Behandlungszeit von drei Wochen wurde eine deutliche Reduktion der ERK1/2-Phosphorylierung, sowie eine Reduktion der MCP-1 mRNA Expression und eine geringere Makrophagen-Anzahl in peripheren Nerven von PMP22tg Mäusen detektiert. Diese Untersuchungen zeigen, dass die Expression von MCP-1 entscheidend für den neuropathologischen Verlauf in einem Mausmodell für CMT1A ist. Somit bietet dieses Chemokin eine Basis für die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien peripherer Neuropathien. KW - Myelin KW - Makrophage KW - Entmarkung KW - Schwann Zellen KW - PMP22 KW - MCP-1 KW - Immunzellen KW - Periphere Nerven KW - Schwann cells KW - PMP22 KW - MCP-1 KW - immune cells KW - peripheral nerves Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-43066 ER - TY - THES A1 - Sieber, Maximilian T1 - Evaluation of 1H-NMR and GC/MS-based metabonomics for the assessment of liver and kidney toxicity T1 - Bewertung von 1H-NMR und GC/MS-Metabonomics zur Erkennung von Leber- und Nierentoxizität N2 - For the assessment of metabonomics techniques for the early, non-invasive detection of toxicity, the nephrotoxins gentamicin (s.c. administration of 0, 60 and 120 mg/kg bw 2x daily for 8 days), ochratoxin A (p.o. administration of 0, 21, 70 and 210 µg/kg bw 5 days/week for 90 days) and aristolochic acid (p.o. administration of 0, 0.1, 1.0 and 10 mg/kg bw for 12 days) were administered to rats and urine samples were analyzed with 1H-NMR and GC/MS. Urine samples from the InnoMed PredTox project were analyzed as well, thereby focusing on 1H-NMR analysis and bile duct necrosis as histopathological endpoint. 1H-NMR analysis used water supression with the following protocol: 1 M phosphate buffer, D2O as shift lock reagent, D4-trimethylsilyl­propionic acid as chemical shift reference, noesygppr1d pulse sequence (Bruker). For multivariate data analysis, spectral intensity was binned into 0.04 ppm wide bins. GC/MS analysis of urine was carried out after protein precipitation with methanol, drying, derivatization with methoxyamine hydrochloride in pyridine and with methyl(trimethylsilyl)­trifluoroacetamide on a DB5-MS column using EI ionization. The chromatograms were prepared for multivariate data analysis using the R-program based peak picking and alignment software XCMS version 2.4.0. Principal component analysis (PCA) to detect and visualize time-point and dose-dependent differences between treated animals and controls and orthogonal projection to latent structures discriminant analysis (OPLS-DA) for identification of potential molecular markers of toxicity was carried out using SIMCA P+ 11.5 1H-NMR-based markers were identified and quantified with the Chenomx NMR Suite, GC/MS based markers were identified using the NIST Mass Spectral Database and by co-elution with authentic reference standards. PCA of urinary metabolite profiles was able to differentiate treated animals from controls at the same time as histopathology. An advantage over classical clinical chemistry parameters regarding sensitivity could be observed in some cases. Metabonomic analysis with GC/MS and 1H-NMR revealed alterations in the urinary profile of treated animals 1 day after start of treatment with gentamicin, correlating with changes in clinical chemistry parameters and histopathology. Decreased urinary excretion of citrate, 2-oxoglutarate, hippurate, trigonelline and 3-indoxylsulfate increased excretion of 5-oxoproline, lactate, alanine and glucose were observed. Ochratoxin A treatment caused decreased excretion of citrate, 2-oxoglutarate and hippurate and and increased excretion of glucose, myo-inositol, N,N-dimethylglycine, glycine, alanine and lactate as early as 2 weeks after start of treatment with 210µg OTA/kg bw, correlating with changes in clinical chemistry parameters and histopathology. Integration of histopathology scores increased confidence in the molecular markers discovered. Aristolochic acid treatment resulted in decreased urinary excretion of citrate, 2-oxoglutarate, hippurate and creatinine as well as increased excretion of 5-oxoproline, N,N-dimethylglycine, pseudouridine and uric acid. No alterations in clinical chemistry parameters or histopathology were noted.Decreased excretion of hippurate indicates alterations in the gut microflora, an effect that is expected as pharmacological action of the aminoglycoside antibiotic gentamicin and that can also be explained by the p.o. administration of xenobiotica. Decreased Krebs cycle intermediates (citrate and 2-oxoglutarate) and increased lactate is associated with altered energy metabolism. Increased pseudouridine excretion is associated with cell proliferation and was observed with aristolochic acid and ochratoxin A, for which proliferative processes were observed with histopathology. 5-oxoproline and N,N-dimethylglycine can be associated with oxidative stress. Glucose, a marker of renal damage in clinical chemistry, was observed for all three nephrotoxins studied. Single study analysis with PCA of GC/MS chromatograms and 1H-NMR spectra of urine from 3 studies conducted within the InnoMed PredTox project showing bile duct necrosis revealed alterations in urinary profiles with the onset of changes in clinical chemistry and histopathology. Alterations were mainly decreased Krebs cycle intermediates and changes in the aromatic gut flora metabolites, an effect that may result as a secondary effect from altered bile flow. In conclusion, metabonomics techniques are able to detect toxic lesions at the same time as histopathology and clinical chemistry. The metabolites found to be altered are common to most toxicities and are not organ-specific. A mechanistic link to the observed toxicity has to be established in order to avoid confounders such as body weight loss, pharmacological effects etc. For pattern recognition purposes, large databases are necessary. N2 - Zur Bewertung von Metabonomics-Techniken zur frühen, nicht-invasiven Erkennung von Toxizität wurde Rattenurin nach wiederholter Gabe von Nephrotoxinen mit 1H-NMR und GC/MS analysiert. Untersucht wurden Gentamicin (s.c.-Gabe von 0, 60 und 120 mg/kg Körpergewicht (KG) 2x tägl. über 8 Tage), Ochratoxin A (p.o.-Gabe von 0, 21, 70 und 210 µg/kg KG 5xl wöchentlich für 90 Tage) und Aristolochiasäure (p.o.-Gabe von 0, 0.1, 1.0 und 10 mg/kg KG über 12 Tage). Proben von 16 Studien des InnoMed PredTox Projekts wurden mit 1H-NMR auf den histopathologischen Endpunkt Gallengangnekrose (BDN) untersucht. Folgende Parameter wurden zur 1H-NMR-Analyse mit Wasserunterdrückung verwendet: 1 M Phosphatpuffer, shift lock Reagenz D2O und Referenzierung der chemischen Verschiebung auf D4-Trimethylsilyl­propionsäure, noesygppr1d-Pulssequenz (Bruker). Zur multivariaten Datenanalyse wurden die Spektren in 0.04 ppm große „bins“ unterteilt. Zur GC/MS-Analyse wurden nach Proteinfällung mit Methanol die Urinproben getrocknet und mit Methoxyaminhydrochlorid in Pyridin und Methyl(trimethylsilyl)trifluoracetamid derivatisiert und auf einer DB5-MS -Säule getrennt. Die GC/MS-Chromatogramme wurden mit dem R-Programm-basierten XCMS-Softwarepaket Version 2.4.0 zur multivariaten Datenanalyse vorbereitet. Hauptkomponentenanalyse (PCA) zur Visualisierung von zeit- und dosisabhängigen Unterschieden zwischen Kontrollen und behandelten Tieren und „orthogonal projection to latent structures“-Diskriminantenanalyse (OPLS-DA) zur Identifizierung von Toxizitätsmarkern erfolgte mit SIMCA P+11.5 Die Chenomx-NMR-Suite wurde zur Identifizierung und Quantifizierung von 1H NMR-basierten Markern verwendet; GC/MS-basierte Marker wurden mit der „NIST Mass Spectral Database“ und durch Koelution mit Referenzstandards identifiziert. PCA unterschied Kontroll- von behandelten Tieren zum gleichen Zeitpunkt wie Histopathologie. Gegenüber klinisch-chemischen Parametern war Metabonomics in einigen Fällen empfindlicher. Gentamicin induzierte nach Tag 1 erniedrigte Ausscheidung von Citrat, 2-Oxoglutarat, Hippurat, Trigonellin und 3-Indoxylsulfat Urin, sowie erhöhte Ausscheidung von Lactat, Alanin, 5-Oxoprolin und Glucose, begleitet von geringfügigen Änderungen in klinisch-chemischen Parametern. Ochratoxin A verursachte nach zwei Wochen in einzelnen Tieren eine erniedrigte Ausscheidung von Citrat, 2-Oxoglutarat und Hippurat sowie eine erhöhte Ausscheidung von Glucose, myo-Inositol, N,N-Dimethylglycin, 5-Oxoprolin, Glycin, Alanin und Lactat, korrelierend mit Veränderungen in klinisch-chemischen Parametern und in der Histopathologie. Verwendung von Histopathologiedaten in multivariaten Modellen zur Markeridentifizierung erhöhte die Konfidenz der Marker. Aristolochiasäure induzierte eine erniedrigte Ausscheidung von Citrat, 2-Oxoglutarat, Hippurat und Creatinin und eine erhöhte Ausscheidung von 5-Oxoprolin, N,N-Dimethylglycin und Pseudouridin, ohne Veränderung der klinisch-chemischen Parameter oder der Histopathologie. Erniedrigte Ausscheidung von Hippurat weist auf eine veränderte Darmmikroflora hin; für das Aminoglykosid-Antibiotikum Gentamicin ist dies ein pharmakologischer Effekt, der für die perorale Gabe von Xenobiotica zu erwarten ist. Erniedrigte Ausscheidung von Citrat und 2-Oxoglutarat und erhöhte Ausscheidung von Lactat zeigt einen veränderten Energiestoffwechsel. Erhöhte Ausscheidung von Pseudouridin ist mit Zell­proliferation assoziiert und wurde nach Gabe der Kanzerogene Ochratoxin A und Aristolochiasäure beobachtet, bei denen proliferative Prozesse in der Histopathologie gefunden wurden. 5-Oxoprolin und N,N-Dimethyl­glycin deuten auf erhöhten oxidativen Stress hin. Erhöhte Glucose im Urin, ein Parameter zur Diagnose von Nierenschäden in der klinischen Chemie, wurde in allen drei Studien mit Nephrotoxinen beobachtet. GC/MS- und 1H-NMR-Daten von InnoMed-Studien mit Gallengang­nekrosen als histopathologischen Endpunkt zeigten Veränderung im Urin zeitgleich mit klinisch-chemischen Parametern und Histopathologie; hauptsächlich erniedrigte Ausscheidung von Citratzyklusintermediaten und Veränderungen bei Darmflora-assoziierten Metaboliten, – ein Effekt, der wahrscheinlich veränderten Gallenfluss zurückzuführen ist. Metabonomics ist prinzipiell zum gleichen Zeitpunkt wie klinisch-chemische Parameter und Histopathologie zur Erkennung von toxischen Veränderungen geeignet. Die veränderten Metaboliten sind jedoch zumeist nicht organspezifisch und können mit allgemeinen Toxizitätsmechanismen, wie oxidativem Stress oder Zellproliferation, in Verbindung gebracht werden. Für die Bewertung der Ergebnisse von Metabonomics-Studien ist ein mechanistisches Verständnis der Veränderungen im Urinprofil notwendig, um eine Trennung von toxischen Effekten und solchen, die auf pharmakologische Wirkung, Körpergewichtsverlust etc. zurückzuführen sind, zu erreichen. Für eine Vorhersage von toxischen Mechanismen aufgrund der Urinprofile ist eine größere Datengrundlage notwendig. KW - Toxikologie KW - Protonen-NMR-Spektroskopie KW - GC-MS KW - Multivariate Analyse KW - Niere KW - Leber KW - Metabonomics KW - Toxicology KW - Metabonomics KW - GC/MS KW - 1H-NMR-Spectroscopy KW - multivariate analysis KW - kidney KW - liver Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-43052 ER - TY - THES A1 - Delporte, Marc T1 - A phenomenological approach to the prediction of material behaviours during co-sintering N2 - This work deals with the sintering of multi-material composites. It aims at the establishment of an alternative to the existing complex models for sintering. The development of the associated experimental procedure is also included in this work. The developed material model must be able to predict (i) the sintering kinetics and (ii) the viscous moduli of a material. An experimental approach with free sintering and hot-forging measurements is favoured in this work. The prediction of the sintering kinetics is addressed with the construction of a map of sintering kinetics data: the Master Sintering Diagram (MSD). The MSD is based on a generalized equation for solid-state diffusion, thus is suitable for any thermal activated diffusion. The MSD allows the prediction of sintering kinetics for a large range of temperatures and external loads. A novel approach to the determination of the viscous moduli is developed in this work: the cyclic unloading method. It is a hot-forging measurement (sintering under uniaxial compression) where the applied load is released for short periods. The measurements are carried out with continuous heating, so that the viscous moduli are determined over large ranges of temperatures and densities. The advantage of this method is the measurement of the viscous moduli in anisotropic microstructures. The material model is validated in two steps. Firstly, the predictions of sintering kinetics with the MSD are compared with experimental results: changes of thermal profile and changes of load are predicted with a maximum deviation of 10%. Secondly, the experimentally determined viscous moduli are used for the prediction of a bi-layer curvature using models for warpage from literature. The prediction is qualitatively good for a maximum deviation of 27%. The study of a sintering glass-ceramic tape on a rigid substrate is presented. It shows that this co-sintering problem can be qualitatively investigated with requirement of the material model. The formation of anisotropy intrinsic to the hot-forging experiments is also reported in this work. It appears to be a important point to address in the future for a better understanding of the cosintering. N2 - Die vorliegende Arbeit behandelt das Thema Kosintern. Ziel ist, die bisher verwendeten komplexen Sintermodelle durch ein einfacheres Verfahren zu ersetzen. Zusätzlich wird ein Messverfahren entwickelt, um die zur Beschreibung des Kosinterns erforderlichen Messdaten zu erhalten. Der experimentelle Ansatz beinhaltet Sinterungen ohne Last sowie mit einachsiger Belastung. Das Verfahren ermöglicht die Vorhersage (i) der Sinterkinetik und (ii) der viskosen Moduli. Um den Sinterpfad von Grünkörpern vorhersagen zu können, wird ein Kennfeld verwendet: das Master Sintering Diagram (MSD). Das MSD wird durch eine allgemeine Gleichung für das Festphasensintern definiert und lässt sich damit für alle thermisch aktivierten Diffusionsmechanismen anwenden. Die Vorhersage gilt für breite Bereiche von Temperaturen und äußeren Lasten. Eine neuartige Messmethode für die Erfassung der viskosen Moduli wird in der Arbeit entwickelt: das cyclic unloading dilatometry. Sie besteht in Hot-forging Versuchen mit konstanter Last, bei denen die sinterenden Proben regelmäßig für kurz Zeit entlastet werden. Die Versuche werden mit konstanter Aufheizrampe durchgeführt, so dass die viskose Moduli für breite Bereiche von Temperaturen und Dichten erfasst werden. Ein Vorteil dieser Messmethode ist es, die viskosen Eigenschaften von anisotropen Materialien messen zu können. Das Vorhersageverfahren wird in zwei Schritten geprüft. Erstens werden Vorhersagen vom MSD mit experimentellen Daten verglichen: die maximale Abweichung bei Änderung der Temperaturrampe und der ¨außeren Last liegt bei 10%. Zweitens werden die viskose Moduli aus dem MSD zur Vorhersage der Krümmung eines Zweischicht-Systems verwendet. Dazu wird ein in der Literatur beschriebenes Modell verwendet. Die qualitative Vorhersage ist gut: die maximale Abweichung zur experimentellen Krümmung liegt bei 27%. Zusätzlich wird eine Studie über ein Zweischicht-System aus Glas und Keramik vorgestellt, bei dem die Keramik nicht sintert. Es wird gezeigt, dass dieser Fall ohne Hilfe des Sintermodells qualitativ verstanden werden kann. Die Entwicklung der Anisotropie in der Mikrostruktur der keramischen Grünkörper durch die anisotrope Last beim Sintern wird diskutiert. Das volle Verständnis der anisotropen Mikrostrukturentwicklung beim Sintern unter anisotropen Randbedingungen erfordert weitere Arbeiten. KW - Sintern KW - sintering KW - modelling KW - composites Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-44235 ER - TY - THES A1 - Schulz, Stefan M. T1 - Mediators of Social Anxiety - External Social Threat-Cues vs. Self-Related Negative Cognitions T1 - Mediatoren Sozialer Angst - Bedrohliche Soziale Umweltreize vs. Selbstbezogene Negative Gedanken N2 - Sozial ängstliche Menschen richten ihre Aufmerksamkeit in sozial bedrohlichen Situationen nach innen auf selbstbezogene negative Gedanken (z.B. „Ich schaffe das nicht!“). Außerdem richten sie ihre Aufmerksamkeit unwillkürlich bevorzugt auf potenziell bedrohliche soziale Umweltreize und beurteilen diese im Vergleich zu niedrig sozial ängstlichen Kontrollpersonen besonders negativ. Einschlägige Modelle und die Fachliteratur lassen den Schluss zu, dass selbstbezogene negative Gedanken und die systematisch verzerrte Verarbeitung bedrohlicher sozialer Umweltreize Mediatoren für Zusammenhänge zwischen sozialer Ängstlichkeit und akuter Angst in sozial bedrohlichen Situationen sind. Zudem finden sich Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen den angenommenen Mediatoren. Auf dieser Grundlage wurde ein Arbeitsmodell zu Mediatoren sozialer Angst erstellt. In drei Experimenten wurden von diesem Modell abgeleitete Hypothesen überprüft. Die Ergebnisse der drei Experimente zeigten eindrucksvoll in subjektiven und physiologischen Daten (Herzratenvariabilität bzw. parasympathische Aktivierung), dass selbstbezogene negative Gedanken tatsächlich ein Mediator sozialer Angst sind. Im Vergleich dazu spielt die verzerrte automatische Verarbeitung bedrohlicher sozialer Umweltreize zumindest in ökologisch validen, sozial bedrohlichen Situationen eine vernachlässigbare Rolle. N2 - Based on a review of models and empirical findings a working model is proposed, suggesting that self-related negative cognitions and biased processing of external social threat-cues are mediators of social anxiety. Hypotheses derived from this model were tested in three experiments. The first experiment examined whether levels of trait social anxiousness predicted fearful responding to external social threat-cues (angry vs. neutral and happy facial expressions) during social evaluation. Higher trait social anxiousness predisposes to an inward focus on one’s fear reaction to social threat. Using this strategy was expected to enhance fearful responding to angry facial expressions. A strategy of identifying with angry faces was expected to counteract fearful responding, but was expected to fail more often with increasing levels of trait social anxiousness. To examine these hypotheses, affective modulation of the startle eye-blink was assessed in forty-four undergraduate students. This measure served as a probe into the activation of brain structures involved in the automatic evaluation of environmental threat-cues. Trait and state anxiety as well as explicit emotional responding to the stimuli were assessed with questionnaires and ratings. Processing angry faces potentiated startle amplitudes as expected. Low arousal induced by the stimuli was a probable reason, why startle potentiation to happy faces emerged instead of attenuation. Trait social anxiousness and the cognitive strategies did not influence these effects. Yet, increased trait social anxiousness predicted decreased startle latency, indicating motor hyper-responsivity, which is part of the clinical representation of social anxiety disorder (SAD). Processing facial expressions and identifying with them disrupted this association. Previous studies support that similar strategies may enhance treatment of SAD. Individuals with SAD were expected to respond with increased arousal to external social threat-cues. Therefore, the second experiment examined whether nine individuals with SAD showed attentional (prepulse inhibition, PPI) or affective startle modulation to angry as compared to neutral and happy facial expressions. Corrugator supercilii activity was assessed as a behavioral indicator for effects of facial expressions. The remaining setup resembled the first experiment. Facial expressions did not modulate the startle reflex, but corrugator supercilii activity was sensitive to facial valence. However, the effects were not related to trait social anxiousness. Apparently, angry facial expressions do not act as phobic stimuli for individuals with SAD. The third experiment examined whether focusing on self-related negative cognitions or biased processing of external social threat-cues mediates relationships between trait social anxiety and anxious responding in a socially challenging situation. Inducing self-related negative cognitions vs. relaxation was expected to reveal a functional dependency on the supposed mediation in a multivariate assessment of criteria of the working model. Within this design, the impact of external social threat-cues (facial expressions and emotional words) was compared to control stimuli and context effects, using the startle paradigm. The findings provide first evidence for full statistical mediation of the associations between trait social anxiety and self-reported anxiety as well as parasympathetic withdrawal by self-related negative cognitions, when thirty-six undergraduate students anticipated public speaking. Apprehensive arousal, as indicated by increased skin conductance levels and heart rate, was present in all participants. Observer ratings of behavior during public speaking matched the self-rated quality of the performance. None of these measures were correlated with trait social anxiousness. Startle amplitude correlated with state and trait social anxiety, but was no mediator. Finally, there was no affective modulation of the startle amplitude by external social threat-cues. These studies advance both our current understanding of the factors that mediate social anxiety responses to situations and our knowledge of the physiological and anatomical mechanisms involved in social anxiety. Based on these findings a revised version of the working model on mediators of social anxiety is proposed in the hope it may aid further research for the ultimate goal of developing an empirically validated functional anatomical model of social anxiety. KW - Sozialangst KW - Mediator KW - Kognition KW - Physiologie KW - Mimik KW - Herzratenvariabilität KW - Affektive Schreckreflexmodulation KW - Emotionaler Gesichtsausdruck KW - Social Anxiety KW - Cognitive Model KW - Heart Rate Variability KW - Emotional Facial Expressions KW - Affective Startle Modulation Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-44684 ER - TY - THES A1 - Speckner, Christian T1 - LHC Phenomenology of the Three-Site Higgsless Model T1 - LHC-Phänomenologie des Three-Site Higgsless Model N2 - The Three-Site Higgsless Model is alternative implementation of electroweak symmetry breaking which in the Standard Model is mediated by the Higgs mechanism. The main features of this model is the appearance of two new heavy vector resonances W' and Z' with masses > 380 GeV as well as a set of new heavy fermions (> 1.8 TeV). In this model, unitarity of the amplitudes for the scattering of longitudinal gauge bosons is maintained by the exchange of the W' and Z' up to a scale of ~2 TeV. Consistency with the electroweak precision observables from the LEP / LEP-II experiments implies an exceedingly small coupling of the new vector bosons to the light Standard Model fermions (about 3% of the isospin gauge coupling). In this thesis, the LHC phenomenology of this scenario is explored. To this end, we calculated the couplings and widths of all the new particles and implemented the model into the Monte-Carlo eventgenerator WHIZARD / O'Mega. With this implementation, we simulated the parton-level production of the gauge boson and fermion partners in different channels possibly suitable for their discovery at the LHC. The results are presented together with an introduction to the model and a discussion of its properties. We find that, while the fermiophobic nature of the new heavy gauge bosons does make them intrinsically difficult to observe at a collider, the LHC should be able to establish the existence of both resonances and even give some hints about the properties of their couplings which would be a vital test of the consistency of such a scenario. For the heavy fermions, we find that their large mass is accompanied by relative widths of more than $10\%$, making them ill-suited for a direct discovery at the LHC. Nevertheless, our simulations reveal that there is a part of parameter space where, given enough time, patience and a good understanding of detector and backgrounds, a direct discovery might be possible. N2 - Das "Three-Site Higgsless Model" ist eine alternative Implementation der Elektroschwachen Symmetriebrechung, welche im Standardmodell der Teilchenphysik durch den Higgsmechanismus erfolgt. Die wesentlichen Eigenschaften dieses Modell sind das Auftreten zweier neuer schwerer Vektorresonanzen W' und Z' mit Massen > 380 GeV sowie eines Satzes von schweren (> 1.8 TeV) Fermionen. Die Unitarität der Amplituden für die Streuung longitudinaler Eichbosonen wird in diesem Modell durch den Austausch von der W' und Z' bis zu einer Skala von ~2 TeV sichergestellt. Konsistenz mit den elektroschwachen Präzisionsobservablen aus den LEP / LEP-II Experimenten bedingt eine äußerst kleine Kopplung der neuen Vektorbosonen an die leichten Fermionen des Standardmodells (etwa 3% der Isospin-Eichkopplung). In dieser Doktorarbeit wird die LHC-Phänomenologie dieses Szenarios untersucht. Zu diesem Zwecke wurden die Kopplungen und Breiten aller neuen Teilchen berechnet und das Modell in den Monte-Carlo-Generator WHIZARD / O'Mega implementiert. Diese Implementation wurde verwendet, um die Produktion der Fermion- und Eichbosonpartner auf Partonniveau in verschiedenen Kanälen zu simulieren, welche sich für die Entdeckung am LHC eignen könnten. Die Ergebnisse werden zusammen mit ein Einführung in das Modell sowie einer Diskussion der Modelleigenschaften präsentiert. Obwohl ihre fermiophobe Natur die Entdeckung der schweren Eichbosonen an Teilchenbeschleunigern grundsätzlich erschwert, zeigt sich, daß der LHC die entsprechenden Resonanzen finden kann und sogar einige Rückschlüsse auf die Stärke der fermiophoben Kopplungen (was ein wesentlicher Test der Konsistenz eines solchen Szenarios wäre) zulassen sollte. Bei der Berechnung der Breite der schweren Fermionen stellt sich heraus, daß zu der großen Masse auch relative Breiten von 10% und mehr kommen, so daß diese Teilchen sich eher schlecht für eine direkte Entdeckung am LHC eignen. Trotzdem zeigen die Simulationen daß, hinreichend viel Zeit, Geduld sowie ein gutes Verständnis von Detektor und Hintergrund vorausgesetzt, eine direkte Entdeckung zumindest in einem Teil des Parameterraums möglich ist. KW - LHC KW - Phänomenologie KW - Theoretische Physik KW - Elementarteilchenphysik KW - Theoretical Physics KW - Particle Physics KW - LHC KW - Phenomenology Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45931 ER - TY - THES A1 - Hochgräfe, Katja T1 - Cre-loxP based mouse models to study prionpathogenesis in the motor nervous system N2 - Prion diseases such as scrapie in sheep, bovine spongiform encephalopathy (BSE) in cattle or Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) in humans are fatal neurodegenerative disorders characterized by brain lesions and the accumulation of a disease-associated protein, designated PrPSc. How prions proceed to damage neurons and whether all or only subsets of neurons have to be affected for the onset of the clinical disease is still elusive. The manifestation of clinical prion disease is characterized by motor dysfunctions, dementia and death. Furthermore loss of motor neurons (MN) in the spinal cord is a constant finding in different mouse models of prion disease, suggesting that MN are vulnerable cells for triggering the onset of clinical symptoms. To determine whether the protection of MN against prion induced dysfunctions is an approach for holding the disease at the sub-clinical level, we established a novel conditional model for Cre-mediated expression of a dominant-negative PrP mutant (PrPQ167R) in the cells of interest. Dominant-negative PrP mutants provide protection of prion induced dysfunctions by inhibiting prion replication. Transgenic mice were generated carrying a floxed LacZ marker gene followed by the coding sequence of PrPQ167R under control of the human ubiquitin C promoter. Two Cre strains have been used to direct PrPQ167R expression either to a subset of MN of the spinal cord (Hb9-Cre) or to various neuronal cell populations of the spinal cord and brain (NF-L-Cre). Transgenic mice were infected with mouse-adapted prions via different inoculation routes (intranerval, intracerebral and intraperitoneal) and monitored for effects on incubation time and pathology. Tg floxed LacZ-PrPQ167R/NF-L-Cre mice showed about 15% prolonged survival upon intraperitoneal low dose prion infection, whereas survival of Tg floxed LacZ-PrPQ167R/Hb9-Cre mice was comparable to control littermates. The results suggest that the protection of spinal MN prolongs the incubation period but is not sufficient to completely inhibit clinical prion disease. In a second approach, Cre was transferred into the hind limb muscles of transgenic mice via a double-stranded adeno-associated virus vector (dsAAV2-Cre). The goal of this strategy was to target a broader cell population and thus to enhance expression levels of protective PrPQ167R in the spinal cord of Tg floxed-LacZ-PrPQ167R mice. After intramuscular (i.m.) application of dsAAV2-Cre, exhibiting a physical titer of 5x1010 GP/ml, recombinant transgenic DNA was detected only in the muscle tissue, pointing out that functional Cre-recombinase was expressed at the side of virus application. However, dsAAV2-Cre did neither induce recombination of transgenic DNA in the spinal cord or brain nor expression of dominant-negative PrPQ167R. In conclusion the dsAAV2-Cre vectors system needs further improvement to achieve efficient transport from muscle tissue to the central nervous system (CNS). 105 7 SUMMARY The lymphoreticular system (LRS) is an early site of prion replication. In splenic tissue prion infectivity is associated with follicular dendritic cells (FDC) as well as with Band T-lymphocytes. However, it is still unknown if those cell types are able to replicate the infectious agent or if other PrP-expressing cell types are engaged. To investigate if neurons and in particular MN are involved, transgenic mice carrying one allele of floxed Prnp (lox2+=��) and either one allele of Hb9-Cre or NF-L-Cre were generated on a Prnp0=0 background. Therefore a conditional PrP knockout was established in a subset of MN of the spinal cord (Hb9-Cre) or in various neuronal populations of the spinal cord and brain (NF-L-Cre). Transgenic mice were inoculated with prions to study the accumulation of PrPSc and prion infectivity in spleen and spinal cord at an early time point after infection. The findings show that PrPSc accumulation in mice with MN-specific PrP depletion (lox2+=��/ Hb9-Cre) was comparable to control littermates, while pan-neuronal PrP deficient mice (lox2+=��/NF-L-Cre) were not able to accumulate PrPSc in splenic tissue until 50 days post inoculation. Moreover spleens of lox2+=��/NF-L-Cre mice exhibited a clearly reduced prion infectivity titer, suggesting that accumulation of prions in the spleen is dependent on PrP expression in the nervous tissue. N2 - Prionenerkrankungen, wie Scrapie beim Schaf, die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE) beim Rind oder die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD) beim Menschen sind letale, neurodegenerative Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS). Typische Merkmale der Erkrankung sind neben Neuronenverlust die Akkumulation des mit der Krankheit assoziierten Proteins PrPSc im Gehirn infizierter Individuen. Wie die Akkumulation von Prionen zu Neurodegeneration führt und welche Regionen des ZNS für die klinische Erkrankung verantwortlich sind, ist bisher unbekannt. Charakteristische, klinische Symptome von Prionenkrankheiten sind motorische Störungen sowie Demenz in einem späten Stadium der Erkrankung. Außerdem ist der Verlust von Motoneuronen (MN) im Rückenmark ein konstanter Befund im Tiermodell, was eine Rolle des motorischen Nervensystems bei der Prionpathogenese vermuten lässt. In dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, ob der Schutz von MN vor Prionen induzierten Dysfunktionen den Ausbruch der klinischen Erkrankung verzögern kann. Dazu wurde ein konditionales Mausmodell mit Cre-induzierbarer Expression einer dom- inant-negativen PrP-Mutante (PrPQ167R) hergestellt. Dominant-negative PrP Mutanten schützen vor Prionen induzierten Schädigungen, indem sie die Replikation von Prionen inhibieren. Das Transgen besteht aus dem humanen Ubiquitin C Promoter, einem „gefloxten” LacZ Markergen und der kodierenden Sequenz von PrPQ167R. Die Kreuzung von Tg floxed LacZ-PrPQ167R Mäusen mit der Hb9-Cre Linie bewirkt eine MNspezifische Expression von PrPQ167R im Rückenmark, während das Einkreuzen eines NF-L-Cre Allels die Expression von PrPQ167R in den meisten Neuronen des Rückenmarks sowie in verschiedenen motorischen Kerngebieten des Gehirns zur Folge hat. Transgenen Mäuse wurden auf verschiedenen Routen (intranerval, intrazerebral und intraperitoneal) mit Maus-adaptierten Prionen infiziert und der Effekt von PrPQ167R auf die Inkubationszeit und Pathologie der Tiere untersucht. Während Tg floxed LacZPrP Q167R/NF-L-Cre Mäuse eine um 15% verlängerte Inkubationszeit aufwiesen, war bei Tg floxed LacZ-PrPQ167R/Hb9-Cre Mäusen kein Überlebensvorteil zu beobachten. Somit verlängert der Schutz von MN des Rückenmarks zwar die Inkubationszeit, ist aber nicht ausreichend, um den klinischen Ausbruch der Erkrankung zu verhindern. Um eine größere Zellpopulation im Rückenmark von Tg floxed LacZ-PrPQ167R Mäusen und so eine stärkere Expression von PrPQ167R zu erreichen, wurde ein viraler Gentransfer von Cre-Rekombinase durchgeführt. Dazu wurden doppelsträngige, Creexprimierende Adeno-assoziierte Virus Vektoren (dsAAV2-Cre) bilateral in die Muskulatur der Hinterbeine von Tg floxed LacZ-PrPQ167R Mäusen injiziert. Die Applikation von dsAAV2-Cre, mit einem physikalischen Virus-Titer von 5x1010 GP/ml, führte ausschließlich im Muskelgewebe zur Expression von enzymatisch aktiver Cre-Rekombinase und folglich zur Rekombination der transgenen DNA. Im Rücken- 107 8 ZUSAMMENFASSUNG mark oder Gehirn war keine rekombinante DNA detektierbar. Auch auf Protein-Ebene konnte die Expression von PrPQ167R weder im Muskel noch im Rückenmark oder Gehirn nachgewiesen werden. Um den Transport von dsAAV2-Cre vom Applikationsort bis in das ZNS zu gewährleisten und Cre stabil zu exprimieren, ist demnach eine weitere Optimierung des dsAAV2-Cre Vektorsystems notwendig. Prionen replizieren im lymphoretikulären System (LRS) bereits in einem frühen Stadium der Erkrankung. In der Milz ist Prionen-Infektiosität in follikulär dendritischen Zellen (FDC) sowie in B- und T-Lymphozyten lokalisiert. Ob noch andere PrP exprimierende Zellen an der Prionen-Replikation im LRS beteiligt sind, ist unklar. Um die Beteiligung von Neuronen und MN an der Akkumulation von Prionen im LRS zu untersuchen, wurden transgene, neuronal PrP defiziente Mäuse generiert. Ein Neuronen-spezifischer bzw. MN-spezifischer Knockout von PrP wurde durch Kreuzung von transgenen lox2+=�� Mäusen, welche ein „gefloxtes“ Prnp Allel Prnp auf einem Prnp0=0 Hintergrund tragen, mit NF-L-Cre oder Hb9-Cre Mäusen erreicht. Nach Prionen-Infektion von lox2+=��/NF-L-Cre und lox2+=��/Hb9-Cre Mäusen wurde die Akkumulation von PrPSc und Prionen-Infektiosität in der Milz und im Rückenmark am Tag 50 nach der Infektion analysiert. Während die Replikation von PrPSc in der Milz von Mäusen mit MN-spezifischem PrP Knockout (lox2+=��/Hb9-Cre) nicht beeinträchtigt war, war in pan-neuronal PrP defizienten Mäusen (lox2+=��/NF-L-Cre) keine Akkumulation von PrPSc nachweisbar. Zudem war die Prionen-Infektiosität in der Milz von lox2+=��/NF-L-Cre Mäusen deutlich reduziert. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Akkumulation von PrPSc und Prionen-Infektiosität in der Milz abhängig von neuronaler PrP Expression ist. KW - Prionkrankheit KW - Pathogenese KW - Maus KW - Motoneuron KW - Prion KW - pathogenesis Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45967 ER - TY - THES A1 - Hautmann, Christoph T1 - "And men whose heads do grow beneath their shoulders" - Encountering the Other in the Illustrations of Shakespeare's "The Tempest" and "Othello" in the Eighteenth and Nineteenth Centuries N2 - Adducing a number of illustrations of Shakespeare's "The Tempest" and "Othello", the purpose of this study is to analyze the transformative processes that took place in the 18th and 18th centuries in Great Britain, regarding the cultural, political and social aspects of its encounters with the other. In this context, especially the depiction of the characters Caliban and Othello are taken into consideration. N2 - Es ist Ziel dieser Arbeit, anhand von einigen ausgewählten Illustrationen von Wiliam Shakespeares "Der Sturm" und "Othello" jenen Wandel zu untersuchen, der sich in Großbritannien im 18. und 19. Jahrhundert hinsichtlich seiner kulturellen, politischen und sozialen Auseinandersetzung mit Andersartigkeit vollzog. Insbesondere die bildliche Darstellung der Figuren des Caliban und des Othello, aber auch ihr Verhältnis zu anderen Personen und Bildelementen bilden in diesem Zusammenhang den Ausgangspunkt der Analyse von solchen sozialen Mechanismen auf mikro- und makrosoziologischer Ebene innerhalb der englischen Gesellschaft des 18. und 19. Jahrhunderts, die durch die Begegnung mit dem Anderen ausgelöst wurden. Die analytische Grundlage bildet dabei der im Grunde literaturtheoretische Ansatz des cultural materialism. Unter Heranziehung neuerer Erkenntnisse der Geschichtswissenschaft jedoch wird die Gleichwertigkeit bildlicher und schriftlicher Dokumente für jede kulturwissenschaftliche Analyse betont. Im Kern dieser theoretischen Herangehensweise steht somit die Annahme, dass jedwede Form kulturellen Schaffens, etwa der darstellenden Künste, sich von historischen, politischen, ökonomischen und sozialen Aspekten, die dieses Schaffen begleiten und bestimmen, nicht nur schwerlich trennen lässt, sondern diesen kontingenten Aspekten eingeschrieben ist. Mit anderen Worten übersteigt der zugrunde gelegte Ansatz auch ein hierarchisierendes Vorgehen, das kulturelles Schaffen gewissermaßen „vor dem Hintergrund“ bestimmter sozialer, kultureller und politischer Entwicklungen betrachtet. KW - Shakespeare KW - William KW - Illustration KW - Das Andere KW - Großbritannien KW - Shakespeare-Illustration KW - Shakespeare illustration Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45383 ER - TY - THES A1 - Roos, Claudia T1 - Characterization of tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis (TWEAK)-induced signaling pathways T1 - Charakterisierung TWEAK induzierter Signalwege N2 - TWEAK ist ein typischer Vertreter der TNF Ligandenfamilie. TWEAK wird als Typ II Transmembranprotein exprimiert, kann jedoch durch proteolytische Prozessierung auch als lösliches Protein freigesetzt werden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass oligomerisiertes TWEAK in Hinblick auf die Aktivierung des klassischen NFκB Signalweges deutlich aktiver ist als lösliches, trimeres TWEAK. Jedoch sind beide TWEAK-Varianten in der Lage, die Depletion von TRAF2 und die Prozessierung von p100, beides Kennzeichen für die Aktivierung des alternativen NFκB Signalweges, zu induzieren. Ebenso wie andere lösliche TNF-Liganden, die ihren entsprechenden Rezeptor nur schwach aktivieren, erlangt lösliches TWEAK durch Oligomerisierung vergleichbare Aktivität zum membrangebundenen Liganden. TRAF2 spielt eine Schlüsselrolle in der TWEAK-vermittelten NFκB Aktivierung. Durch Depletion oder Degradation von TRAF2 fällt die Entscheidung, ob lediglich der alternative oder beide, der klassische und der alternative NFκB Signalweg aktiviert werden. Die Blockade des TWEAK-Rezeptors Fn14 inhibiert die Aktivierung der NFκB Signalwege, ungeachtet welche Form von TWEAK zur Stimulation genutzt wird. Das weist darauf hin, dass die unterschiedlichen Aktivitäten der beiden TWEAK-Varianten in der Induktion des klassischen und alternativen NFκB Signalweges nicht durch die Nutzung verschiedener Rezeptoren verursacht sind. Damit wird in dieser Arbeit anhand von TWEAK zum ersten mal gezeigt, dass ein TNF Ligand in unterschiedlichen Varianten qualitativ unterschiedliche Aktivitäten des entsprechenden TNF Rezeptors auslöst. N2 - TWEAK is a typical member oft he TNF ligand family. Therefore it is initially expressed as a type II transmembrane protein, but a soluble variant can be released by proteolytic processing. In this work it is shown that oligomerized TWEAK is more competent than soluble, trimeric TWEAK regarding the activation of classical NFκB signaling pathway. However, both TWEAK variants are able to induce depletion of TRAF2 and processing of p100, which are hallmarks for the activation of the noncanonical NFκB pathway. Like other solube TNF ligands with no or poor activity on their corresponding receptor, TWEAK gains high activity upon oligomerization resembling the activity of the transmembrane ligand. TRAF2 has a key role in TWEAK-induced NFκB signaling. Depletion or degradation of TRAF2 is crucial for activation of the noncanonial or both, the classical and the noncanonical NFκB pathway. Blocking the TWEAK receptor Fn14 inhibits the activation of NFκB signaling, irrespective of the TWEAK form used for stimulation. This indicates that the different activities of the two TWEAK variants in activation of classical and noncanonical NFκB signaling are not caused by the use of different receptors. Therefore this study on TWEAK is the first reported case where one TNF ligand in different variants induces qualitatively different activities of the corresponding TNF receptor. KW - Tumor-Nekrose-Faktor KW - Signaltransduktion KW - Fn14 KW - NFkappaB KW - p100 KW - TRAF2 KW - TWEAK KW - Fn14 KW - NFkappaB KW - p100 KW - TRAF2 KW - TWEAK Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45295 ER - TY - THES A1 - Ferschke, Oliver T1 - Semantic Relations in WordNet and the BNC N2 - From the introduction: It is not always easy to define what a word means. We can choose between a variety of possibilities, from simply pointing at the correct object as we say its name to lengthy definitions in encyclopaedias, which can sometimes fill multiple pages. Although the former approach is pretty straightforward and is also very important for first language acquisition, it is obviously not a practical solution for defining the semantics of the whole lexicon. The latter approach is more widely accepted in this context, but it turns out that defining dictionary and encyclopaedia entries is not an easy task. In order to simplify the challenge of defining the meaning of words, it is of great advantage to organize the lexicon in a way that the structure in which the words are integrated gives us information about the meaning of the words by showing their relation to other words. These semantic relations are the focal point of this paper. In the first chapter, different ways to describe meaning will be discussed. It will become obvious why semantic relations are a very good instrument to organizing the lexicon. The second chapter deals with WordNet, an electronic lexical database which follows precisely this approach. We will examine the semantic relations which are used in WordNet and we will study the distinct characteristics of each of them. Furthermore, we will see which contribution is made by which relation to the organization of the lexicon. Finally, we will look at the downside of the fact that WordNet is a manually engineered network by examining the shortcomings of WordNet. In the third chapter, an alternative approach to linguistics is introduced. We will discuss the principles of corpus linguistics and, using the example of the British National Corpus, we will consider possibilities to extract semantic relations from language corpora which could help to overcome the deficiencies of the knowledge based approach. In the fourth chapter, I will describe a project the goal of which is to extend WordNet by findings from cognitive linguistics. Therefore, I will discuss the development process of a piece of software that has been programmed in the course of this thesis. Furthermore, the results from a small‐scale study using this software will be analysed and evaluated in order to check for the success of the project. N2 - Der Verfasser beschäftigt sich in seiner Magisterarbeit auf sehr detaillierte Weise mit semantischen Relationen von Wörtern. In einer Projektstudie versucht Herr Ferschke, auf der Basis eines bestehenden semantischen Netzes bestimmte kognitiv-relevante Objekte halb-automatisch herauszufiltern. Untermauert wird sein Projekt durch. eine Befragung Studierender zur konzeptuellen Einordnung dieser Objekte. Im ersten Kapitel legt Oliver Ferschke auf sehr fundierter linguistischer Basis verschiedene Möglichkeiten zur Beschreibung von Bedeutung dar. Er unterscheidet unterschiedliche Sichtweisen, was "Bedeutung" ausmacht und stellt diese klar gegenüber. Das zweite Kapitel widmet sich dem semantischen Netzwerk WordNet, welches sogenannte synsets für das Englische beschreibt. Aufbauend auf den in WordNet dargestellten semantischen Relationen stellt der Verfasser an ausgewählten Beispielen dar, wie englische Wörter in dieses Netzwerk eingebunden sind. Er bezieht sich dabei auf semantische Beziehungen wie Hyponymie, Meronymie, Gegenteile, Polysemie und belegt diese mit Beispielen. Darüber hinaus geht er auf einige Desiderata in WordNet ein. Das British National Corpus (BNC) wird im dritten Teil dieser Magisterarbeit eingehend vorgestellt. Für die Projektstudie werden aus diesem Korpus Informationen zur Häufigkeit herangezogen, um spätere Kategorisierungen auf eine möglichst quantitativ-valide Basis zu stellen. Herr Ferschke zeigt die wichtigsten Unterschiede zwischen korpuslinguistischen Herangehensweisen auf der einen Seite sowie strukturalistischen Untersuchungen und solchen, die der generativen Schule angehören, auf der anderen Seite auf. Er schließt seine Betrachtungen zu einer syntaktisch orientierten Angehensweise auf der Basis von patterns ab, die durch häufige syntaktische Muster auf bestimmte semantische Relationen schließen lassen (können). Der Verfasser stellt exemplarisch dar, wie diese patterns in einen CQLquery integriert werden können. Ebenso zeigt Herr Ferschke anhand von möglichen Konstituenten der Nominal- bzw. Präpositionalphrase, wie diese durch automatische Prozeduren im BNC identifiziert werden können. Das vierte Kapitel der vorliegenden Magisterarbeit widmet sich der Projektstudie. Es geht darum, dass Erkenntnisse der Prototypentheorie auf die Struktur von WordNet angewendet werden sollen. Mit Hilfe selbst entwickelter Software wird der Versuch unternommen, bestimmte kognitiv-relevante Ebenen der semantischen Beschreibungen zu identifizieren. Herr Ferschke verfolgt das Ziel, basic level objects innerhalb der Hierarchien von WordNet durch semi-automatische Prozeduren herauszufiltern. Seine Studie besteht aus zwei Teilen: In einem ersten voll automatischen Teil werden Wörter, die bestimmte semantische und quantitative Kriterien erfüllen, durch automatische Prozeduren identifiziert. Diese basic level objects werden im zweiten Teil des Projekts von Probanden in Bezug auf ihre Eigenschaften bewertet. Der Verfasser hat drei unterschiedliche semantische Bereiche ausgewählt, zu denen basic level objects bestimmt werden sollen: athletics, furniture, vehicle. In seinen Auswertungen stellt Herr Ferschke dar, welche potentiellen basic level objects von den Teilnehmern der Studie als solche ausgewählt wurden. Dabei werden sowohl Probleme angesprochen, die den Aufbau von WordNet betreffen und dadurch einen wesentlichen Einfluss auf die Auswahl der Wörter als basic level objects haben können. Ein zweites Problem, welches Herr Ferschke, diskutiert, ist die Sprachkompetenz der Probanden. Ein weiteres - vom Verfasser nicht genanntes Problem - besteht darin, inwiefern eine vorgegebene Wortdefinition die Bewertung der Studienteilnehmer beeinflusst hat. Ein nicht unwesentlicher Teil der Magisterarbeit besteht in der Konzeption und Umsetzung der Software für die Projektstudie. Dafür sind nicht nur detaillierte Kenntnisse aus dem Bereich der Informatik notwendig, sondern auch ein fundiertes Wissen im Bereich der Linguistik. Durch den Aufbau des Projekts macht Herr Ferschke sehr eindringlich klar, dass er beide Gebiete sehr gut beherrscht. Die vorliegende Arbeit ist aus linguistischer Sicht absolut fundiert und hervorragend dargestellt. Sie umfasst ein breites Spektrum linguistischer Theorien und Erklärungsmodelle und stellt die für dieses Thema wichtigen Aspekte umfassend dar. Die computerlinguistische Komponente ist ebenfalls als sehr gut zu beurteilen, zumal eine Verknüpfung zwischen der Prototypentheorie auf der einen Seite und WordNet auf der anderen Seite nicht ganz einfach ist. Das Problem liegt in erster Linie darin, die gegebene Struktur von WordNet für Aspekte der Prototypentheorie nutzbar zu machen. Dies ist Oliver Ferschke ohne Zweifel gelungen. Die vorliegende Magisterarbeit verdient die Note 'sehr gut' (1,0). KW - WordNet KW - Kognitive Linguistik KW - Kognitive Semantik KW - Linguistik KW - Angewandte Linguistik KW - Java 2 Enterprise Edition KW - Synonymie KW - Hyperonymie KW - Antonym KW - Korpus KW - Semantische Relation KW - Polysemie KW - Taxonomie KW - Logik des Entailment KW - Lin Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46188 ER - TY - THES A1 - Levchenko, Victor T1 - Studies of CA 2+ -signaling and CL-conductance changes in response to abscisic acid, voltage changes and cold, in the plasma membrane of guard cells N2 - Land plants must control the transpiration water stream and balance it with carbon dioxide uptake for optimal photosynthesis. A highly specialized type of plant cell called guard cells have evolutionary appeared which are suited for this complicated purpose. Guard cells are located by pairs on aerated plant surface and form stomata – structural units, which represent highly regulated “watergate” (Roelfsema and Hedrich, 2005). Guard cells sense many environmental and internal plant-derived stimuli and by changing degree of their swelling tightly regulate diffusion of water vapor and other gases. Cell processes taking place in stomata during their movements had been a subject of intensive investigation for more than three decades (Schroeder et al., 2001; Assmann and Shimazaki, 1999). With use of electrophysiological technique the basic processes underlying stomatal movements were described (Thiel et al., 1992; Dietrich et. al., 2001; Roelfsema and Hedrich, 2005). Another set of questions arised between plant biologists is how the signals affecting stomatal aperture are transduced in guard cells starting from perception by receptor structures and ending on the osmodynamic motor components. Introduction of fluorescent microspectroscopy technique allowed to characterize some Ca2+ and H+-based signaling events, taking place in the cytoplasm during stomata function. Most of the processes, taking place in stomata were characterized in guard cell preparations, such as strips of isolated leaf epidermis or guard cell protoplasts, - cells with enzymaticaly digested cell walls. Some experimental observations although point that reactions of guard cells located in their natural environment, leaves of intact plants can differ from those could be registered in preparations. These deviations might be explained by the modulation of guard cell function by apoplastic factors originating from surrounding tissues like mesophyll or leaf epidermis (Roelfsema and Hedrich, 2002). On the other hand registration of physiological responses in prepared tissues may also contain possible artifacts, related to the preparation procedures. The aim of the experimental work presented here was to investigate the cell signaling events, taking place in guard cells upon plant stress hormone abscisic acid (ABA) and some other stimuli action. Abscisic acid is a compound that synthesized in plant roots upon drought and closes stomata in the leaf to prevent the plant organism from excessive water loss. Previous studies on guard cell of isolated epidermis and guard cell protoplasts showed, that ABA induces stomatal closure via activation of plasma membrane anion channels (Grabov et al., 1997; Pei et al, 1997). Anion channels are known to be activated by elevated 2 concentrations of cytoplasmic Ca2+ [Ca2+]cyt (Schroeder and Hagiwara, 1989; Hedrich et al., 1990). Application of Ca2+-sensitive fluorescent probes revealed [Ca2+]cyt increases in guard cells upon ABA action (McAinsh et al., 1990). This observation led to suggestion that [Ca2+]cyt directly participate in the transduction of ABA signal in guard cells. Although no direct evidences for co-occurrence of [Ca2+]cyt rises and following activation of anion channels upon ABA action was not presented until yet. Results of experimental work performed on intact Vicia faba, Commelina communis and Nicotiana plumbagnifolia plants showed that guard cells of intact plant leaves respond with transient activation of plasma membrane anion channels upon perception of ABA. Kinetics of the response is highly reproducible and seemed to be conserved between species. Although despite clear generation of anion current transients, no [Ca2+]cyt increases could be recorded with using fluorescent probe Fura-2 microinjected into the cytoplasm. Together with results of later study on intact Nicotiana tabacum guard cells, reported obligatory [Ca2+]cyt increases which were desynchronized with anion current transients (Marten et al., 2007b) this, may indicate that [Ca2+]cyt increases are not necessary component of ABA signal transduction pathway. Together with absence of the effect of cytoplasm-delivered Ca2+- mobilizing agents IP3, IP6 and NAADP on anion currents these data may suppose that role of [Ca2+]cyt in ABA signaling must be reassessed. Further interest represented characterization of [Ca2+]cyt signaling and homeostasis in intact guard cells comparing with those in prepared cells. Experiments revealed strong deviations in [Ca2+]cyt behavior between different measuring systems. While guard cells of intact plants were able to strictly maintain [Ca2+]cyt level upon experimental shifting of [Ca2+]cyt level in either direction of elevation or decrease, cells of isolated epidermis showed complete absence of such ability. Guard cell protoplasts showed even weaker [Ca2+]cyt regulation ability and were capable of low physiological [Ca2+]cyt levels maintaining only at depolarized membrane potentials. Apart to these differences, prepared guard cells showed also for-time less activation of anion currents by experimentally imposed [Ca2+]cyt increases. These data strongly suggest that registered in guard cell preparations [Ca2+]cyt signals may contain significant part of artifacts and must be carefully used for the building of models of guard cells signaling. Further experimental investigations are strongly required for understanding guard cell functioning, especially with relation of vacuoles participation. The experimental work was done by the author in the period from october 2001 until november 2004 under supervision of Professor Dr. Rainer Hedrich in laboratory of molecular plant physiology and biophysics at Julius-Maximillians University of Würzburg, Würz3 burg, Federal Republic of Germany. Scientific coordinator of the Ph. D. project is Dr. Max Robert Gustaaf Roelfsema, University of Würzburg. Most of experimental results, presented here (chapter III) are also published elsewhere (Roelfsema et al., 2004; Langer et al., 2004; Levchenko et al., 2005, 2008). Chapter I intend to shortly introduce the reader into the field of guard cell research and point out the current level of understanding regarding this branch of plant research. Special attention is given to description of guard cell ion channels, their function and regulation, including the mechanisms of Ca2+-, H+- and phosphorylation-based signaling. This section is preceded by a short history of guard cell research and explains the actuality of presented work. In chapter II experimental techniques, methods and data processing approaches, used in the presented work are described. Technique used for electrophysiological registrations on intact plant leaves were used before and described in more details by Roelfsema et al. (2001). Fluorescent microspectroscopy technique was for the first time applied to intact plant leaves in this work and described in more details including calibration of Fura-2 based measurements. Chapter III presents the major results of the experimental work. In chapter IV the experimental results are discussed and put into context with current knowledge of guard cell function knowledge. Finally, remarks on perspectives of guard cell signaling research are drawn. N2 - Landpflanzen sind in der Lage ihren Transpirationsfluss durch das Xylem zu regulieren und so den Wasserverlust mit dem Kohlendioxidbedarf der Photosynthese abzugleichen. Zu diesem Zweck haben sich im Laufe der Evolution Schließzellen entwickelt, welche in der Lage sind, diese komplizierte Aufgabe zu erfüllen. Schließzellen befinden sich auf Oberflächen oberirdischer Pflanzenorgane, wo sie als Paar eine Pore, dem sogenannten Stoma bilden. Schließzellen sind in der Lage mehrere Signale aus der Umwelt und von benachbarten Pflanzen wahrzunehmen. Anhand dieser Signale wird die Porenöffnung durch Änderungen des Schwellungsgrads der beiden Schließzellen genau reguliert. Die intrazellulären Prozesse die während der Stomabewegungen in den Schließzellen stattfinden sind bereits seit Jahrhunderten ein intensiv bearbeitetes Forschungsgebiet. Mit Hilfe elektrophysiologischer Techniken konnten bereits einige für die Stomabewegung grundlegende Prozesse beschrieben worden. Trotzdem sind immer noch viele Fragen offen. Dazu zählen vor allem die Mechanismen, die zur Wahrnehmung verschiedener Signale der Regulierung des osmotischen Motors in Schließzellen führt. Die meisten Studien zur Signalweiterleitung wurden mit isolierten Schließzellpräparationen durchgeführt, wie z.B. Epidermisstreifen oder Schließzellprotoplasten. Obwohl einige Schließzell-spezifische Eigenschaften in diesen Präparationen erhalten bleiben, deuteten kürzlich experimentelle Ergebnisse auf Unterschiede zwischen Antworten isolierter Schließzellen und denen intakter Pflanzen hin. Diese Unterschiede könnten durch die von Mesophyll- oder Epidermiszellen freigesetzte apoplastische Faktoren bedingt sein. Das Ziel der experimentellen Arbeiten dieser Dissertation war die Charakterisierung des Schließzellsignalweges ausgehend vom pflanzlichen Stresshormon Abscisinsäure (ABA). ABA wird in der Wurzel bei Trockenstress synthetisiert und bewirkt den Stomaschluss, um übermäßigen Wasserverlust zu unterbinden. Bisherige Studien mit isolierten Schließzellen ergaben, dass ABA die Aktivität der Plasmamembran-ständigen Anionenkanäle erhöht. In diesem Zusammenhang wurde postuliert, dass eine Aktivierung des ABAabhängigen Anionenkanals durch eine Erhöhung der zytosolischen Ca2+ Konzentration ([Ca2+]zyt) ausgelöst wird. Anionkanäle werden durch Ca2+ stimuliert und ABA bewirkt eine Erhöhung der [Ca2+]zyt. Die Resultate dieser Arbeit mit Vicia faba, Commelina communis und Nicotiana plumbagnifolia haben gezeigt, dass Schließzellen in intakten Blättern mit einer transienten Aktivierung der Plasmamembran-ständigen Anionenkanäle auf ABA reagieren. Die sehr typische 5 Aktivierungskinetik dieser ABA-Antwort scheint evolutionär gut konserviert zu sein. Obwohl ABA große Anionenströme in Vicia faba Schließzellen auslösen konnte, wurden keine Änderungen der [Ca2+]zyt mit dem Ca2+-Fluoreszenzindikator Fura-2 aufgezeichnet. Diese Resultate zeigen, dass zumindest in Vicia faba Schließzellen, eine Erhöhung der [Ca2+]zyt keine essentielle Komponente des ABA-Signalweges ist. Dieses Ergebnis zeigt, dass vor allem die Rolle der [Ca2+]zyt im ABA-Signalwege neu bewertet werden muss. Vor allem mit dem Unfähigkeit in Kombination mit den drei tierischen Ca2+-mobilisierenden Signalstoffen, IP3, IP6 and NAADP, die Anionenkanalaktivität zu beeinflussen. In einem weiteren Experiment, wurden Ca2+-abhängige Signalmechanismen und die Ca2+–Homöostase in Schließzellen zwischen isolierten Zellen mit denen in intakten Pflanzen verglichen. Schließzellen in intakten Pflanzen waren in der Lage, die [Ca2+]zyt unabhängig von Änderungen des Plasmamembranpotentials auf ein konstantes Niveau zu halten, während Schließzellen in isolierten Epidermisstreifen diese Fähigkeit verloren hatten. In Präparationen mit Epidermisstreifen löste eine Hyperpolarisierung des Membranpotentials einen dauerhaften Anstieg der [Ca2+]zyt aus. In Schließzellprotoplasten war das Vermögen, die [Ca2+]zyt zu regulieren, noch stärker eingeschränkt. Diese Zellen konnten nur bei depolarisierenden Membranpotentialen eine stabile [Ca2+]zyt halten. Darüber hinaus war auch das Vermögen von ABA, die Anionenkanalaktivität zu erhöhen bei Schließzellen in Epidermisstreifen stark begrenzt. Die in dieser Dissertation präsentierten Ergebnisse legen nahe, dass die bisher gemessenen [Ca2+]zyt-Signale an isolierten Schließzellen mit Fehlern behaftet sind. Die Isolierungsprozedur beeinflusst die Eigenschaften der Schließzellen und Daten aus solchen Präparationen sollten deswegen sorgfältiger bei der Entwicklung von Modellen zu Schließzellsignalwegen betrachtet werden. Einer Neubewertung der Rolle des [Ca2+]cyt wird voraussichtlich auf die Beteiligung neuartiger Komponenten des ABA Signalwegs hinweisen. Eine dieser Komponenten könnte die Vakuole der Schließzellen sein. „Tracer-Flux“ Experimente mit radioaktiven Isotopen und Patch-Clamp Studien an isolierten Vakuolen deuteten bereits auf eine wichtige Rolle der Vakuole bei der Regulierung der Schließzellbewegungen hin. Zukünftige Studien an intakten Schließzellen sind notwendig um diese Funktion in weiteren Details aufzuklären KW - Schließzelle KW - Abscisinsäure KW - Cytoplasma KW - Abscisic Acid KW - Guard Cell KW - Cytoplasmic Ca"+ KW - Vicia Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45309 ER - TY - THES A1 - Nekhoroshkova, Elena T1 - A-RAF kinase functions in ARF6 regulated endocytic membrane traffic T1 - Die Rolle der A-RAF-Kinase in ARF6 reguliertem endocytotischem Membrantransport N2 - Extracellular signals are translated and amplified via cascades of serially switched protein kinases, MAP kinases (MAPKs). One of the MAP pathways, the classical RAS/RAF/MEK/ERK pathway, transduces signals from receptor tyrosine kinases and plays a central role in regulation of cell proliferation. RAF kinases (A-, B- and C-RAF) function atop of this cascade and convert signals emanating from conformational change of RAS GTPases into their kinase activity, which in turn phosphorylates their immediate substrate, MEK. Disregulated kinase activity of RAF can result in tumor formation, as documented for many types of cancer, predominantly melanomas and thyroid carcinomas (B-RAF). A-RAF is the least characterized RAF, possibly due to its low intrinsic kinase activity and comparatively mild phenotype of A-RAF knockout mice. Nevertheless, the unique phenotype of araf -/- mice, showed predominantly neurological abnormalities such as cerebellum disorders, suggesting that A-RAF participates in a specific process not complemented by activities of B- and CRAF. Here we describe the role of A-RAF in membrane trafficking and identify its function in a specific step of endocytosis. This work led to the discovery of a C-terminally truncated version of A-RAF, AR149 that strongly interfered with cell growth and polarization in yeast and with endocytosis and actin polymerization in mammalian cells. As this work was in progress two splicing isoforms of ARAF, termed DA-RAF1 and DA-RAF2 were described that act as natural inhibitors of RAS-ERK signaling during myogenic differentiation (Yokoyama et al., 2007). DA-RAF2 contains the first 153 aa of A-RAF and thus is nearly identical with AR149. AR149 localized specifically to the recycling endosomal compartments as confirmed by colocalization and coimmunoprecipitation with ARF6. Expression of AR149 interferes with recycling of endocytosed transferrin (Tfn) and with actin polymerization. The endocytic compartment, where internalized Tfn is trapped, was identified as ARF6- and RAB11- positive endocytic vesicles. We conclude that the inhibition of Tfn trafficking in the absence of A-RAF or under overexpression of AR149 occurs between tubular- and TGNassociated recycling endosomal compartments. siRNA-mediated depletion of endogenous A-RAF or inhibition of MEK by U0126 mimic the AR149 overexpression phenotype, supporting a role of ARAF regulated ERK signalling at endosomes that is controlled by AR149 and targets ARF6. Our data additionally suggest EFA6 as a partner of A-RAF during activation of ARF6. The novel findings on the A-RAF localization and the interaction with ARF6 have led to a new model of ARAF function were A-RAF via activation of ARF6 controls the recycling of endocytic vesicles.Endocytosis and rapid recycling of synaptic vesicles is critically important for the physiological function of neurons. The finding, that A-RAF regulates endocytic recycling open a new perspective for investigation of the role of A-RAF in the nervous system. N2 - Extrazelluläre Signale werden über eine Serie von nacheinander geschalteten Proteinkinasen, den MAP-Kinasen (MAPK) weitergeleitet und multipliziert. Einer der MAPK-Signalwege, der RAS/RAF/MEK/ERK-Signaltransduktionsweg, leitet Signale von Tyrosinkinaserezeptoren weiter und spielt eine zentralle Role in der Regulation der Zellproliferation. RAF Kinasen (A-, B-, und CRAF) stehen am Anfang der Kaskade. Sie wandeln die signalbedingte strukturellen Änderungen der RAS-GTPase in ihre Kinaseaktivität um und phosphorylieren ihr direktes Substrat, MEK. Eine Störung in der Regulation der Kinaseaktivität des RAF-Proteins kann zur Tumorbildung führen, wie es bei vielen Krebsarten, vor allem Melanom und Schilddrüsenkarzinom (B-RAF), dokumentiert ist. A-RAF ist die bislang am wenigsten charakterisierte RAF-Kinase, möglicherweise aufgrund sihrer nidrigen intrinsischen Kinaseaktivität. Weiterhin weist die A-RAF defficiente Maus einen relativ milden hauptsächlich neuronalen Phänotyp auf, der sich unter anderem auch in einer Fehlfunktion des Cerebellums manifestiert. Dieser einzigartige Phänotyp weist darauf hin, dass eine Reihe zellulärer Prozesse spezifisch durch A-RAF und nicht durch aktiveren B- und C-RAF vermittellt wird. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die Rolle des A-RAF-Proteins im intrazellulären Membrantransport analysiert und eine spezifische A-RAF Funktion by endozytotischen Prozessen identifiziert. Diese Arbeit führte zur Entdeckung einer C-terminal verkürtzten Form von A-RAF, AR149, welche das Wachstum und die Polarisation von Hefezellen beeinträchtigt. In Säugetierzellen wirkt AR149 störend auf die Endozytose und die Aktinpolymerisation. Während des Entstehungsprozesses dieser Studie, wurden parallel zwei Spleißisoformen des A-RAF-Proteins, DARAF1 und 2, publiziert, die als natürliche Inhibitoren des RAS-RAF-MEK-ERK-Signalwegs in der myogenen Differenzierung agieren (Yokoyama et al., 2007). DA-RAF2 beinhaltet die ersten 153 Aminosäuren des A-RAF Proteines und ist damit fast identisch mit AR149. Eigene Kolokalisierungund Koimmunopräzipitationsexperimente mit ARF6 weisen darauf hin, dass AR149 spezifisch in ARF6-positiven Recycling-Endosomen lokalisiert ist. Expression des AR149 Proteins bechindert das Recycling von endozytiertem Transferrin und die Aktin Polimerisation. Die endosomalen Kompartimente in denen internalisiertes Transferrin gefangen vor liegt, konntenals ARF6- und RAB11-positive endozytotische Vesikeln characterisiert werden. Diese Ergebnisse lassen auf eine durch A-RAF Überexpression bzw. durch die Abwesenheit an A-RAF vermittelte Blokade des intrazellulären Transferrintransportes zwischen den tubulären- und Trans-Golgi-Netzwerk-assoziirten endosomalen Recycling-Kompartimenten schließen. Inhibierung der endogenen A-RAF-Expression durch siRNA oder Hemmung der MEK-Aktivität durch U0126 haben den selben Effekt wie AR149. Auf der Basis dieser Ergebnisse wird ein neues Modell für die Rolle der A-RAF regulierten ERK Signallwirkung auf Endosomen vorgestellt, bei dem das Zielprotein die ARF6 GTPase durch 3 AR149/DA-RAF2 negativ reguliert wird. Daruber hinaus deuten unsere Daten darauf hin, dass EFA6, ein GEF-Faktor von ARF6, als Kooperationspartner von A-RAF bei der ARF6-Aktivierung fungiert. Endocytose und das schnelle Recycling von synaptischen Vesikeln ist von besonderer Bedeutung für die Funktion von Neuronen. Aus dem Befund, dass A-RAF ein Regulator des endocytotischen Recyclings ist ergibt sich dacher eine neue Perspektieve für die Untersuchung der A-RAF Funktion im Nervensystem. KW - Raf-Kinasen KW - Endocytose KW - Onkologie KW - Signaltransduktion KW - Carcinogenese KW - ARF6 GTPase KW - Recycling- Endosomen KW - ERK KW - A-RAF KW - Signal-Übertragung KW - A-RAF KW - signal transduction KW - mitogen cascade KW - membrane trafficking KW - endocytic recycling Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-44566 ER - TY - JOUR A1 - Rostás, Michael A1 - Blassmann, Katrin T1 - Insects had it first: surfactants as a defence against predators N2 - Insects have evolved an astonishing array of defences to ward off enemies. Well-known and widespread is the regurgitation of oral secretions (OS), fluids that repel attacking predators. In herbivores, the effectiveness of OS has been ascribed so far to the presence of deterrent secondary metabolites sequestered from the host plant. This notion implies, however, that generalists experience less protection on plants with low amounts of secondary metabolites or with compounds ineffective against potential enemies. Resolving the dilemma, we describe a novel defence mechanism that is independent of deterrents as it relies on the OS’ intrinsic detergent properties. The OS of Spodoptera exigua (and other species) was found to be highly amphiphilic and well capable of wetting the hydrophobic cuticle of predatory ants. As a result, affected ants stopped attacking and engaged in extensive cleansing. The presence of surfactants was sufficient to explain the defensive character of herbivore OS. We hypothesize that detergency is a common but unrecognised mode of defence which provides a base level of protection that may or may not be further enhanced by plant-derived deterrents. Our study also proves that insects ‘invented’ the use of defensive surfactants long before modern agriculture had started applying them as insecticides. KW - Pflanzenfressende Insekten KW - Grenzflächenaktiver Stoff KW - Ameisen KW - Zuckerrübeneule KW - Abwehr KW - Oralsekret KW - anti-predator defence KW - caterpillars KW - regurgitation KW - secondary metabolites KW - biosurfactants Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35031 ER - TY - THES A1 - von Heusinger, Anna T1 - Numerical Methods for the Solution of the Generalized Nash Equilibrium Problem T1 - Numerische Verfahren zur Lösung des verallgemeinerten Nash-Gleichgewichtsproblem N2 - In the generalized Nash equilibrium problem not only the cost function of a player depends on the rival players' decisions, but also his constraints. This thesis presents different iterative methods for the numerical computation of a generalized Nash equilibrium, some of them globally, others locally superlinearly convergent. These methods are based on either reformulations of the generalized Nash equilibrium problem as an optimization problem, or on a fixed point formulation. The key tool for these reformulations is the Nikaido-Isoda function. Numerical results for various problem from the literature are given. N2 - Das verallgemeinerte Nash-Gleichgewichtsproblem ist ein Lösungskonzept für Spiele, in denen neben der Kostenfunktion eines Spielers auch dessen Strategiemenge von den Entscheidungen der anderen Spieler abhängt. In dieser Arbeit werden global konvergente und lokal superlinear konvergente Verfahren zur numerischen Berechnung eines verallgemeinerten Nash-Gleichgewichts vorgestellt. Die Verfahren basieren entweder auf einer Umformulierung des verallgemeinerten Nash-Gleichgewichtsproblems als Optimierungsproblem oder als Fixpunktproblem. Für diese Umformulierungen wird die Nikaido-Isoda Funktion verwendet. Es werden numerische Ergebenisse für einige Probleme aus der Literatur widergegeben. KW - Spieltheorie KW - Nash-Gleichgewicht KW - Nichtlineare Optimierung KW - Newton-Verfahren KW - Abstiegsverfahren KW - Nikaido-Isoda Funktion KW - Nash Equilibrium Problem KW - Newton Methods KW - Nikaido-Isoda function Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47662 ER - TY - THES A1 - Kelber, Christina T1 - The olfactory system of leafcutting ants: neuroanatomy and the correlation to social organization T1 - Das olfaktorische System der Blattschneiderameisen: Neuroanatomie und Korrelation zur sozialen Organisation N2 - In leaf-cutting ants (genera Atta and Acromyrmex), the worker caste exhibits a pronounced size-polymorphism, and division of labor is largely dependent on worker size (alloethism). Behavioral studies have shown a rich diversity of olfactory-guided behaviors, and the olfactory system seems to be highly developed and very sensitive. To allow fine-tuned behavioral responses to different tasks, adaptations within the olfactory system of different sized workers are expected. In a recent study, two different phenotypes of the antennal lobe of Atta vollenweideri workers were found: MG- and RG-phenotype (with and without a macroglomerulus, MG). The existence of the macroglomerulus is correlated to the body size of workers, with small workers showing the RG-phenotype and large workers showing the MG-phenotype. In the MG, the information about the releaser component of the trail-pheromone is processed. In the first part of my PhD-project, I focus on quantifying behavioral differences between different sized workers in Atta vollenweideri. The study analyzes the trail following behavior; which can be generally performed by all workers. An artificial trail consisting of the releaser component of the trail-pheromone in decreasing concentration was used to test the trail-following performance of individual workers. The trail-following performance of the polymorphic workers is depended of the existence of the MG in the antennal lobe. Workers possessing the MG-phenotype were significantly better in following a decreasing trail then workers showing the RG-phenotype. In the second part I address the question if there are more structural differences, besides the MG, in the olfactory system of different sized workers. Therefore I analyze whether the glomerular numbers are related to worker size. The antennal lobes of small workers contain ~390 glomeruli (low-number; LN-phenotype), and in large workers I found a substantially higher number of ~440 glomeruli (high-number; HN-phenotype). All LN-phenotype workers and some of the small HN-phenotype workers do not possess an MG (LN-RG-phenotype and HN-RG-phenotype) at all, whereas the remaining majority of HN-phenotype workers do possess an MG (HN-MG-phenotype). Mass-stainings of antennal olfactory receptor neurons revealed that the sensory tracts divide the antennal lobe into six clusters of glomeruli (T1-T6). In the T4-cluster ~50 glomeruli are missing in the LN-phenotype workers. Selective staining of single sensilla and their associated receptor neurons showed that T4-glomeruli are innervated by receptor neurons from the main type of olfactory sensilla, the Sensilla trichodea curvata which are also projecting to glomeruli in all other clusters. The other type of olfactory sensilla, the Sensilla basiconica, exclusively innervates T6-glomeruli. Quantitative analyses revealed a correlation between the number of Sensilla basiconica and the volume of T6 glomeruli in different sized workers. The results of both behavioral and neuroanatomical studies in Atta vollenweideri suggest that developmental plasticity of antennal-lobe phenotypes promotes differences in olfactory-guided behavior which may underlie task specialization within ant colonies. The last part of my project focuses on the evolutionary origin of the macroglomerulus and the number of glomeruli in the antennal lobe. I compared the number, volumes and position of the glomeruli of the antennal lobe of 25 different species from all three major Attini groups (lower, higher and leaf-cutting Attini). The antennal lobes of all investigated Attini comprise a high number of glomeruli (257-630). The highest number was found in Apterostigma cf. mayri. This species is at a basal position within the Attini phylogeny, and a high number of glomeruli might have been advantageous in the evolution of the advanced olfactory systems of this Taxa. The macroglomerulus can be found in all investigated leaf-cutting Attini, but in none of the lower and higher Attini species. It is found only in large workers, and is located close to the entrance of the antennal nerve in all investigated species. The results indicate that the presence of a macroglomerulus in large workers of leaf-cutting Attini is a derived overexpression of a trait in the polymorphic leaf-cutting species. It presumably represents an olfactory adaptation to elaborate foraging and mass recruitment systems, and adds to the complexity of division of labor and social organization known for this group. N2 - Die Arbeiterinnenkaste der Blattschneideameisen zeigt einen ausgeprägten Größenpolymorphismus. Man findet hier einen Alloethismus; unterschiedlich große Arbeiterinnen führen verschiedene Arbeiten im Stock durch. Verschiedene Verhaltensversuche haben gezeigt, dass viele Verhaltensweisen der Arbeiterinnen olfaktorisch gesteuert werden und dass das olfaktorische System hoch entwickelt und sehr sensitiv ist. Es ist wahrscheinlich, dass sich im olfaktorischen System verschieden großer Arbeiterinnen Anpassungen finden lassen, die gut abgestimmte Verhaltensantworten auf die verschiedenen Aufgaben der Tiere ermöglichen. Und tatsächlich zeigt eine aktuelle Studie, dass zwei verschiedene Phänotypen des Antennallobus der Arbeiterin bei Atta vollenweideri existieren, der MG- und der RG-Phänotyp (mit oder ohne Makroglomerulus, MG). Die Existenz des Makroglomerulus kann mit der Körpergröße der Tiere korreliert werden: bei kleinen Arbeiterinnen findet man den RG-Phänotyp, bei großen den MG-Phänotyp. Im Makroglomerulus wird die olfaktorische Information über den verhaltensauslösenden Bestandteil des Spurpheromons verarbeitet. Im ersten Tel meiner Doktorarbeit versuche ich, Verhaltensunterschiede verschieden großer Atta vollenweideri Arbeiterinnen zu quantifizieren. Dazu konzentriere ich mich auf das Spurfolgeverhalten, dass bei Arbeiterinnen jeder Größe beobachtet werden kann. Um die Spurfolgeleistung einzelner Arbeiterinnen zu testen, wurde eine künstlich gelegte Spur mit abnehmender Konzentration des verhaltensauslösenden Bestandteils des Spurpheromons verwendet. Die Spurfolgeleistung der Arbeiterinnen hängt von der Existenz des Makroglomerulus im Antennallobus ab. Im zweiten Teil meiner Doktorarbeit untersuche ich die Neuroanatomie des olfaktorischen Systems bei verschieden großen Atta vollenweideri Arbeiterinnen auf eventuelle weitere anatomische Unterschiede neben dem Makroglomerulus – im Besonderen ob die Anzahl an Glomeruli bei verschieden großen Tieren unterschiedlich ist. Die Antennalloben kleiner Arbeiterinnen beinhalten cirka 390 Glomeruli (geringe Anzahl, LN-Phänotyp), die Antennalloben großer Arbeiterinnen dagegen cirka 440 Glomeruli (hohe Anzahl, HN-Phänotyp). Alle Arbeiterinnen mit dem LN-Phänotyp und einige mit dem HN-Phänotyp besitzen keinen Makroglomerulus (LN-RG-Phänotyp und HN-RG-Phänotyp). Die meisten Tiere mit HN-Phänotyp besitzen jedoch einen Makroglomerulus (HN-MG-Phänotyp). Massenfärbungen der olfaktorischen Rezeptorneuron-Axone zeigen, dass der Antennennerv sich in sechs Trakte teilt und so die Glomeruli in sechs verschiedene Glomerulicluster unterteilt werden können (T1-T6). Bei den Arbeiterinnen mit LN-Phänotyp fehlen cirka 50 Glomeruli im T4-Cluster. Einzelsensillenfärbungen zeigen, dass die Rezeptorneuronen der olfaktorischen Sensilla trichodea curvata alle sechs Cluster, also auch das T4-Cluster innervieren. Ein weiterer Sensillentyp, die Sensilla basiconica, innerviert ausschließlich Glomeruli im T6-Cluster. Quantitative Analysen ergeben eine Korrelation zwischen der Anzahl der Sensilla basiconica auf der Arbeiterinnenantenne und des durchschnittlichen Volumens der T6-Glomeruli bei verschieden großen Tieren. Die Ergebnisse der Verhaltensversuche und der neuroanatomischen Studien könnten darauf hinweisen, dass Unterschiede im Verhalten auf olfaktorische Reize möglicherweise durch die Entwicklungsplastizität der Antenallobus-Phänotypen ausgelöst werden. Dies könnte innerhalb der Kolonie die Grundlage der Spezialisierung von Arbeiterinnen auf bestimmte Arbeiten sein. Den letzten Teil meiner Doktorarbeit nimmt eine Untersuchung über den evolutionären Ursprung des Makroglomerulus und der Anzahl der Glomeruli im Antennallobus ein. Dazu verglich ich in den Antennalloben 25 verschiedener Arten aus den drei Attini-Gruppen (basale, höhere und blattschneidende Attini) die Anzahl, das Volumen und die Position der Glomeruli. Die Antennalloben aller untersuchten Arten bestehen aus sehr vielen Glomeruli (257-630). Der Makroglomerulus findet sich in allen untersuchten blattschneidenden Attini-Arten, aber nie in den untersuchten basalen und höheren Attini-Arten. Er findet sich nur bei größeren Arbeiterinnen und befindet sich immer in der Nähe des Antennennerveingangs. Dies bedeutet, dass es sich bei der Existenz des Makroglomerulus in den großen Blattschneidearbeiterinnen um eine abgeleitete Überexpression eines Merkmals innerhalb der polymorphen blattschneidenden Attini-Arten handelt. Der Makroglomerulus ist wahrscheinlich eine olfaktorische Anpassung an das hoch entwickelte Fouragier- und Rekrutiersystem dieser Arten. Er ist ein Baustein der komplexen Arbeitsteilung und der komplexen sozialen Organisation, die für die Arten dieser Gruppe bekannt sind. KW - Gehirn KW - Polymorphismus KW - Arbeitsteilung KW - Geruchswahrnehmung KW - Antennallobus KW - Glomeruli KW - olfaktorische Rezeptorneurone KW - Brain KW - polymorphism KW - antennal lobe KW - glomeruli KW - dvision of labor Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47769 ER - TY - JOUR A1 - Heisswolf, Annette A1 - Reichmann, Stefanie A1 - Poethke, Hans-Joachim A1 - Schröder, Boris A1 - Obermaier, Elisabeth T1 - Habitat quality matters for the distribution of an endangered leaf beetle and its egg parasitoid in a fragmented landscape N2 - Fragmentation, deterioration, and loss of habitat patches threaten the survival of many insect species. Depending on their trophic level, species may be differently affected by these factors. However, studies investigating more than one trophic level on a landscape scale are still rare. In the present study we analyzed the effects of habitat size, isolation, and quality for the occurrence and population density of the endangered leaf beetle Cassida canaliculata Laich. (Coleoptera: Chrysomelidae) and its egg parasitoid, the hymenopteran wasp Foersterella reptans Nees (Hymenoptera: Tetracampidae). C. canaliculata is strictly monophagous on meadow sage (Salvia pratensis), while F. reptans can also parasitize other hosts. Both size and isolation of habitat patches strongly determined the occurrence of the beetle. However, population density increased to a much greater extent with increasing host plant density ( = habitat quality) than with habitat size. The occurrence probability of the egg parasitoid increased with increasing population density of C. canaliculata. In conclusion, although maintaining large, well-connected patches with high host plant density is surely the major conservation goal for the specialized herbivore C. canaliculata, also small patches with high host plant densities can support viable populations and should thus be conserved. The less specialized parasitoid F. reptans is more likely to be found on patches with high beetle density, while patch size and isolation seem to be less important. KW - Fragmentierung KW - Pflanzenfressende Insekten KW - Eiparasitismus KW - Metapopulation KW - Habitat fragmentation KW - herbivore KW - host plant density KW - metapopulation KW - multitrophic Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47740 ER - TY - THES A1 - Braun, Thomas T1 - On the origin of seismic signals recorded on Stromboli volcano T1 - Untersuchung zur Ursache der auf dem Vulkan Stromboli registrierten seismischen Signale N2 - Hauptaufgabe der Vulkanseismologie ist die qualitative and quantitative Beschreibung einer oder mehrerer unbekannter seismischer Quellen, die sich in einer unbekannten Tiefe unter dem Vulkan befinden. Auch wenn viele Vulkane der Erde ähnliche Signalcharakteristiken aufweisen, war es bis heute nicht möglich, für Vulkane ein seismisches Standard-Quellmodell zu finden, analog dem Double- Couple in der Erdbebenseismologie. Kontinuierlich tätige Vulkane, wie z.B. Stromboli (Italien), stellen für den Vulkanseismologen ein ideales natürliches Feldlabor dar, diese Fragestellung zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit untersucht auf Stromboli registrierte Explosionsbeben und vulkanischen Tremor in einem breiten Frequenzband und behandelt die Frage nach der Lage und dem Mechanismus der seismischen Quelle(n). Seismische und Infraschallmessungen von strombolischen Explosionsbeben zeigen, dass sich eine Hochfrequenz-Phase mit einer Geschwindigkeit von etwa 330 m/s fortbewegt. Die seismische Quelle kann durch eine Explosion am oberen Ende der Magmasäule erklärt werden, die durch aufsteigende Gasblasen verursacht wird. Sowohl die seismische P-Welle, als auch die Luftwelle werden zum gleichen Zeitpunkt an ein und demselben Ort generiert. Die verschiedenen Laufwege und Geschwindigkeiten der seismischen und der Luftwelle resultieren in einem Laufzeitunterschied dt, der zur Bestimmung des Magmenstandes und der Schallgeschwindigkeit in der Eruptionss¨aule im Schlotinnern genutzt werden kann. In Kraternähe installierte Stationen zeigen, dass Infraschall- und seismische Messungen des kurzperiodischen Tremors (> 1 Hz) den gleichen Frequenzgehalt und ähnliche Fluktuationen der seismischen Energie aufweisen. Daher wird der kurzperiodische vulkanische Tremor auf Stromboli durch das kontinuierliche Aufsteigen und Platzen kleiner Gasblasen im oberen Teil der Magmasäule verursacht. Das Spektrum des auf Stromboli registrierten langperiodischen Tremors besteht hauptsächlich aus drei Maxima bei 4.8 s, 6 s und 10 s, deren Spektralamplitude mit der jeweiligen Wettersituation variieren. Sie werden daher nicht von einer lokalen vulkanischen Quelle erzeugt, sondern durch Meeresmikroseismik (MMS). Der Durchzug eines lokalen Tiefdruckgebietes scheint die Ursache für Spektralenergie bei 4.8 s and 10 s, die jeweils die Doppelte bzw. die Primäre Frequenz der MMS darstellen. Als Ursache des spektralen Maximums bei 6 s könnte ein Tief nahe der Britischen Inseln in Frage kommen. Seismische Daten, die von dem ersten auf Stromboli installierten Breitband- Array registriert wurden, zeigten überraschend einfache Wellenformen, die einen anfänglich kontraktierenden Quellmechanismus anzeigen. Die Analyse der Partikelbewegung und die Anwendung seismischer Arraytechniken ermöglichten eine Lokalisierung der seismischen Quelle in Oberflächennähe. Die Anwendung verschiedener Inversionsmethoden gestattete es, Eruptionsparameter und Charakteristiken der seismischen Quelle während der Strombolieruption am 5. April 2003 abzuschätzen. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass der paroxystische Ausbruch durch eine langsame Überschiebungsdislokation mit einer Momentenmagnitude von Mw = 3.0 verursacht wurde, ausgelöst durch einen vorher durch Dike-Intrusion verursachten Bruch. Während des Paroxysmus konnte in den seismischen Signalen mindestens eine Blow-out Phase mit einer Momentenmagnitude von Mw = 3.7 identifiziert werden. Diese kann durch einen vertikalen linearen Vektordipol, zwei schwächere horizontale lineare Dipole in entgegengesetzter Richtung, zuzüglich einer Vertikalkraft repräsentiert werden. Seismische Messungen, die während kontrollierter und reproduzierbarer Blowout Experimente unter Verwendung von einem in einer Basaltschmelze eingeschlossenen Gasvolumen durchgeführt wurden, ergaben folgende Ergebnisse: Monochromatische Signale sind Anzeiger für einen Blow-out in einem duktilen Regime, wohingegen ein breitbandigerer Frequenzgehalt auf einen Sprödbruch hinweist. Je grösser die Länge des Schmelztiegels ist, desto schwächer sind die seismischen Signale. Ein grösser Gasdruck bewirkt eine stärkere Fragmentation des Magmas, aber keine höhere Austrittsgeschwindigkeit des Magmapropfens und auch keine grössere seismische Amplitude. Auch wenn die langperiodischen Signale, wie beispielsweise Tilt, im Labor nicht simuliert werden konnten, sind die Blow-out Experimente überraschend gut in der Lage, die am Vulkan Stromboli registrierten kurzperiodischen seismischen Signale zu reproduzieren. N2 - The main purpose of volcano-seismology concerns the qualitative and quantitative description of one or more unknown seismic source(s) located at some unknown depth beneath a volcano. Even if many different volcanoes show similar seismic signal characteristics, up to now it was not possible to find a standard seismic source model for volcanoes, as the double-couple in earthquake seismology. Volcanoes with a continuous activity, like Stromboli (Italy), represent for the volcano seismologist a perfect natural laboratory to address this question. This thesis treats the study of explosion-quakes and volcanic tremor recorded on Stromboli in a broadband frequency range, and discusses the location and the possible mechanisms of the seismic source(s). Seismic and infrasonic recordings of explosion-quake from Stromboli showed that the high-frequency phase propagates with a velocity of approximately 330 m/s. The seismic source can be explained as an explosion at the top of the magma column generated by rising gas bubbles. The seismic P-wave and the air-wave are both generated in the same point at the same time. The different path lengths and velocities for the seismic wave and the air-wave result in a difference in arrival times dt, that could be used to deduce the magma level and sound speed in the eruption column inside the conduit. Stations installed near the active crater reveal that infrasonic and seismic recordings of the short-period tremor (> 1 Hz) share the same spectral content and show similar energy fluctuations. Therefore, the short-period volcanic tremor at Stromboli originates from the continuous out-bursting of small gas bubbles in the upper part of the magmatic column. The spectrum of the long-period tremor recorded at Stromboli consists of three main peaks with periods at 4.8 s, 6 s and 10 s, and amplitudes varying with the regional meteorological situation. Hence, they are not generated by a close volcanic source but rather by ocean microseisms (OMS). The passage of a local cyclone seems to be the seismic source for spectral energy at 4.8 s and 10 s, which represent the Double Frequency and the Primary Frequency of the OMS, respectively. Concerning the 6 s peak, a cyclone near the British Isles could act as a seismic source. Seismic data from the first broadband array deployed on Stromboli showed surprisingly simple waveforms, indicating an initially contracting source mechanism. The analysis of particle motion and the application of seismic array techniques allowed the location of a seismic source in the shallow part of the volcano. Eruption parameters and seismic source characteristics of the April 5, 2003 Stromboli eruption have been estimated using different inversion approaches. The paroxysm was triggered by a shallow slow thrust-faulting dislocation event with a moment magnitude of Mw = 3.0 and possibly associated with a crack that formed previously by dike extrusion. At least one blow-out phase during the paroxysmal explosion could be identified from seismic signals with an equivalent moment magnitude of Mw = 3.7. It can be represented by a vertical linear vector dipole and two weaker horizontal linear dipoles in opposite direction, plus a vertical force. Seismic measurements performed during controlled and reproducible blow-out experiments with a gas volume entrapped in basaltic melt revealed the following: Monochromatic seismic signals suggest a blow-out in a more ductile regime, whereas broader frequency content indicates rupture in a more brittle environment. The longer the crucible, the weaker the seismic signals. An increase in pressure results in a stronger fragmentation, but not in a higher ejection velocity of the plug neither in a higher seismic amplitude. Even if the very long period observations like the tilt signal could not be simulated in the laboratory, the blow-out experiments simulate very well the short-period seismic signals recorded at Stromboli volcano. KW - Stromboli KW - Vulkan KW - Seismologie KW - Seismisches Array KW - Tremor KW - Vulkanisches Beben KW - Seismometer KW - Laborexperiment KW - Vulkanseismologie KW - Breitbandseismologie KW - Luftwelle KW - Meeresmikroseismik KW - blow out KW - volcano seismology KW - broadband seismology KW - air wave KW - ocean microseisms Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33376 ER - TY - THES A1 - Li, Naixin T1 - Dorso-ventral Differentiation and Specification of the Mesencephalon in Early Chick Embryos T1 - Die dorsoventrale Differenzierung und Spezifikation des frühen embryonalen Hühnermittelhirn N2 - The chick midbrain is subdivided into functionally distinct ventral and dorsal domains, tegmentum and optic tectum. In the mature tectum, neurons are organized in layers, while they form discrete nuclei in the tegmentum. An interesting characteristic of the embryonic brain is the development of a large optic tectum, of which the growth becomes obvious at embryonic day 3 (E3). Dorsoventral (DV) specification of the early midbrain should thus play a crucial role for the organization of the neuronal circuitry in optic tectum and tegmentum. In the first part of my thesis, I investigated regional commitment and establishment of cellular differences along the midbrain DV axis. I examined the commitment of gene expression patterns in isolated ventral and dorsal tissue in vivo and in vitro, and studied their cell mixing properties. Explant cultures, and grafting of dorsal midbrain into a ventral environment or vice versa, revealed a gradual increase in the autonomy of region-specific gene regulation between, which was accompanied by a gradual increase in differential adhesive properties from E2 to E3, once the DV axis polarity was fixed. These events happened at a time-point when the majority of midbrain cells are not yet differentiated. Long-term transplantation (6 - 9 days) using quail cells from ventral midbrain as grafts showed the same result. Hence, the results suggest that progressive specification of the midbrain DV axis is accompanied by progressively reduced cell mixing between dorsal and ventral precursors, leading to a partial regionalization of midbrain tissue into autonomous units of precursor cell populations. In the second part I investigated the genes that might be involved in regulating the growth of the tectum. In particular, I focused on the role of Pax7 transcription factor, a paired domain protein. The results suggested that Pax7 was involved in regulating the medial-lateral extension of the tectum. Over expression of Pax7 in dorsal midbrain led to an enlarged tectum accompanied by a raise in cell division, while Pax7 knockdown by shrank caused a reduction in tectum. The overall pattern of neuronal differentiation was not disturbed by an up or down regulation of Pax7. Pax7 also positively regulated Pax3, another pair-ruled gene expressed dorsally. These results suggest that Pax7 very likely together with Pax3 could facilitate or maintain neural cell proliferation in the midbrain at early stages and that a regulation of the size in that region does not influence the neuronal patterning of the developmental field. I further checked the expression and function of a GFPase Rab 23, that was suggested to be involved in the DV patterning in mouse neural tube as a negative regulator of Shh signaling. Overexpression of Rab23 indicated that it facilitated the expression of Pax7 and Pax3 in the neural tube and suppressed ventral genes like Nkx6.1 cell autonomously, however, it did not disturb neuronal patterning. Interestingly, a thorough expression study of Rab 23 during chick early development revealed that Rab23 is already expressed very early and asymmetrically during gastrulation, suggesting a possible role of Rab23 on the left-right determination of Hensen’s node. In combination with the result that Rab23 is expressed in the notochord early in development, I assume that both Rab23 and Shh exist in all neural progenitor cells initially, and when their expression patterns separate gradually the neural cells adopt a ventral or dorsal fate according to their location along the dorsoventral axis. The avian embryo is a classic system used widely to investigate questions of vertebrate development. The easy and cheap accessibility of the embryo for in ovo or ex ovo experiments all around the year make it an ideal animal model to work with. The only recently developed method of over expressing genes in specific cells or regions in the chick embryo by electroporation enabled me to study different ways of gene suppression using this way of gene transfection. Thus, I compared the effect of long-hairpin and short hairpin dsRNA in different vectors and antisense morpholino oligonucleotides. The results revealed that all hairpin dsRNA constructs did reduce gene and protein expression often accompanied by morphological changes. Most efficiently were shRNAi constructs cloned into a siRNA-specific vector – pSilencer 1.0-U6. Gene silencing was already well observed 36 hours after transfection. In comparison antisense morpholino oligonucleotides did not show such big gene reduction as the shRNA in pSilencer. Taken together, this methodical research proposes that the shRNA in the pSilencer vector was a good and effective tool to reduce gene and protein expression locally. N2 - Das Mittelhirn des Huhns wird in funktionel unterschiedliche, ventrale und dorsale Regionen eingeteilt, nämlich das Tegmentum ventral und das optisches Tectum dorsal. Im vollentwickelten Tectum bilden Nervenzellen Schichten, während das Tegmentum aus unterschiedlichen Nuclei besteht. Ein charakteristisches Merkmal des embryonalen Gehirns ist die Entwicklung eines großen optischen Techtums, die am dritten embryonalen Tag (E3) sehr deutlich zu beobachten ist. Diese unterschiedliche funktionelle und morphologische Entwicklung des Mittelhirns deutet daraufhin, das die dorsoventrale Spezifikation des frühen Mittelhirns für der Organisation neuronaler Netzwerke im optischen Tectum und Tegmentum eine kritische Rolle spielt. Im ersten Teil dieser Doktorarbeit wurde die regionale Bestimmung und Bildung zellulärer Unterschiede entlang der DV Achse des Mittelhirns untersucht. Dafür bestimmte ich den Zeitpunkt, an dem spezifische ventrale und dorsale Genexpressionsmuster festgelegt werden in isoliertem ventralen und dorsalen Gewebe in vivo and in vitro. Desweiteren untersuchte ich die Entwicklung unterschiedlicher adhäsiver Eigenschaften von ventralen und dorsalen Zellen in vitro. Explantatkulturen und Transplantationen von dorsalem Mittelhirn in eine ventrale Umgebung oder vice versa liessen eine schrittweise Zunahme der Autonomie der region-spezifischen Genregulation erkennen. Dies wurde von einer schrittweisen Zunahme des differentialen Adhäsionsverhaltens von ventralen und dorsalen Mittelhirnzellen von E2 zu E3 begleitet, der Zeitspanne, in der die Polarität der DV Achse festgelegt wurde. Diese Entwicklungsprozesse fanden u einem Zeitpunkt statt, an dem die meisten Zellen des Mittelhirns noch nicht differenziert hatten. Transplantationen,. von ventralen Mittelhirnzellen der Wachtel ins dorsale Hühnertecctum, die erst nach mehreren Tagen (6 - 9 Tage) untersucht wurden, zeigten das gleiche Ergebnis. Diese Ergebnisse lassen schliessen, dass eine partielle Regionalisierung des Mittelhirns in autonome Einheiten von Vorläuferzellen der dorsoventralen Achse stattfindet. Dies erlaubt den Zellen eine Positionsidentität zu bewahren – unhabhängig von der wachsenden Distanz zu Signalzentren. Im zweiten Teil meiner Arbeit untersuchte ich Gene, die das Wachstum und die spezifische Entwicklung des Tectums regulieren könnten. Die Arbeit konzentrierte sich speziell auf die Rolle von Pax7, ein Mitglied der sogenannten ‚pair-ruled’ Familie von Transkriptionsfaktoren, und auf die Rolle von Rab23, einer GTPase, die den Shh-Signalweg im dorsalen Neuralrohr inhibiert. Dieser Versuch zeigte, dass Pax7 an der Regulation der medio-lateral Ausdehnung des Tectums beteiligt ist. Überexpression von Pax7 im dorsalen Mittelhirn führte zu einer Vergrößerung des Tectums, die von einer Zunahme der Zellteilung begleitet wurde, während Knockdown von Pax7 eine Größereduktion des Tectums verursachte. Das neuronale Differenzierungsmuster im generellen wurde nicht von der Überexpression oder Repression von Pax7 gestört. Pax7 induzierte ausserdem Pax3, ein Mitglied derselben Familie, das ebenfalls dorsal exprimiert wird und unterdrückte ventrale Gene wie Nkx6.1. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass Pax7, sehr wahrscheinlich zusammen mit Pax3, die neural Zellproliferation im Mittelhirn in frühen Entwicklungsstadien fördert oder auf einem konstanten Level hält und dass die Muster der neuronalen Entwicklung nicht durch der Regulation der Größe dieser Region beeinflusst wird. Außerdem förderte Rab 23, das sehr wahrscheinlich ein negativer Regulator von Shh ist, die Expression von Pax7 und Pax3 im ventralen Mittelhirn und unterdrückte ventrale Gene wie Nkx6.1. Die Überexpression von Rab 23 beeinflusste auch nicht das neuronale Differenzierungsmusterung. Interessanterweise zeigte eine genaue Analyse der Expression von Rab 23 während der frühen Entwicklungsstadien des Huhns, dass Rab 23 bereits sehr früh und asymmetrisch während der Gastrulation exprimiert wurde. Dies deutet auf eine mögliche Rolle von Rab 23 für die links-rechts Determination des Hensen´s node an. Betrachtet man diese Ergebnisse zusammen, dann könnte man zu fogender Schlussfolgerung kommen, nämlich, dass sowohl Rab 23 als auch Shh früh in allen neural Progenitorzellen existieren, und dass die neuralen Zellen jeweils nach ihrer Lage entlang der dorsoventral Achse ein ventrales oder dorsales Schicksal annehmen, wenn das sich die Expressionsmuster von Rab 23 und Shh allmänlich trennen. Der Vogelembryo ist ein klassisches und häufig benutztes System, um die Entwicklung der Vertebraten zu untersuchen. Die einfache und preiswerte Zugänglichkeit des Embryos für in ovo oder ex ovo Experiment das ganze Jahr über machen ihn zu einem idealen Tiermodell. Die in den letzten Jahren entwickelte Methode der Elektroporation eines Embryos zum Gentransfer in die Zellen, ermöglichte es mir unterschiedliche Weisen der Genunterdrückung in embryonalem Gewebe zu testen und zu vergleichen.Ich verglich in dieser Untersuchung die Wirkung von langen und kurzen Haarnadel-RNAs (hairpin RNA) in verschieden Vektoren mit der Wirkung von Antisense-morpholino-Oligonucleotiden verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Haarnadel-dsRNA-Konstruktionen die Gen- und Proteinexpression reduzierten, wobei es häufig zu einer morphologischen Veränderung kam. Die kurze shRNAi-Konstruktionen, die in einen siRNA-spezifischen Vektor – pSilencer 1.0-U6 - geklont wurden war, zeigte sich dabei am effizientesten.. Die Herunterregulierung der Gene wurde bereits 36 Stunden nach der Transfektion beobachtet. Im Gegensatz dazu, zeigten die Antisense-Morpholino-Oligonucleotiden keine solche starke Reduktion wie das shRNA in pSilencer. Zusammenfassend zeigt diese methodische Untersuchung, dass die shRNA im pSilencer-Vektor ein gutes und effektives Werkzeug ist, um Gen- und Proteinexpression örtlich zu reduzieren. KW - Differenzierung KW - Embryo KW - Genexpression KW - Mittelhirn KW - Spezifikation KW - Dorso-ventral Patterning KW - Mesencephalon KW - Morpholino KW - Neuronal Proliferation KW - Pax3 KW - Pax7 KW - Rab23 KW - Shh KW - siRNA KW - Transplantation Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32950 ER - TY - THES A1 - He, Lan T1 - Small fiber involvement in Fabry's disease N2 - Aim of Investigation: The neurological manifestations of Fabry’s disease, a rare, X-linked, multisystem disorder caused by alpha-galactosidase A deficiency and globotriosylceramide (Gb3) accumulation, include both peripheral and central nervous system symptoms. Here we evaluated a prospectively recruited cohort of patients with Fabry’s disease for pain, small nerve fiber function, and skin innervation. Methods: 66 patients (31 male and 35 female) were enrolled，31 patients were on ERT. All patients underwent quantitative sensory testing (QST), electrophysiological examination, and extra- and transcranial Doppler sonography. For pain and mood assessment standardized questionnaires were used. Skin biopsies were performed at the left distal leg in 38 patients for intraepidermal nerve fiber density (IENFD) assessment. Results: Age at examination did not differ significantly between women (40.2+/-16.2 years) and men (38.9+/-13.8; n.s.). 29/31 male and 19/35 female patients complained of acroparesthesias or neuropathic pain. QST abnormalities indicative of small fiber impairment were found in 26/31 male and 28/35 female patients. Electrophysiological examination of large fibers and autonomic fibers revealed pathological findings in 11/31 male and 3/35 female patients. All patients had normal Doppler sonography results. Indicators for depression were present in 14/31 male and 10/35 female patients. 20/31 male and 18/35 female patients had a skin biopsy, the IENFD was significantly reduced in male (2.0+/-2.8 fibers/mm) compared with female patients (6.7 +/- 4.4 fibers/mm). In 10 patients free from neurological symptoms, QST and IENFD abnormalities were still detected. Follow up examination after one year in 12 patients under ERT (2.1+/-1.7 years) showed improvement in some symptoms and in QST and neurophysiology in six patients with normal renal function. 20/35 female patients older than 40 y had concomitant diseases, while none of the 18 younger female patients did. The corresponding radio in male patients was 5/19 (>=40y) and 2/13 (<40y) respectively. Conclusions: Neuropathic pain and sensory deficits of the distal extremities are common in patients with Fabry’s disease. QST and IENFD analysis are important for early diagnosis of nerve involvement in Fabry’s disease. Small fiber function may improve under ERT in patients without severe renal impairment. KW - Fabry’s disease KW - neuropathic pain KW - QST KW - IENFD KW - ERT KW - Fabry’s disease KW - neuropathic pain KW - QST KW - IENFD KW - ERT Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32844 ER - TY - THES A1 - Geiß, Barbara T1 - Donor-Acceptor Substituted Triplet Emitters T1 - Donor-Akzeptor substutuierte Triplett-Emitter N2 - Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die Synthesen und photophysikalischen Eigenschaften mehrerer Donor-Akzeptor-substituierter Übergangsmetallkomplexe des Typs [(C^N)2Ir(N^N)][PF6] vorgestellt. Das Ir(III) wurde mit Lochleitern wie Carbazol (CZ) und Triarylamin (TAA), die über eine Methyl- und Ethylbrücke mit dem cyclometallierten C^N-Liganden Phenylpyrazol (ppz) und Phenylpyridin (ppy) verbunden waren, verknüpft. Zweizähnige neutrale N^N- und P^P-Liganden wie 2,2’-Bipyridyl (bpy), 3,4,7,8-Tetramethyl-1,10-phenanthrolin (tmp) und cis-1,2-Bis(diphenylphosphino)ethylen (bdppe) wurden als Akzeptoren ausgewählt.Um die Eigenschaften in Vergleich setzen zu können, wurden die entsprechenden Referenzverbindungen ohne Lochleiter hergestellt. Alle Carbazol-Komplexe, bis auf die bdppe-Verbindungen, zeigen Emission und transiente Absorption ähnlich denen ihrer Referenzverbindungen, was sie für Anwendungen in der OLED-Forschung interessant macht. Untersuchungen an LECs (lichtemittierende elektrochemische Zellen) zeigen eine rotverschobene Lumineszenz. Die Triarylamin-Komplexe zeigen keine Emission bei RT, allerdings weisen diese eine intensive, blauverschobene und langlebige Lumineszenz bei 77 K in einer festen Matrix auf. Die transienten Absorptionsspektren unterscheiden sich stark von denen der Referenzverbindungen. Sie weisen charakteristische Merkmale von den Spektren der isolierten Radikalanionen und Radikalkationen auf, was durch spektroelektrochemische Messungen bewiesen wurde. Daraus kann geschlossen werden, dass es sich bei dem angeregten Zustand um einen ladungsgetrennten (CS) Zustand handelt, wo die positive Ladung am Triarylamin-Donor und die negative Ladung am N^N-Akzeptor sitzt. Die Abklingzeiten der angeregten Zustände verlaufen biexponentiell, was ein Hinweis auf das Vorhandensein zweier angeregter Zustände, dem 1CS und 3CS Zustand, ist. Um dieses Verhalten zu untersuchen, wurden verschieden substituierte bpy-Komplexe synthetisiert und analysiert. Temperaturabhängige Messungen der transienten Absorption zeigten, dass alle Ratenkonstanten temperaturunabhängig sind, mit Ausnahme des OMe-substituierten Komplexes. Die Gleichgewichtskonstante K = k1 / k2 ist nahezu eins für alle Komplexe. Bei dem OMe-Komplex sinkt sie mit steigender Temperatur. Eine Auftragung der Ratenkonstanten gegen die Energiedifferenzen, die durch cyclovoltammetrische Messungen erhalten wurden, zeigte, dass alle Konstanten mit steigender Donorstärke am bpy-Liganden abfallen. DFT-Rechnungen an der OMe-Verbindung sind noch in Arbeit. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden neutrale Ir(III) und Pt(II) Komplexe des Typs [(O^O)Ir(N^N)2] und [(O^O)Pt(N^N)] vorgestellt. Hier wurde TAA mit Acetylacetonat (acac) direkt, oder über eine CH2-Brücke verbunden, um den Einfluss der Art der Verbrückung auf die photophysikalischen Eigenschaften zu beobachten. Als zweizähniger N^N-Ligand wurde 2,2’-Bipyridyl (bpy) gewählt. Auch hier wurden alle entsprechenden Referenzverbindungen ohne Triarylamin als Vergleich hergestellt. Zudem wurde der homoleptische fac Ir(N^N)3 Komplex mit Triarylamin, welches über eine Methyl- und Ethylbrücke an Phenylpyrazol angeknüpft wurde, synthetisiert. Die Synthese des Ir(III)-Komplexes mit TAA substituiertem acac-Liganden verknüpft über eine CH2-Brücke konnte nicht hergestellt werden. Alle neutralen TAA-substituierten -diketonato Pt(II) und Ir(III) Komplexe zeigen keine Lumineszenz, außer dem Pt(II)-Komplex mit CH2-Gruppe. Dieser zeigt angeregte Zustände die in guter Übereinstimmung mit den Emissionslebenszeiten bei RT sind. Diese sind ähnlich denen der Referenz, was auf einen 3Pt(N^N)(O^O)- Zustand schließen lässt. Die Komplexe ohne CH2-Brücke zeigen zudem keine transiente Absorption was auf ein Charge-Transfer-Quenching aufgrund der direkten Verknüpfung zwischen Donor und Akzeptor zurückzuführen sein könnte. Der homoleptische fac Ir(N^N)3 Komplex weist weder Emission bei RT, noch transiente Absorption auf. Bei 77 K ist eine stark strukturierte Emission mit einer Abklingzeit von 14 s zu beobachten. Verglichen mit dem literaturbekannten Vergleichskomplex ist die Emission auf die Bevölkerung eines 3Ir(ppz)3-Zustandes zurückzuführen. Unsere Ergebnisse sind grundlegend für die Synthese weiterer Verbindungen mit stärkeren Akzeptoren, wie z. B. Naphthalenimid, um längerlebige ladungsgetrennte Zustände zu erhalten. Diese könnten Anwendung als Photosynthesiser in Solarzellen und anderen optoelektronischen Bauteilen finden. Zudem sind weiter Untersuchungen an LECs und OLEDs für die Carbazol-Komplexe noch immer von Interesse, um das Ausmaß der Triplett-Triplett-Annihilierung zu quantifizieren. N2 - In the first part of this work we presented the synthesis and photophysical properties of a series of transition metal donor-acceptor Ir(III)complexes of the type [(C^N)2Ir(N^N)][PF6]. The Ir(III) was connected with hole conducting donor-moieties like carbazole (CZ) and triarylamine (TAA) linked via a methylene and ethylene bridge to the cyclometalating C^N ligands phenylpyrazole (ppz) and phenylpyridine (ppy). Bidentate N^N and P^P ligands like 2,2’-bipyridyl (bpy), 3,4,7,8-tetramethyl-1,10-phenanthroline (tmp) and cis-1,2-bis(diphenylphosphino)ethylene (bdppe) were used as acceptor units. In order to analyse the influence of the electron density of the bpy ligand, TAA-complexes with acceptor- and donor-substituted bpy acceptor units were synthesised. Therefore, 4,4’-dinitro-2,2’-bipyridyl, 4,4’-dichloro-2,2’-bipyridyl, 4,4’-dimethoxy-2,2’-bipyridyl and 4,4’-dimethylamino-2,2’bipyridyl were used as neutral N^N ligands. In order to compare the photophysical properties, all reference compounds without hole conducting component were syntesised. All the carbazole compounds, except the bdppe complexes, exhibit emission and transient absorption properties similar to their reference compounds that make them interesting for OLED (organic light emitting device) applications. LEC (light emitting electrochemical cell) studies show a red shifted luminescence. The triarylamine compounds do not luminesce at RT but they exhibit an intense, blue-shifted and long-lived luminescence at 77 K in a rigid matrix. The transient absorption spectra differ strongly from that of their reference compounds. The spectra display characteristic features of the spectra of the isolated radical anions and cations supported by spectroelectrochemical measurements. Thus, it can be assumed that the transient states are charge separated (CS) states in which the positive charge is localised at the TAA donor units and the negative charge at the N^N acceptor units. The decays of the transient states are biexponentially what indicates the presence of two transient states, the 1CS and the 3CS state. To understand this behaviour the differently substituted bipyridyl-complexes were synthesised and analysed. Temperature dependent transient absorption measurements showed that all rate constants are indepentend of the temperature, except for the complex with OMe subsituents at the bpy ligand. The equilibrium constant K = k1 / k2 is nearly one for all complexes. For the OMe-compound it decreases with increasing temperature. Plotting the rate constants vs. the free energy differences (determined by cyclovoltammetry measurements) shows that all constants are decreasing with increasing donor strength of the bpy ligand. DFT calculations on the OMe-compound are already in work. In the second part of this work, neutral Ir(III) and Pt(II) complexes of the type [(O^O)Ir(N^N)2] and [(O^O)Pt(N^N)] were introduced. There, TTA was connected directly or via a CH2 bridge to acectylacetonate (acac = O^O) in order to probe the influence of the different kinds of connection on the photophysics of the complexes. As the bidentate N^N ligand 2,2’-bipyridyl (bpy) was chosen. All the corresponding reference compounds without triarylamine were obtained in order to compare with the TAA substituted analoga. Furthermore, the homoleptic fac Ir(N^N)3 complex with triarylamine connected via a methylene and ethylene bridge to phenylpyrazole as introduced in the first part of this work was synthesised. The synthesis of the Ir(III) compound with the TAA substituted acac ligand connected via the CH2 group was not successful. All the neutral triarylamine-substituted -diketonato Pt(II) and Ir(III) complexes do not luminesce at RT, except the Pt(II)-complex with CH2 bridge. This compound shows transient state characteristics that are in good agreement with the luminescence lifetimes at RT and that are similar to the reference compound, what suggests to a 3Pt(N^N)(O^O) state. The complexes without the CH2 bridging unit show no transient signals what may be caused by charge-transfer quenching due to the direct linkage between donor and acceptor unit. The homoleptic fac Ir(N^N)3 complex exhibits no emission at RT and no transient signals. At 77 K it shows a highly structured emission with 14 s lifetime. Compared to the literature-known reference compound this emission is caused by the population of a 3Ir(ppz)3 state. Our findings are important for designing complexes with stronger acceptor units (i.e. naphthaleneimide) for long CS states lifetimes to be used as photosynthesisers in solar cells and other optoelectronic devices. Besides, LEC and OLED studies on the carbazole complexes are still of interest to analyse the degree of triplet-triplet-annihiliation in these devices. KW - Tiplet emiters KW - charge separation KW - Tiplett Emitter KW - ladungsgetrennte Zustände KW - Tiplet emiters KW - charge separation Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-39721 ER - TY - THES A1 - Brehm, Sascha T1 - Two-Particle Excitations in the Hubbard Model for High-Temperature Superconductors: A Quantum Cluster Study T1 - Zwei-Teilchen Anregungen im Hubbard Modell für Hochtemperatur-Supraleiter: Eine Quanten-Cluster Untersuchung N2 - Two-particle excitations, such as spin and charge excitations, play a key role in high-Tc cuprate superconductors (HTSC). Due to the antiferromagnetism of the parent compound the magnetic excitations are supposed to be directly related to the mechanism of superconductivity. In particular, the so-called resonance mode is a promising candidate for the pairing glue, a bosonic excitation mediating the electronic pairing. In addition, its interactions with itinerant electrons may be responsible for some of the observed properties of HTSC. Hence, getting to the bottom of the resonance mode is crucial for a deeper understanding of the cuprate materials . To analyze the corresponding two-particle correlation functions we develop in the present thesis a new, non-perturbative and parameter-free technique for T=0 which is based on the Variational Cluster Approach (VCA, an embedded cluster method for one-particle Green's functions). Guided by the spirit of the VCA we extract an effective electron-hole vertex from an isolated cluster and use a fully renormalized bubble susceptibility chi0 including the VCA one-particle propagators.Within our new approach, the magnetic excitations of HTSC are shown to be reproduced for the Hubbard model within the relevant strong-coupling regime. Exceptionally, the famous resonance mode occurring in the underdoped regime within the superconductivity-induced gap of spin-flip electron-hole excitations is obtained. Its intensity and hourglass dispersion are in good overall agreement with experiments. Furthermore, characteristic features such as the position in energy of the resonance mode and the difference of the imaginary part of the susceptibility in the superconducting and the normal states are in accord with Inelastic Neutron Scattering (INS) experiments. For the first time, a strongly-correlated parameter-free calculation revealed these salient magnetic properties supporting the S=1 magnetic exciton scenario for the resonance mode. Besides the INS data on magnetic properties further important new insights were gained recently via ARPES (Angle-Resolved Photoemission-Spectroscopy) and Raman experiments which disclosed a quite different doping dependence of the antinodal compared to the near-nodal gap. This thesis provides an approach to the Raman response similar to the magnetic case for inspecting this gap dichotomy. In agreement with experiments and one-particle data obtained in the VCA, we recover the antinodal gap decreasing and the near-nodal gap increasing as a function of doping. Hence, our results prove the Hubbard model to account for these salient gap features. In summary, we develop a two-particle cluster approach which is appropriate for the strongly-correlated regime and contains no free parameter. Our results obtained with this new approach combined with the phase diagram and the one-particle excitations obtained in the VCA strongly constitute a Hubbard model description of HTSC cuprate materials. N2 - Zwei-Teilchen Anregungen, darunter Spin und Ladungs Anregungen, sind von besonderer Bedeutung in Hoch-Tc Kuprat Supraleitern (HTSL). Aufgrund der antiferromagnetischen Phase bei niedrigen Dotierungen werden magnetische Anregungen direkt mit dem Mechanismus der Supraleitung in Verbindung gebracht. Gerade die sogenannte Resonanzmode ist ein vielversprechender Kandidat für den pairing glue, eine bosonische Anregung, welche die Paarung von Elektronen induziert. Weiterhin wird deren Wechselwirkung mit itineranten Elektronen verantwortlich gemacht für einige der beobachteten Eigenschaften der HTSL. Für ein tieferes Verständnis der Kuprate ist es daher unerlässlich, der Resonanzmode auf den Grund zu gehen. Um die entsprechenden Zwei-Teilchen Korrelationsfunktionen zu analysieren, entwickeln wir auf Basis des Variational Cluster Approach (VCA, eine Cluster Methode, um Ein-Teilchen Green Funktionen zu berechnen) in der vorliegenden Dissertation eine neue, nicht-perturbative und parameterfreie Technik für T=0. Im Sinne der VCA berechnen wir einen effektiven Elektron-Loch Vertex auf einem einzelnen Cluster und verwenden eine vollkommen renormierte Bubble Suszeptibilität chi0, welche die VCA Ein-Teilchen-Propagatoren beinhaltet. Mit Hilfe unserer neuen Technik können wir die magnetischen Anregungen der HTSL im Rahmen des Hubbard Modells in der stark korrellierten Phase reproduzieren. Als herausragendes Ergebnis erhalten wir die berühmte Resonanzmode im underdotierten Bereich innerhalb des von der Supraleitung induzierten Gaps der Spin-Flip Elektron-Loch Anregungen. Deren Intensität und Sanduhren-förmige Dispersion zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den Experimenten. Weiterhin sind charakteristische Eigenschaften, wie die Energie der Resonanzmode oder die Differenz des Imaginärteils der Suszeptibilität in der supraleitenden und normalen Phase im Einklang mit Inelastischen Neutronenstreu (INS) Experimenten. Zum ersten Mal bringt eine stark-korrellierte und parameterfreie theoretische Rechnung diese besonderen magnetischen Eigenschaften hervor und bekräftigt damit die Erklärung der Resonanzmode als S=1 magnetisches Exziton. Neben den INS Resultaten zu magnetischen Eigenschaften wurden kürzlich weitere wichtige neue Erkenntnisse mittels ARPES (Winkelaufgelöste Photoemissionen Spektroskopie) und Raman Experimenten erhalten. Beide legten eine deutlich unterschiedliche Dotierungsabhängigkeit des anti-nodalen Gaps verglichen mit dem Gap nahe des nodalen Punktes offen. Im Rahmen dieser Dissertation wird eine der magnetischen Berechnung ähnliche Technik für den Raman Response benutzt, um dieses unterschiedliche Verhalten des Gaps zu untersuchen. Übereinstimmend mit den Experimenten und Ein-Teilchen Ergebnissen aus VCA Rechnungen bekommen wir ein Abfallen des anti-nodalen Gaps und Ansteigen des Gaps nahe dem nodalen Punkt als Funktion der Dotierung. Folglich zeigen unsere Ergebnisse, dass das Hubbard Modell diese besonderen Eigenschaften des Gaps beinhaltet. Zusammenfassend entwickeln wir eine Zwei-Teilchen Cluster Technik, welche für stark korrellierte Systeme geeignet ist und keine freien Parameter enthält. Unsere Ergebnisse mit dieser neuen Technik in Verbindung mit dem Phasendiagramm und Ein-Teilchen Anregungen der VCA Rechnungen bekräftigen mit Nachdruck eine Beschreibung der HTSL Kuprate auf Basis des Hubbard Modells. KW - Hochtemperatursupraleiter KW - Hubbard-Modell KW - Magnetismus KW - Starke Kopplung KW - High-temperature superconductivity KW - Hubbard model KW - magnetism KW - strong correlated electrons Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38719 ER -