TY  - THES
A1  - Becker, Nils
T1  - Mechanisms and consequences of environmentally and behaviorally induced synaptic plasticity in the honey bee brain
T1  - Mechanismen und Konsequenzen umwelt- und verhaltensbedingter synaptischer Plastizität im Gehirn der Honigbiene
N2  - The brain is the central organ of an animal controlling its behavior. It integrates internal information from the body and external stimuli from the surrounding environment to mediate an appropriate behavioral response. Since the environment is constantly changing, a flexible adjustment of the brain to new conditions is crucial for the animals’ fitness. The ability of the nervous system to adapt to new challenges is defined as plasticity. Over the last few decades great advances have been made in understanding the cellular and molecular mechanisms underlying neuronal plasticity. Plasticity may refer to structural changes physically remodeling the neuronal circuit, or to functional adaptations which are manifested in modified synaptic transmission, and in altered response and firing properties of single neurons. These structural and functional modifications are mediated by a complex interplay of environmental stimuli, intracellular signal transduction cascades, protein modifications, gene translation and transcription, and epigenetic gene regulatory mechanisms. However, especially the molecular mechanisms of environmentally-induced structural neuronal plasticity are still poorly understood.
In this thesis the honey bee was used as an innovative model organism to investigate this issue. The honey bee with its rich behavioral repertoire, highly sophisticated and plastic neuronal system, sequenced genome and full epigenetic machinery is well suited for studying the molecular underpinnings of environmentally-induced neuronal plasticity. Adult honey bees progress through a series of tasks within the dark hive until after about three weeks they start with foraging activities in the external world. The transition from in-hive to outside tasks is associated with remarkable structural neuronal plasticity. Subdivisions of the mushroom body, a brain region related to higher cognitive functions, are increased in volume. The volume expansion is mediated by a remarkable outgrowth of the dendritic network of mushroom body intrinsic neurons, so called Kenyon cells. In parallel, prominent synaptic structures, referred to as microglomeruli, are pruned. Most interestingly for this thesis, the pruning of microglomeruli and the dendritic expansion in Kenyon cells can be induced by a simple light exposure paradigm.
In the first chapter of the present thesis I used this paradigm to induce synaptic plasticity in the mushroom bodies under controlled lab conditions to search for correlating molecular changes which possibly mediate the observed plasticity. I compared the brain transcriptome of light-exposed and dark-kept control bees by whole transcriptome sequencing. This revealed a list of differentially expressed genes (DEGs). The list contains conserved genes which have reported functions in neuronal plasticity, thereby introducing them as candidate genes for plasticity in the honey bee brain. Furthermore, with this transcriptomic approach I discovered many candidate genes with unknown functions or functions so far unrelated to neuronal plasticity suggesting that these novel genes may have yet unrecognized roles in neuronal plasticity. A number of DEGs are known to be methylated or to exert epigenetic modifications on themselves speaking for a strong impact of epigenetic mechanisms in light-induced structural plasticity in the honey bee brain. This notion is supported by a differential methylation pattern of one examined DEG between light-exposed and dark-kept bees as shown in this thesis. Also a plasticity-related microRNA, which is predicted to target genes associated with cytoskeleton formation, was found to be upregulated in light-exposed bees. This speaks for a translation regulatory mechanism in structural plasticity in the honey bee.
Another interesting outcome of this study is the age-dependent expression of DEGs. For some plasticity-related DEGs, the amplitude of light-induced expression differs between one- and seven-day-old bees, and also the basal expression level of many DEGs in naive dark-kept control bees significantly varies between the two age groups. This suggests that the responsiveness of plasticity-related genes to environmental stimuli is also under developmental (age-dependent) control, which may be important for normal maturation and for the regulation of age-related changes in behavior. Indeed, I was able to demonstrate in phototaxis experiments that one- and seven-day-old bees show different behaviors in response to light exposure and thus the correlating age-dependent transcriptional differences may serve as mechanisms promoting age-related changes in behavior.
Together the results of the transcriptomic study demonstrate the successfulness of my approach to identify candidate molecular mechanisms for environmentally-induced structural plasticity in the honey bee brain. Furthermore, the thesis provides seminal evidence for the implication of DNA methylation in this process.
To better understand the role of DNA methylation for neuronal and behavioral plasticity in the honey bee, the second chapter of the thesis aims at characterizing this molecular process under more natural conditions. Therefore, I examined the expression of the DNA methyltransferase 3 (DNMT3) and of Ten-eleven translocation methylcytosine dioxygenase (TET) between in-hive bees and foragers. DNMT3 is responsible for DNA de novo methylation, whereas TET promotes DNA demethylation by converting methylcytosine (5mC) to hydroxymethylcytosine (5hmC). The data suggest that age and experience determine the expression of these two epigenetic key genes. Additionally, in this context, two examined DEGs are shown to be differentially methylated between nurses and foragers. One of these two DEGs, the plasticity related gene bubblegum (bgm), also exhibits an altered DNA methylation pattern in response to light exposure. Hence, these results of my thesis provide additional evidence for the importance of DNA methylation in behavioral and neuronal plasticity.
Results from the second chapter of this thesis also suggest additional functions of DNMT3 and TET to their traditional roles in DNA methylation/demethylation. I show that TET is far more expressed in the honey bee brain than DNMT3. This stands in contrast to the relative scarcity of 5hmC compared to 5mC and points at extra functions of this gene like RNA modifications as reported for Drosophila. Antibody staining against the DNMT3 gene product revealed an unexpected rare localization of the enzyme in the nucleus, but a surprisingly high abundance in the cytoplasm. The role of cytoplasmic DNMT3 is unknown. One possibility for the high abundance in the cytoplasm is a regulatory mechanism for DNA methylation by cytoplasmic-nuclear trafficking, or an additional function of DNMT3 in RNA modification, similar to TET.
Altogether, this thesis points at future research directions for neuronal plasticity by providing promising evidence for the involvement of epigenetic mechanisms and of a number of new candidate genes in environmentally induced structural plasticity in the honey bee brain. Furthermore, I present data suggesting so far unrecognized functions of DNMT3 which certainly need to be experimentally addressed in the future to fully understand the role of this enzyme.
N2  - Das Gehirn ist das zentrale Organ zur Steuerung des Verhaltens von Tieren. Es integriert körperinterne Informationen mit Umweltreizen und sorgt somit für eine Anpassung des Verhaltens an die jeweilige Situation. Diese hohe Flexibilität des Gehirns ist ein entscheidender Überlebensfaktor in einer sich ständig wandelnden Umwelt. Die Fähigkeit des Nervensystems, sich an wechselnde Bedingungen anpassen zu können, wird als Plastizität bezeichnet. In den vergangen Jahrzehnten wurden große Fortschritte zur Identifikation von zellulären und molekularen Mechanismen neuronaler Plastizität erzielt. Neuronale Plastizität beinhaltet zum einen physische Veränderung der Struktur neuronaler Netzwerke, und zum anderen funktionale Modifikationen der internen Antworteigenschaften und synaptischen Übertragung eines Neurons. Diese Veränderungen werden durch ein komplexes Zusammenspiel zwischen Umweltreizen, intrazellulären Signalkaskaden, Proteinmodifikationen, Gentranslation und -Transkription, sowie epigenetischer Genregulation gesteuert. Die genauen Mechanismen umweltbedingter struktureller Plastizität sind jedoch immer noch nicht vollständig geklärt.
In der vorliegenden Doktorarbeit bediene ich mich der Honigbiene als innovativen Modellorganismus, um dieses Thema zu untersuchen. Die Honigbiene eignet sich durch ihr vielfältiges und komplexes Verhalten, ihr hochentwickeltes und plastisches Nervensystem, ihr sequenziertes Genom, sowie durch den Besitz einer vollständig epigenetischen Maschinerie besonders gut zur Untersuchung der molekularen Mechanismen umweltbedingter neuronaler Plastizität. Honigbienen führen die ersten drei Wochen ihres Lebens verschiedene Arbeiten innerhalb des dunklen Bienenstocks aus, ehe sie anschließend für den Rest ihres Lebens nach Nahrung außerhalb des Stocks suchen. Der Wechsel vom Innen- zum Außendienst korreliert mit plastischen Veränderungen des Gehirns. Subkompartimente des Pilzkörpers, einer Hirnstruktur, die mit höherer Kognition assoziiert wird, nehmen im Volumen zu. Diese Volumensexpansion lässt sich durch eine wachsende dendritische Verzweigung von Kenyonzellen, welche die intrinsischen Neuronen der Pilzkörper darstellen, erklären. Gleichzeitig findet eine Eliminierung von synaptischen Komplexen, sogenannten Mikroglomeruli, statt. Besonders interessant für diese Doktorarbeit ist die Tatsache, dass die strukturelle Plastizität der Mikroglomeruli und der dendritischen Verzweigungen bereits durch ein einfaches Lichtexponierungsprotokoll induziert werden kann.
In dieser Doktorarbeit löse ich durch das Lichtprotokoll synaptische Plastizität unter standardisierten Laborbedingungen aus, um nach zugrundeliegenden molekularen Veränderungen während dieses Vorgangs zu suchen. Ein Vergleich des Transkriptoms zwischen lichtbehandelten und dunkel gehaltenen Bienen mittels Transkriptom-Sequenzierung beider Gruppen erbrachte mehrere differentiell exprimierte Gene (DEGs). Die Liste der DEGs enthält einige konservierte Gene, denen bereits eine Funktion in neuronaler Plastizität nachgewiesen wurde und daher als Kandidatengene für umweltbedingte synaptische Plastizität in der Honigbiene infrage kommen. Außerdem konnten mehrere DEGs ohne bekannten Bezug zu neuronaler Plastizität, oder mit bisher unbekannter Funktion, identifiziert werden, was die Möglichkeit einer bisher unentdeckten Rolle dieser Gene in neuronaler Plastizität impliziert. Des Weiteren sind einige der DEGs in epigenetische Prozesse involviert und aus anderen Studien ist bekannt, dass weitere DEGs Methylierungen aufweisen. Dies weist auf einen starken Einfluss epigenetischer Prozesse bei lichtinduzierter struktureller Plastizität in der Honigbiene hin. Diese Vermutung wird durch die differentielle Methylierung eines plastizitäts-assoziierten DEGs zwischen lichtexponierten und dunkelgehalten Bienen bekräftigt. Ferner ist eine microRNA in lichtbehandelten Bienen hochreguliert, welche als vorhergesagte Ziele Gene zur Zytoskelettformation hat. Dies spricht für einen translationsregulatorischen Mechanismus im Zusammenhang mit struktureller Plastizität in der Honigbiene.
Ein weiteres interessantes Ergebnis dieser Arbeit ist der starke Alterseinfluss auf die Expression der identifizierten DEGs. Bei einigen DEGs ist die Amplitude der lichtinduzierten Expression bei sieben Tage alten Bienen höher als bei einem Tag alten, und das Grundexpressionsniveau vieler DEGs in den naiven, dunkel gehaltenen Kontrollbienen unterscheidet sich zwischen den beiden Altersklassen. Dies lässt vermuten, dass die Expression von Plastizitätsgenen als Antwort auf Umweltreize ebenfalls durch ein internes Entwicklungsprogramm beeinflusst wird, was wichtig für eine normale Reifung, sowie zur Regulation altersabhängigen Verhaltens sein könnte. Tatsächlich weist diese Arbeit bei Phototaxis-Experimenten Verhaltensunterschiede zwischen einen- und sieben Tage alten Bienen auf, welche mit transkriptionellen Unterschieden zwischen den beiden Altersklassen korrelieren, die somit wiederum als molekularer Mechanismus zur Steuerung des altersabhängigen Verhaltens in Frage kommen.
Zusammengefasst bestätigen die Ergebnisse aus den Transkriptomstudien den Erfolg meines experimentellen Ansatzes zur Identifikation molekularer Kandidatenmechanismen für umweltbedingte strukturelle Plastizität im Honigbienengehirn. Zudem liefern die Ergebnisse der Transkriptions-Sequenzierung einen deutlichen Hinweis auf den Einfluss von DNA-Methylierung auf strukturelle neuronale Plastizität.
Um die Rolle von DNA-Methylierung im Zusammenhang mit neuronaler- und Verhaltensplastizität besser zu verstehen, zielt das zweite Kapitel dieser Arbeit auf eine genauere Charakterisierung dieses epigenetischen Vorgangs in einem natürlicheren Kontext ab. Dazu wurde die Expression der DNA Methyltransferase 3 (DNMT3) und von Ten-eleven translocation Methylcytosine Dioxygenase (TET) zwischen Bienen im Innen- und Außendienst verglichen. DNMT3 ist zuständig für die de novo DNA-Methylierung, wohingegen TET DNA durch die Konvertierung von methylierten Cytosin (5mC) in hydroxymethyliertes Cytosin (5hmC) demethyliert. Die Ergebnisse dieses Versuchs deuten auf eine altersabhängige, aber auch auf eine umweltbedingte Expression dieser beiden epigenetischen Schlüsselgene hin. Zusätzlich sind zwei untersuchte DEGs in diesem Versuchsaufbau differentiell methyliert, wobei eines dieser Gene mit Plastizitätsbezug, bubblegum (bgm), bereits in den Lichtexperimenten als differentiell methyliert charakterisiert wurde. Dadurch wird der Verdacht des Einflusses von DNA-Methylierung bei neuronaler- und Verhaltensplastizität weiter verstärkt.
Resultate der Versuche im zweiten Kapitel lassen weitere Funktionen von DNMT3 und TET über ihre traditionelle Rolle in DNA-Methylierung/Demethylierung hinaus vermuten. In dieser Arbeit ist TET im Honigbienengehirn weit mehr exprimiert als DNMT3. Das steht in starkem Kontrast zu dem relativ geringen Vorkommen von 5hmC im Vergleich zu 5mC und deutet auf zusätzliche Funktionen von TET in der Honigbiene hin, z.B. bei RNA-Modifikationen wie es bei Drosophila nachgewiesen wurde. Eine Antikörperfärbung gegen DNMT3 zeigt eine unerwartet geringe Konzentration dieses Enzyms im Zellkern, dafür aber ein relativ starkes Vorkommen im Zytoplasma. Die Funktion von zytoplasmatischem DNMT3 ist unbekannt, könnte aber einen regulatorischen Mechanismus der DNA-Methylierung durch zytoplasmatisch-nukleare Translokation des Enzyms darstellen, oder aber auf eine zusätzliche Rolle des Proteins bei RNA-Modifikationen, ähnlich wie für TET, hinweisen.
Abschließend lässt sich sagen, dass diese Doktorarbeit, durch die vielversprechende Identifizierung von epigenetischen Mechanismen und von aussichtsreichen Kandidatengenen für strukturelle Plastizität im Honigbienengehirn, auf neue Wege in der zukünftigen Erforschung neuronaler Plastizität weist. Des Weiteren präsentiere ich Daten, welche auf bisher unbekannte Funktionen von DNMT3 hinweisen und eine weitere Erforschung dieses Enzyms nötig machen um seine Rolle vollständig zu verstehen.
KW  - Neuronale Plastizität
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-138466
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bendias, Michel Kalle
T1  - Quantum Spin Hall Effect - A new generation of microstructures
T1  - Quantum Spin Hall Effekt - Eine neue Generation an Mikrostrukturen
N2  - The presented thesis summarizes the results from four and a half years of intense lithography development on (Cd,Hg)Te/HgTe/(Cd,Hg)Te quantum well structures. The effort was motivated by the unique properties of this topological insulator. Previous work from Molenkamp at al.\ has proven that the transport through such a 2D TI is carried by electrons with opposite spin, counter-propagating in 1D channels along the sample edge. However, up to this thesis, the length of quantized spin Hall channels has never been reported to exceed 4 µm. Therefore, the main focus was put on a reproducible and easy-to-handle fabrication process that reveals the intrinsic material parameters.

Every single lithography step in macro as well as microscopic sample fabrication has been re-evaluated. In the Development, the process changes have been presented along SEM pictures, microgaphs and, whenever possible, measurement responses.

We have proven the conventional ion milling etch method to damage the remaining mesa and result in drastically lower electron mobilities in samples of microscopic size.

The novel KI:I2:HBr wet etch method for macro and microstructure mesa fabrication has been shown to leave the crystalline structure intact and result in unprecedented mobilities, as high as in macroscopic characterization Hall bars. Difficulties, such as an irregular etch start and slower etching of the conductive QW have been overcome by concentration, design and etch flow adaptations. In consideration of the diffusive regime, a frame around the EBL write field electrically decouples the structure mesa from the outside wafer. As the smallest structure, the frame is etched first and guarantees a non-different etching of the conductive layer during the redox reaction. A tube-pump method assures reproducible etch results with mesa heights below 300 nm. The PMMA etch mask is easy to strip and leaves a clean mesa with no redeposition. From the very first attempts, to the final etch process, the reader has been provided with the characteristics and design requirements necessary to enable the fabrication of nearly any mesa shape within an EBL write field of 200 µm.

Magneto resistance measurement of feed-back samples have been presented along the development chronology of wet etch method and subsequent lithography steps. With increasing feature quality, more and more physics has been revealed enabling detailed evaluation of smallest disturbances. The following lithography improvements have been implemented. They represent a tool-box for high quality macro and microstructure fabrication on (CdHg)Te/HgTe of almost any kind.

    The optical positive resist ECI 3027 can be used as wet and as dry etch mask for structure sizes larger than 1 µm. It serves to etch mesa structures larger than the EBL write field.         
    The double layer PMMA is used for ohmic contact fabrication within the EBL write field. Its thickness allows to first dry etch the (Cd,Hg)Te cap layer and then evaporate the AuGe contact, in situ and self-aligned. Because of an undercut, up to 300 nm can be metalized without any sidewalls after the lift-off. An edge channel mismatch within the contact leads can be avoided, if the ohmic contacts are designed to reach close to the sample and beneath the later gate electrode.
    The MIBK cleaning step prior to the gate application removes PMMA residuals and thereby improves gate and potential homogeneity.
    The novel low HfO2-ALD process enables insulator growth into optical and EBL lift-off masks of any resolvable shape. Directly metalized after the insulator growth, the self-aligned method results in thin and homogeneous gate electrode reproducibly withholding gate voltages to +-10 V.
    The optical negative resist ARN 4340 exhibits an undercut when developed. Usable as dry etch mask and lift-off resist, it enables an in-situ application of ohmic contacts first etching close to the QW, then metalizing AuGe. Up to 500 nm thickness, the undercut guarantees an a clean lift-off with no sidewalls. 

The undertaken efforts have led to micro Hall bar measurements with Hall plateaus and SdH-oszillations in up to now unseen levels of detail.

The gap resistance of several micro Hall bars with a clear QSH signal have been presented in Quantum Spin Hall. The first to exhibit longitudinal resistances close to the expected h/2e2 since years, they reveal unprecedented details in features and characteristics. It has been shown that their protection against backscattering through time reversal symmetry is not as rigid as previously claimed. Values below and above 12.9 kΩ been explained, introducing backscattering within the Landauer-Büttiker formalism of edge channel transport. Possible reasons have been discussed. Kondo, interaction and Rashba-backscattering arising from density inhomogeneities close to the edge are most plausible to explain features on and deviations from a quantized value. Interaction, tunneling and dephasing mechanisms as well as puddle size, density of states and Rashba Fields are gate voltage dependent. Therefore, features in the QSH signal are fingerprints of the characteristic potential landscape.

Stable up to 11 K, two distinct but clear power laws have been found in the higher temperature dependence of the QSH in two samples. However, with ΔR = Tα, α = ¼  in one (QC0285) and α = 2 in the other (Q2745), none of the predicted dependencies could be confirmed. Whereas, the gap resistances of QC0285 remains QSH channel dominated up to 3.9 T and thereby confirmed the calculated lifting of the band inversion in magnetic field. The gate-dependent oscillating features in the QSH signal of Q2745 immediately increase in magnetic field. The distinct field dependencies allowed the assumption of two different dominant backscattering mechanisms.

Resulting in undisturbed magneto transport and unprecedented QSH measurements The Novel Micro Hall Bar Process has proven to enable the fabrication of a new generation of microstructures.
N2  - In der vorliegenden Dissertation wurden die Ergebnisse von viereinhalb Jahren lithographischer Prozessentwicklung an (Cd,Hg)Te/HgTe/(Cd,Hg)Te Quantum Well Strukturen  präsentiert.  Motiviert wurde der Aufwand mit den einzigartigen Eigenschaften des zweidimensionalen Topologischen Isolators. In früheren Arbeiten von Molenkamp et al. ist gezeigt worden, dass der Stromtransport im Quantum Spin Hall (QSH) Regime durch zwei Randkanäle  mit Elektronen entgegengerichteter Spin- und Propagationsrichtung erfolgt. Trotz der Vorhersage geschützten Randkanaltransports durch Zeit-Umkehr Invarianz, gab es bis zu der hier vorgenommenen Prozessoptimierung keine ungestörten Quantum Spin Hall Messungen oberhalb einer Länge von 4 µm.  Deswegen wurde das Hauptaugenmerk der Entwicklung auf einen möglichst einfachen, reproduzierbaren und ungestörten Herstellungsprozess für QSH Mikrostrukturen gelegt.

Die Ergebnisse der vollständigen Überarbeitung jedes einzelnen Lithographie-Schrittes für marko- und mikroskopische Probenstrukturierung wurden in Development erläutert. Die Anpassungen wurden anhand von Elektronen-, Lichtmikroskop-Aufnahmen und wann immer möglich auch Messungen motiviert, überprüft und für besser befunden.

Es wurde aufgezeigt, dass das bisher übliche Verfahren zum ätzen der Mesa mit beschleunigen Argon-Ionen das Material auch lateral beschädigt und mit drastisch reduzierten Elektronen-Beweglichkeiten in mikroskopischen Proben einhergeht.

Ein neuartiger KI:I2:HBr nass-Ätzprozess  hingegen, hat sich als nicht invasiv erwiesen.  Ohne die Kristallstruktur zu zerstören lassen sich damit Mikrostrukturen herstellen, welche sich durch beispiellos hohe Beweglichkeiten und Signalgüte auszeichnen. Schwierigkeiten, wie der unregelmäßige Ätz-Start und das langsamere Ätzen der leitfähigen Schicht sind durch Konzentrations-, Design- und Flussanpassungen sukzessive gelöst worden. Unter Beachtung des diffusiven Ätz-Charakters, sorgt ein schmaler Rahmen um das Schreibfeld des Elektronen Mikroskops für eine elektrische Entkopplung der späteren Mesa innen, mit dem Elektronen-Reservoir außen. Damit wird sichergestellt, dass die Leitfähigkeit des Quantentroges in der Redoxreaktion des Ätzens eine untergeordnete Rolle spielt. Durch den regulierbaren Fluss einer Schlauchpumpe lassen sich so reproduzierbar saubere Mesas auch unterhalb 300 nm Höhe herstellen.  Die PMMA Ätzmaske kann rückstandsfrei entfernen werden.

Über die ersten Versuche, bis hin zum letztendlichen Prozess, wurde dem Leser dabei das notwendige Wissen und Verständnis zur Durchführung der Mikrostrukturierung an die Hand gegeben. Unter Beachtung der charakteristischen Eigenheiten des nasschemischen Prozesses, lassen sich so nahezu alle Mesa-Formen innerhalb eines 200x200 µm2 Schreibfeldes realisieren.

Anhand von Hall-Messungen an Kontrollproben, wurde die sukzessive Erhöhung der Probenqualität durch den Ätzprozess und die vollständige Überarbeitung der darauf folgenden Lithographie-Prozesse bewiesen. Mit mehr und mehr Physik in den Messungen haben sich selbst kleine Auswirkungen des Lithographie-Prozesses auf die Probeneigenschaften testen lassen. Die folgenden Verbesserungen tragen maßgeblich zu diesem Ergebnis bei. Hier angewendet auf Mikro-Hall-Bars, lassen sich die Prozesse für die Herstellung fast jedweder Struktur auf (Cd,Hg)Te/HgTe anpassen.

    Der optische positiv Photo-Lack ECI 3027 kann sowohl als Nass- und auch Trockenätzmaske verwendet werden. Mit einer minimalen Auflösung größer 1 µ m wurde er hier eingesetzt, um Strukturen um das Elektronenmikroskop-Schreibfeld zu ätzen.
    Der PMMA Doppellagen Resist ist dick und weist nach dem Entwickeln ein unterhöhltes Lackprofil auf. Dies erlaubt ihn zuerst zum Heranätzen und dann zum Metallisieren der Ohmschen Kontakte zu nutzen. Bis zu 300 nm Metall können dabei ohne Überhöhungen in-situ und selbstjustierend aufgebracht werden. Es wurde gezeigt, dass Kontakte nahe der Hall-Bar bis unterhalb der späteren Gate-Elektrode, in höheren Magnetfeldern nicht zu Störungen der Messung führen.

Der MIBK Reinigungs Schritt vor dem Aufbringen der Gate-Elektrode entfernt PMMA Rückstände vorheriger Prozesse.  In Hall-Messungen wurde gezeigt, dass dies die Homogenität des Gate-Einflusses deutlich verbessert.

Der neuartige Tieftemperatur HfO2 ALD Prozess ermöglicht Isolator Wachstum auf Photo-Resist und PMMA Lift-off Masken. Dies wiederum ermöglicht eine Gate-Metallisierung direkt im Anschluss.  Dadurch lassen sich auch kleine Gate-Elektroden mit homogenem Potential-Einfluss herstellen, welche reproduzierbar Spannungen bis +-10 V aushalten.

Der optische negativ Photo-Lack ARN 4340 ermöglicht das Heranätzen und Metallisieren von Ohmschen Kontakten in Strukturgrößen größer 1 µm. Das ebenfalls unterhöhlte Lackprofil erlaubt dabei die Aufbringung von bis zu 500 nm dicken Schichten und einen problemlosen Lift-off.

Die unternommenen Anstrengungen haben dabei zu den bisher Besten und Detailsreichsten Messungen von Hall-Plateaus und Shubnikov-De Haas Oszillationen in (Cd,Hg)Te/ HgTe Mikrostrukturen geführt.

Messungen mit einem klaren QSH Signal im Längswiderstand von mehreren Mikro-Hall-Bars wurden präsentiert. Nach jahrelangen Bemühungen weisen diese Proben erstmalig wieder einen Bandlücken-Widerstand nahe der erwarteten Quantisierung von zwei Randkanälen auf.

Es wurde aufgezeigt, dass die vermeintliche geschützten Randzustände durchaus rück-streuen. Mit der Implementierung von Streuern im Landauer-Büttiker Formalismus für Randkanaltransport lassen sich Abweichungen unter- und oberhalb der erwarteten 12.9 kΩ begründen. Als mögliche Ursachen wurden Dichte-Inhomogenitäten ausgemacht, welche in Kondo-, Wechselwirkungs- und Rashba-Rückstreuprozessen resultieren.  Im komplexen Zusammenspiel von Wechselwirkung, Tunnelprozessen und Spin-Dephasierung, der unbekannten Verteilung von Inhomogenitäten, ihrer Größe und Dichte sowie der Feldabhängig-keit aller Parameter, hat sich keiner der diskutierten Mechanismen als dominant bewiesen. In noch nie dagewesenen Details erwies sich die Gate- und Magnetfeldabhängigkeit des QSH Signals als ein Fingerabdruck der hintergründigen Potential-Landschaft.

Die Signale von zwei unterschiedlichen Proben sind Temperatur- und Magnetfeldabhängig untersucht worden.  Dabei haben mehrere Argumente zu der Schlussfolgerung geführt, dass unterschiedliche Rückstreumechanismen in den Proben dominieren:

    Mit einem flachen QSH Plateau in der einen (QC0285), und in Gate-Spannung oszillierender Merkmale auf dem QSH Signal der anderen Probe (Q2745), zeigen sich erste Unterschiede bereits in den Gate-Messungen.
    In Temperatur-abhängigen Messungen erweist sich deren QSH Signal zwar als stabil bis 11\,K, folgt dann aber ΔR = Tα  mit α = 1/4 in QC0285 und α = 2 in Q2745.
    Im Magnetfeld bleibt die Bandlücke in QC0285 bis zum kritischen Feld der Invertierungsaufhebung Randkanal-Transport dominiert. Die Oszillierenden Merkmale auf dem QSH Signal in Q2745 dagegen, reagieren schon auf kleine Felder mit einer Erhöhung im Widerstand.

Die unvergleichliche Qualität der hier präsentierten Hall-Messungen und QSH Signale und das bis ins letzte Detail optimierte Herstellungsverfahren, rechtfertigen es von einer neuen Generation an QSH Mikrostrukturen zu sprechen.
KW  - Topological insulators
KW  - Quecksilbertellurid
KW  - Quantum Spin Hall Effect
KW  - Lithography
KW  - Macroscopic transport
KW  - Quecksilbertellurid
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Quanten-Hall-Effekt
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168214
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Bundschuh, Ralph A.
A1  - Higuchi, Takahiro
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Rowe, Steven P.
A1  - Zsótér, Norbert
A1  - Kroiss, Matthias
A1  - Fassnacht, Martin
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Kreissl, Michael C.
A1  - Lapa, Constantin
T1  - Volumetric and Texture Analysis of Pretherapeutic \(^{18}\)F-FDG PET can Predict Overall Survival in Medullary Thyroid Cancer Patients Treated with Vandetanib
JF  - Endocrine
N2  - Purpose: The metabolically most active lesion in 2-deoxy-2-(\(^{18}\)F)fluoro-D-glucose (\(^{18}\)F-FDG) PET/CT can predict progression-free survival (PFS) in patients with medullary thyroid carcinoma (MTC) starting treatment with the tyrosine kinase inhibitor (TKI) vandetanib. However, this metric failed in overall survival (OS) prediction. In the present proof of concept study, we aimed to explore the prognostic value of intratumoral textural features (TF) as well as volumetric parameters (total lesion glycolysis, TLG) derived by pre-therapeutic \(^{18}\)F-FDG PET. 
Methods: Eighteen patients with progressive MTC underwent baseline \(^{18}\)F-FDG PET/CT prior to and 3 months after vandetanib initiation. By manual segmentation of the tumor burden at baseline and follow-up PET, intratumoral TF and TLG were computed. The ability of TLG, imaging-based TF, and clinical parameters (including age, tumor marker doubling times, prior therapies and RET (rearranged during transfection) mutational status) for prediction of both PFS and OS were evaluated. 
Results: The TF Complexity and the volumetric parameter TLG obtained at baseline prior to TKI initiation successfully differentiated between low- and high-risk patients. Complexity allocated 10/18 patients to the high-risk group with an OS of 3.3y (vs. low-risk group, OS=5.3y, 8/18, AUC=0.78, P=0.03). Baseline TLG designated 11/18 patients to the high-risk group (OS=3.5y vs. low-risk group, OS=5y, 7/18, AUC=0.83, P=0.005). The Hazard Ratio for cancer-related death was 6.1 for Complexity (TLG, 9.5). Among investigated clinical parameters, the age at initiation of TKI treatment reached significance for PFS prediction (P=0.02, OS, n.s.). 
Conclusions: The TF Complexity and the volumetric parameter TLG are both independent parameters for OS prediction.
KW  - personalized medicine
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - medullary thyroid carcinoma
KW  - tyrosine kinase inhibitor
KW  - TKI
KW  - vandetanib
KW  - 18F-FDG
KW  - positron emission tomography
KW  - 2-deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose
KW  - PET
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167910
SN  - 1355-008X
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Böhnke, Julian
A1  - Arrowsmith, Merle
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Activation of a Zerovalent Diboron Compound by Desymmetrization
T2  - Journal of the American Chemical Society
N2  - The desymmetrization of the cyclic (alkyl)(amino)carbene-supported diboracumulene, B\(_2\)(cAAC\(^{Me}\))\(_2\) (cAAC\(^{Me}\) = 1- (2,6-diisopropylphenyl)-3,3,5,5-tetramethylpyrrolidin-2-ylidene) by mono-adduct formation with IMe\(^{Me}\) (1,3-dimethylimidazol-2-ylidene) yields the zerovalent sp-sp\(^2\) diboron compound B\(_2\)(cAAC\(^{Me}\))\(_2\)(IMe\(^{Me}\)), which provides a versatile platform for the synthesis of novel symmetrical and unsymmetrical zerovalent sp\(^2\)-sp\(^2\) diboron compounds by adduct formation with IMe\(^{Me}\) and CO, respectively. Furthermore, B\(_2\)(cAAC\(^{Me}\))\(_2\)(IMe\(^{Me}\)) displays enhanced reactivity compared to its symmetrical precursor, undergoing spontaneous intramolecular C-H activation and facile twofold hydrogenation, the latter resulting in B-B bond cleavage and the formation of the mixed-base parent borylene, (cAAC\(^{Me}\))(IMe\(^{Me}\))BH.
KW  - diboryne
KW  - boron
KW  - carbenes
KW  - low-valent main group chemistry
KW  - erovalent diboron compounds
KW  - desymmetrization
KW  - bond activation
KW  - hydrogenation
KW  - borylene
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167983
N1  - This document is the unedited Author’s version of a Submitted Work that was subsequently accepted for publication in Journal of the American Chemical Society, copyright © American Chemical Society after peer review. To access the final edited and published work see https://doi.org/10.1021/jacs.8b06930
(Julian Böhnke, Merle Arrowsmith, and Holger Braunschweig: Reactivity Enhancement of a Zerovalent Diboron Compound by Desymmetrization, Journal of the American Chemical Society 2018, 140, (32), 10368-10373. DOI: 10.1021/jacs.8b06930)
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Hermann, Alexander
A1  - Cid, Jessica
A1  - Mattock, James D.
A1  - Dewhurst, Rian D.
A1  - Krummenacher, Ivo
A1  - Vargas, Alfredo
A1  - Ingleson, Michael J.
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Diboryldiborenes: π‐Conjugated B\(_4\) Chains Isoelectronic to the Butadiene Dication
T2  - Angewandte Chemie, International Edition
N2  - sp\(^2\)–sp\(^3\) diborane species based on bis(catecholato)diboron and N-heterocyclic carbenes (NHCs) are subjected to catechol/bromide exchange selectively at the sp\(^3\) boron atom. The reduction of the resulting 1,1-dibromodiborane adducts led to reductive coupling and isolation of doubly NHC-stabilized 1,2-diboryldiborenes. These compounds are the first examples of molecules exhibiting pelectron delocalization over an all-boron chain.
KW  - diboranes
KW  - diborenes
KW  - N-heterocyclic carbenes
KW  - boron chains
KW  - pi-conjugation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167977
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: A. Hermann, J. Cid, J. D. Mattock, R. D. Dewhurst, I. Krummenacher, A. Vargas, M. J. Ingleson, H. Braunschweig, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10091, which has been published in final form at https://doi.org/10.1002/anie.201805394. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Use of Self-Archived Versions.
ER  - 
TY  - THES
A1  - Technau, Marc
T1  - On Beatty sets and some generalisations thereof
T1  - Über Beatty-Mengen und einige Verallgemeinerungen dieser
N2  - Beatty sets (also called Beatty sequences) have appeared as early as 1772 in the astronomical studies of Johann III Bernoulli as a tool for easing manual calculations and - as Elwin Bruno Christoffel pointed out in 1888 - lend themselves to exposing intricate properties of the real irrationals. Since then, numerous researchers have explored a multitude of arithmetic properties of Beatty sets; the interrelation between Beatty sets and modular inversion, as well as Beatty sets and the set of rational primes, being the central topic of this book. The inquiry into the relation to rational primes is complemented by considering a natural generalisation to imaginary quadratic number fields.
N2  - Zu gegebener Beatty-Menge \(\mathscr{B}(\alpha,\beta) = \{ n\alpha+\beta : n\in\mathbb{N} \}\) mit irrationalem \(\alpha>1\) und \(\beta\in\mathbb{R}\), sowie gegebener Primzahl \(p\) und hierzu teilerfremdem \(z\) untersuchen wir das Problem der Auffindung von Punkten \((m,\tilde{m})\) auf der modularen Hyperbel
\[
	\mathscr{H}_{z,p} = \{(m,\tilde{m}) \in \mathbb{Z}^2\cap[1,p )^2 : m\tilde{m}\equiv z\mod p\}
\]
mit \(\max\{ m, \tilde{m} \}\) so klein wie möglich, d.h. wir für gewisse \(\alpha\) beweisen nichttriviale Abschätzungen für
\[
	\min\{ \max\{ m, \tilde{m} \} : (m,\tilde{m})\in\mathscr{H}_{z,p}, \, m\in\mathscr{B}(\alpha,\beta) \}.
\]
Der Beweis fußt auf neuen Abschätzungen für unvollständige Kloosterman-Summen entlang \(\mathscr{B}(\alpha,\beta)\), welche durch das Speisen einer Methode von Banks und Shparlinski mit neuen Abschätzungen für die periodische Autokorrelation der endlichen Folge
\[
	0,\, \operatorname{e}_p(y\overline{1}),\, \operatorname{e}_p(y\overline{2}),\, \ldots,\, \operatorname{e}_p(y\overline{p-1}), \quad \text{with \(y\) indivisible by \(p\)},
\]
erhalten werden; (Hierbei bezeichnet \(\overline{m}\) die eindeutige natürliche Zahl \(m'\in[1,p)\) mit \(mm'\equiv 1\bmod p\) und wir schreiben \(\operatorname{e}_p(x) = \exp(2\pi i x/p)\).) Für letzteres adaptieren wir Ideen von Kloosterman.

Des weiteren untersuchen wir Mengen der Form \(\{\lfloor m\alpha_1+n\alpha_2+\beta\rfloor : m,n\in\mathbb{N} \}\). Wir zeigen, dass diese stets in einer gewöhnlichen Beatty-Menge \(\mathscr{B}(\tilde{\alpha},\tilde{\beta})\) enthalten sind und geben zulässige Werte für \(\tilde{\alpha}\) und \(\tilde{\beta}\) an. Das Komplement \(\mathscr{C} = \mathscr{B}(\tilde{\alpha},\tilde{\beta}) \setminus \{\lfloor m\alpha_1+n\alpha_2+\beta\rfloor : m,n\in\mathbb{N} \}\) erweist sich als endliche Menge und wir bestimmen obere Schranken für das Supremum von \(\mathscr{C}\).
Die Beweise gründen sich auf einfache Verteilungseigenschaften der Folge der Nachkommastellen \(\{n\alpha_1^{-1}\alpha_2\}\), \(n=1,2,\ldots\), sofern \(\alpha_1^{-1}\alpha_2\) irrational ist, und berufen sich anderenfalls auf die Endlichkeit der Frobenius-Zahl einer geeignet gewählten Instanz des Frobeniusschen Münzproblems.

Abschließend verallgemeinern wir die Definition von Beatty-Mengen auf imaginär-quadratische Zahlkörper in einer natürlichen Weise. Hat der fragliche Zahlkörper Klassenzahl \(1\), so können wir zeigen, dass diese Beatty-artigen Mengen unendlich viele Primelemente enthalten, sofern der zugehörige Parameter \(\alpha\) nicht im betrachteten Zahlkörper enthalten ist. Für den speziellen Zahlkörper \(\mathbb{Q}(i)\) erhalten wir unter Benutzung des Hurwitzschen Kettenbruch-Algorithmus eine Zahlkörper-Variante eines früheren Resultats von Steuding und dem Autor, welches ein Beatty-Analogon des klassischen Linnikschen Satzes über die kleinste Primzahl in einer arithmetischen Progression darstellt.
Die erwähnten Resultate werden durch Zahlkörper-Varianten von klassischen Ergebnissen über die Verteilung von \(\{ p\vartheta \}\), \(p=2,3,5,7,11,\ldots\), \(\vartheta\in\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}\), erhalten; Diese wurden kürzlich von Baier mittels der Harmanschen Siebmethode für \(\mathbb{Q}(i)\) bewiesen. Wir übertragen die zugehörigen Überlegungen auf Zahlkörper mit Klassenzahl \(1\).
N2  - For Beatty sets \(\mathscr{B}(\alpha,\beta) = \{ n\alpha+\beta : n\in\mathbb{N} \}\) with irrational \(\alpha>1\) and \(\beta\in\mathbb{R}\), and \(p\) prime and coprime to \(z\), we investigate the problem of detecting points \((m,\tilde{m})\) on the modular hyperbola
\[
	\mathscr{H}_{z,p} = \{(m,\tilde{m}) \in \mathbb{Z}^2\cap[1,p )^2 : m\tilde{m}\equiv z\mod p\}
\]
with \(\max\{ m, \tilde{m} \}\) as small as possible, i.e., we obtain non-trivial estimates for
\[
	\min\{ \max\{ m, \tilde{m} \} : (m,\tilde{m})\in\mathscr{H}_{z,p}, \, m\in\mathscr{B}(\alpha,\beta) \}
\]
for certain \(\alpha\).
The proof rests on new estimates for incomplete Kloosterman sums along \(\mathscr{B}(\alpha,\beta)\) which are in turn obtained on supplying a method due to Banks and Shparlinski with a new estimate for the periodic autocorrelation of the finite sequence
\[
	0,\, \operatorname{e}_p(y\overline{1}),\, \operatorname{e}_p(y\overline{2}),\, \ldots,\, \operatorname{e}_p(y\overline{p-1}), \quad \text{with \(y\) indivisible by \(p\)},
\]
(\(\overline{m}\) denoting the unique integer \(m'\in[1,p)\) with \(mm'\equiv 1\bmod p\) and \(\operatorname{e}_p(x) = \exp(2\pi i x/p)\), the latter being obtained from adapting an argument due to Kloosterman.

Furthermore, we investigate sets of the shape \(\{\lfloor m\alpha_1+n\alpha_2+\beta\rfloor : m,n\in\mathbb{N} \}\). We show that they are always contained in some ordinary Beatty set \(\mathscr{B}(\tilde{\alpha},\tilde{\beta})\) where we give admissible choices for \(\tilde{\alpha}\) and \(\tilde{\beta}\). Their respective complement \(\mathscr{C}\) in this ordinary Beatty set is shown to be finite and bounds for the supremum of \(\mathscr{C}\) are provided. The proofs are based on basic distribution properties of the sequence of fractional parts \(\{n\alpha_1^{-1}\alpha_2\}\), \(n=1,2,\ldots\), when \(\alpha_1^{-1}\alpha_2\) is irrational, and appeal to the finiteness of the Frobenius number associated with a suitably chosen instance of the Frobenius coin problem otherwise.

Lastly, we generalise the definition of Beatty sets to imaginary quadratic number fields in a natural fashion. Assuming the number field in question to have class number \(1\), we are able to show that these Beatty-type sets contain infinitely many prime elements provided that the parameter corresponding to \(\alpha\) from above is not contained in the number field. When the number field is \(\mathbb{Q}(i)\), then, using the Hurwitz continued fraction expansion, we obtain a number field analogue of a previous result of Steuding and the author, who gave a Beatty set analogue of Linnik's famous theorem on the least prime number in an arithmetic progression. These results are obtained from number field analogues of classical results about the distribution of \(\{ p\vartheta \}\), \(p=2,3,5,7,11,\ldots\), \(\vartheta\in\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}\), which were worked out recently by Baier for \(\mathbb{Q}(i)\) using Harman's sieve method. We generalise these arguments to imaginary quadratic number fields with class number \(1\).
KW  - Zahlentheorie
KW  - Beatty sequence
KW  - Kloosterman sum
KW  - prime number
KW  - distribution modulo one
KW  - Diophantine approximation
KW  - imaginary quadratic field
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163303
SN  - 978-3-95826-088-7 (Print)
SN  - 978-3-95826-089-4 (Online)
N1  - Parallel erschienen als Druckausgabe in Würzburg University Press, ISBN 978-3-95826-088-7, 21,80 EUR.
PB  - Würzburg University Press
CY  - Würzburg
ET  - 1. Auflage
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Chen, Xinyu
A1  - Hirano, Mitsuru
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Decker, Michael
A1  - Higuchi, Takahiro
T1  - Novel \(^{18}\)F-labeled PET Imaging Agent FV45 targeting the Renin-Angiotensin System
JF  - ACS Omega
N2  - Renin–angiotensin system (RAS) plays an important role in the regulation of blood pressure and hormonal balance. Using positron emission tomography (PET) technology, it is possible to monitor the physiological and pathological distribution of angiotensin II type 1 receptors (AT\(_1\)), which reflects the functionality of RAS. A new \(^{18}\)F-labeled PET tracer derived from the clinically used AT\(_1\) antagonist valsartan showing the least possible chemical alteration from the valsartan structure has been designed and synthesized with several strategies, which can be applied for the syntheses of further derivatives. Radioligand binding study showed that the cold reference FV45 (K\(_i\) 14.6 nM) has almost equivalent binding affinity as its lead valsartan (K\(_i\) 11.8 nM) and angiotensin II (K\(_i\) 1.7 nM). Successful radiolabeling of FV45 in a one-pot radiofluorination followed by the deprotection procedure with 21.8 ± 8.5% radiochemical yield and >99% radiochemical purity (n = 5) enabled a distribution study in rats and opened a path to straightforward large-scale production. A fast and clear kidney uptake could be observed, and this renal uptake could be selectively blocked by pretreatment with AT\(_1\)-selective antagonist valsartan. Overall, as the first \(^{18}\)F-labeled PET tracer based on a derivation from clinically used drug valsartan with almost identical chemical structure, [\(^{18}\)F]FV45 will be a new tool for assessing the RAS function by visualizing AT\(_i\) receptor distributions and providing further information regarding cardiovascular system malfunction as well as possible applications in inflammation research and cancer diagnosis.
KW  - FV45
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - renin-angiotensin system
KW  - angiotensin II type 1 receptor
KW  - valsartan
KW  - positron emission tomography
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167144
SN  - 2470-1343
N1  - This is an open access article published under an ACS AuthorChoice License (http://pubs.acs.org/page/policy/authorchoice_termsofuse.html), which permits copying and redistribution of the article or any adaptations for non-commercial purposes.
VL  - 3
IS  - 9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Maas, Daniel Peter
T1  - Currency Areas, Monetary Policy, and the Macroeconomy
T1  - Währungsräume, Geldpolitik und die Makroökonomie
N2  - Hauptgegenstand der Dissertation ist die Analyse der makroökonomischen Auswirkungen der Gründung der Eurozone auf die Mitgliedsstaaten. Diese Analyse umfasst zwei Studien, die sich der Fragestellung aus verschiedenen Perspektiven nähern.  
Die erste Studie unternimmt einen Vergleich der Geldpolitik von EZB und von ausgewählten Zentralbanken des Europäischen Währungssystems (EWS). Es wird untersucht, inwiefern sich bei makroökonomischen Nachfrage- und Angebotsschocks die systematischen Reaktionen der EZB von denen der vier wichtigsten nationalen Zentralbanken des EWS (Deutschland, Frankreich, Italien und Spanien) unterscheiden. 
In der zweiten Studie werden die Ursachen für den Aufbau interner und externer Ungleichgewichte in Spanien, d.h. auf dem Immobilienmarkt und in der Leistungsbilanz, im Vorfeld der Finanzkrise 2007/08 analysiert. Dabei wird zwischen Spanien-spezifischen und Eurozonen-spezifischen Ursachen unterschieden und deren Erklärungsgehalt empirisch quantifiziert. 
In der dritten und letzten Studie der Dissertation wird ein preistheoretisches Kreditangebotsmodell entwickelt und empirisch geschätzt. Als Basis für die empirische Schätzung werden Daten des Kreditmarktes für deutsche Unternehmen verwendet.
Die methodische Vorgehensweise beinhaltet in allen Studien zeitreihenökonometrische Ansätze wie beispielsweise (Mehrländer-)Vektorautoregressionen (VARs) und Zeitreihenregressionen.
N2  - The main subject of this dissertation is the analysis of the impact of the creation of the Eurozone on its member countries. This analysis comprises two studies that analyze this research agenda from different perspectives. 
The first study compares the monetary policy of the ECB with the respective monetary policy of selected central banks of the European Monetary System (EMS). More precisely, conditional on aggregate demand and supply shocks, are there differences in the systematic central bank reaction function of the ECB and the four most important central banks of the EMS (Germany, France, Italy and Spain).
The second study analyzes the built-up of internal and external imbalances in Spain, i.e., on the housing market and in the current account, during the run-up to the financial crisis in 2007/08. The analysis differentiates between domestic Spain-specific factors and foreign Eurozone-factors that led to the macroeconomic imbalances.
The third and last study develops a price-theoretic credit supply model. In order to validate the model empirically, a credit market is estimated on the basis of data from the German credit market for enterprises. Finally, the results from the empirical exercise are compared to the predictions of the theoretic model. 
Methodologically, all studies draw heavily on time series methods such as (multi-country) vector autoregressions (VARs) and time series regressions.
KW  - Geldpolitik
KW  - Europäische Zentralbank
KW  - Währungsunion
KW  - Monetary Policy
KW  - Housing Markets
KW  - Bank Credit Market
KW  - Europäische Union
KW  - Mitgliedsstaaten
KW  - Notenbank
KW  - Makroökonomie
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168037
ER  - 
TY  - THES
A1  - Toepfer, Franziska Helene
T1  - Component selectivity and multistability in a \(Drosophila\) orientation paradigm using incoherent motion stimuli
T1  - Komponenten-Selektivität und Multistabilität in einem Orientierungsparadigma für \(Drosophila\) unter Verwendung inkohärenter Bewegungsreize
N2  - Visual information is essential for Drosophila to navigate its environment. The visual system of the fly has been studied for many decades and has yielded many insights about vision in general. However, visual information can be ambiguous and the system processing it needs to be able to cope with that. In this study, the visual orientation behavior of Drosophila is challenged by panoramic incoherent motion stimuli to which the fly can respond in three different, equally adaptive ways. The study is conducted in a well-established setup, the so-called flight simulator (Heisenberg and Wolf, 1993), where the fly can control its visual surroundings in stationary flight with its yaw torque, which is simultaneously recorded. The fly can either use one of two incoherently moving panorama patterns or the integrated motion of both as its reference for straight flight. It is observed that flies use all three of these behavioral alternatives for orientation.  Previous models of fly motion vision do not predict a bimodal tuning to incoherent wide-field motion stimuli (Joesch et al., 2008, Borst et al., 1995), however, a recent study on blowflies could suggests that they show component selectivity to the individual moving gratings in a compound plaid stimulus (Saleem et al., 2012). Here, it can be shown that the same bimodal tuning manifests in Drosophila, although the stimuli used are different and most of the experiments are conducted in closed loop. It is found that the extent to which the Drosophila expresses this component selectivity in its orientation behavior, i.e. how often it stabilizes a single panorama pattern instead of the integrated motion of both, depends on two properties of the panorama stimuli, pattern contrast and horizontal pattern element distance. Single pattern stabilization decreases with increasing contrast and increasing pattern element distance. In the latter case, it increases again when there are very few horizontal pattern elements, although that appears to be the result of a lack of rivalry between the patterns due to the low number of pattern elements. Both increased pattern contrast and pattern element distance increase the salience of the single pattern elements. A single element in a compound visual stimulus, like a dot within a dot pattern, can be interpreted as a standalone figure or a part of a bigger unit. Previous studies on Drosophila vision have concentrated on how the fly discriminates a figure from the background (Heisenberg and Wolf, 1984, Bahl et al., 2013, Aptekar et al., 2012), but have hardly touched the question of what qualifies a figure or a background (i.e. a panorama) stimulus as such. In the present study, it is observed that, when exposed to incoherent panoramic motion stimuli, the flies prefer to orient themselves towards the average of the two motions when the panorama stimuli possess strong figure features and towards the single patterns when they do not and single pattern elements are therefore less salient. 
The above-mentioned plaid stimuli are a well-known multistable percept in human psychophysics. Multistability is a property of higher visual systems and considered an indicator of endogenous activity in vision. As Drosophila expresses behavioral multistability in the IPMP, it is evaluated in this respect. The results show several parallels to human multistable perception. For one, the frequency and duration with which a behavior occurs, can be influenced, but the occurrence of the behaviors is non-deterministic and not coupled to the stimulus. It can also be shown that the switches between behaviors do not stem from a rivalry of the two visual hemispheres of the fly, although monocularity does also influence the likelihood with which the behaviors occur. Secondly, like in human perceptual rivalry, individual flies exhibit strong idiosyncrasies regarding the overall durations they spend with the different behaviors and the frequencies with which they switch between them. Finally, the distribution of the durations between the behavioral switches can be fit to the same function as the distribution of percept durations in human multistable perception, the gamma function, although it has a different shape and therefore also differing parameters. The Drosophila mutant radish, which has been shown to have attention-like deficits (van Swinderen and Brembs, 2010, Koenig et al., 2016a), does also express an altered behavior in the IPMP compared to wildtype flies. As these behavioral alterations resemble effects on multistable perception found in humans suffering from ADHD (Amador-Campos et al., 2015) and perceptual multistability is generally considered to be closely related to attention (Leopold and Logothetis, 1999), attentional processes are also very likely to play a role in the flies’ behavior in the IPMP.
In conclusion, the visual system of Drosophila is capable disentangle incoherent motion stimuli even if they overlap and cover the entire visual field, i.e. it shows component selectivity of wide-field motion. Whether it uses a single wide-field motion component or the average of two as its reference for straight flight depends on pattern contrast and horizontal pattern element density, which indicates an involvement of a figure-background rivalry. This rivalry and the one between the two wide-field motion components elicit a multistability in the orientation behavior of the fly the temporal dynamics of which partially resemble the temporal dynamics of human multistable perception and which also suggests the involvement of attentional processes.
N2  - Visuelle Information ist von wesentlicher Bedeutung für Drosophila um sich in ihrer Umgebung zurecht zu finden. Das visuelle System der Fliege wird seit vielen Jahrzehnten untersucht und hat wichtige Erkenntnisse über Sehen im Allgemeinen hervorgebracht. Visuelle Information kann mehrdeutig sein und das System, das sie verarbeitet muss in der Lage sein damit umzugehen. In dieser Arbeit wird das visuelle Orientierungsverhalten von Drosophila durch inkohärente Großfeldbewegungen herausgefordert, auf die die Fliege auf drei verschiedene, gleich plausible Weisen reagieren kann. Die Studie wird in einem etablierten Versuchsaufbau durchgeführt, dem sogenannten Flugsimulator (Heisenberg and Wolf, 1993), in dem die Fliege im stationären Flug ihren visuellen Input  mit ihrem Drehmoment kontrollieren kann. Die Fliege kann entweder eines von zwei sich inkohärent bewegenden Panoramamustern oder deren integrierte Gesamtbewegung als Referenz für ihren Geradeausflug nutzen. Es wird beobachtet, dass die Fliegen alle drei dieser Verhaltens-Alternativen zur Orientierung benutzen. Bisherige Modelle des Bewegungssehens der Fliege sagen keine bimodale Reaktion auf inkohärente Bewegungsreize vorher (Borst et al., 1995, Joesch et al., 2008), allerdings konnte kürzlich eine Studie an Calliphora zeigen, dass diese Komponenten-Selektivität bezüglich der einzelnen Bewegungen der Streifenmuster eines daraus zusammengesetzten Karomusters zeigen (Saleem et al., 2012). Hier kann gezeigt werden, dass diese bimodale Reaktion auch in Drosophila der Fall ist, obwohl die visuellen Stimuli unterschiedlich sind und die meisten Experimente im geschlossenen Regelkreis durchgeführt werden. Des weiteren zeigt sich, dass der Umfang in dem Drosophila diese Komponentenselektivität in ihrem Orientierungsverhalten zeigt, d.h. wie häufig sie ein einzelnes Panoramamuster statt der integrierten Bewegung von beiden stabilisiert, von zwei Eigenschaften des Musters, dem Musterkontrast und dem horizontalen Abstand der einzelnen Musterelemente, abhängt. Die Einzelmusterstabilisierung nimmt mit steigendem Kontrast und steigendem Musterelementabstand ab. Bei letzterem steigt sie wieder, wenn die Anzahl der horizontalen Musterelemente sehr gering ist, allerdings scheint dies das Ergebnis von fehlender Konkurrenz zwischen den Mustern aufgrund der niedrigen Anzahl der Musterelemente zu sein. Sowohl gesteigerter Kontrast und Musterelementabstand steigern das Hervorstechen der einzelnen Musterelemente. Ein einzelnes Element in einem zusammengesetzen visuellen Stimulus, wie ein Punkt in einem Punktemuster, kann sowohl als alleinstehendes Objekt als auch als Teil einer größeren Einheit interpretiert werden. Bisherige Studien am visuellen System von Drosophila haben sich darauf konzentriert, wie die Fliege ein Objekt vom Hintergrund unterscheidet (Aptekar et al., 2012, Bahl et al., 2013, Heisenberg and Wolf, 1984), aber kaum behandelt, was ein Objekt oder einen Hintergrund als solchen definiert. In dieser Studie wird beobachtet, dass die Fliege, wenn sie mit zwei sich inkohärent bewegenden Panoramastimuli konfrontiert wird, es bevorzugt sich am Mittelwert der beiden Bewegungen zu orientieren, wenn diese starke Objekteigenschaften aufweisen und an den Einzelmustern, wenn sie dies nicht der Fall ist und die einzelnen Musterelement daher weniger stark hervorstehen. 
Die erwähnten Karomusterreize sind ein bekanntes Beispiel multistabiler Wahrnehmung der Humanpsychophysik. Multistabilität ist eine Eigenschaft höherer visueller Systeme und ein Indikator von endogener Aktivität. Da Drosophila Multistabilität in ihrem Verhalten im IPMP aufweist, wird es diesbezüglich ausgewertet.  Die Ergebnisse zeigen mehrere Parallelen zur menschlichen multistabilen Wahrnehmung. Zum einen kann die Häufigkeit und die Dauer mit der ein Verhalten auftritt, beeinflusst werden, aber das Auftreten der Verhaltensweisen ist nicht deterministisch und nicht an den Stimulus gekoppelt. Es kann auch gezeigt werden, dass die Wechsel zwischen den Verhaltensweisen nicht von einer Rivalität zwischen den beiden visuellen Hemisphären der Fliege herrühren, obwohl Monokularität die Wahrscheinlichkeit mit der die Verhaltensweisen auftreten, beeinflusst. Zweitens weisen die einzelnen Fliegen, wie auch Menschen in multistabilen Wahrnehmungsparadigmen, starke Idiosynkrasien bezüglich der Gesamtdauer, die sie mit einem Verhalten verbringen und der Häufigkeit mit der sie zwischen diesen hin und her wechseln, auf. Schließlich folgt die Verteilung der Zeitspannen zwischen den Wechseln zwischen den Verhaltensweisen der gleichen Funktion wie die Verteilung der Wahrnehmungsdauern in der menschlichen multistabilen Wahrnehmung, der Gamma-Funktion, obwohl sie eine unterschiedliche Form hat und daher auch andere Parameter. Die Drosophila-Mutante radish, von der gezeigt werden konnte, dass sie aufmerksamkeits-ähnliche Defizite hat (van Swinderen and Brembs, 2010, Koenig et al., 2016a), zeigt im Vergleich mit wildtypischen Fliegen auch im IPMP ein verändertes Verhalten. Da diese Veränderungen Effekten auf multistabile Wahrnehmung ähneln, die bei ADHS-Patienten gefunden wurden (Amador-Campos et al., 2015) und multistabile Wahrnehmung im Allgemeinen als nahe verwandt mit Aufmerksamkeit angesehen wird (Leopold and Logothetis, 1999), spielen Aufmerksamkeitsprozesse sehr wahrscheinlich auch eine Rolle im Verhalten der Fliege im IPMP.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das visuelle System von Drosophila in der Lage ist inkohärente Bewegungsreize sogar dann zu trennen wenn diese vollständig überlappen und das gesamte Sehfeld umfassen, d.h. es weist Komponentenselektivität von Großfeldbewegungen auf. Ob sie eine einzele Großfeldbewegungskomponente oder den Mittelwert von Zweien als Referenz für Geradeausflug nutzt, hängt von Kontrast und Dichte der horizontalen Musterelemente ab, was eine Beteiligung einer Objekt-Hintergrund-Rivalität impliziert. Diese Rivalität und diejenige zwischen den beiden Großfeldbewegungskomponenten lösen eine Multistabilität im Orientierungsverhalten der Fliege aus, deren zeitliche Dynamik teilweise der der menschlichen multistabilen Wahrnehmung entspricht und die die Beteiligung von Aufmerksamkeitsprozessen wahrscheinlich macht.
KW  - Drosophila
KW  - Invertebrate vision
KW  - Transparent motion
KW  - Component selectivity
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-153346
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jones, Gabriel
T1  - Bioinspired FGF-2 delivery for pharmaceutical application
T1  - Bioinspiriertes Delivery von FGF-2 für eine pharmazeutische Applikation
N2  - In resent years the rate of biologics (proteins, cytokines and growth-factors) as newly registered drugs has steadily risen. The greatest challenge for pharmaceutical biologics poses its arrival at the desired target location due to e.g. proteolytic and pH dependent degradation, plasma protein binding, insolubility etc. Therefore, advanced drug delivery systems, where biologics are site directed immobilized to carriers mimicking endogenous storage sites such as the extra cellular matrix can enormously assist the application and consequently the release of exogenous administered pharmaceutical biologics. We have resorted to the fibroblast growth factor 2/ heparansulfate/ fibroblast growth factor bindingprotein 1 system as a model.
Phase I deals with the selection and subcloning of a wild type murine FGF-2 construct into the bacterial pHis-Trx vector system for high yields of expression and fast, feasible purification measurements. This first step enables the provision of mFGF-2, which plays a pivotal part as a growth factor in the wound healing process as well as the vascularization of tumors, for future investigations. Therefore, the correct expression of mFGF-2 was monitored via MALDI-MS and SDS-PAGE, whereas the proper folding of the tertiary beta-trefoil structure was assessed by fluorescence spectroscopy. The MTT assay allowed us to ensure that the bioactivity was comparable to sourced FGF-2. In the last step, the purity; a requirement for future binding- and protein-protein interaction assays was monitored chromatographically (RP-HPLC). In addition, a formulation for freeze-drying was developed to ensure protein stability and integrity over a period of 60 days. Altogether, the bacterial expression and purification proved to be suitable, leading to bioactive and stable production of mFGF-2.
In Phase II the expression, purification and characterization of FGFBP1, as the other key partner in the FGF-2/ HS/ FGFBP1 system is detailed. As FGFBP1 exhibits a complex tertiary structure, comprised of five highly conserved disulfide bonds and presumably multiple glycosylation sites, a eukaryotic expression was used. Human embryonic kidney cells (HEK 293F) as suspension cells were transiently transfected with DNA-PEI complexes, leading to expression of Fc-tagged murine FGFBP1. Different PEI to DNA ratios and expression durations were investigated for optimal expression yields, which were confirmed by western blot analysis and SDS-PAGE. LC-MS/MS analysis of trypsin and elastase digested FGFBP1 gave first insights of the three O-glycosylation sites. Furthermore, the binding protein was modified by inserting a His6-tag between the Fc-tag (for purification) and the binding protein itself to enable later complexation with radioactive 99mTc as radio ligand to track bio distribution of administered FGFBP1 in mice. Overall, expression, purification and characterization of mFGFBP1 variants were successful with a minor draw back of instability of the tag free binding protein.
Combining the insights and results of expressed FGF-2 as well as FGFBP1 directed us to the investigation of the interaction of each partner in the FGF-2/ HS/ FGFBP1 system as Phase III. Thermodynamic behavior of FGF-2 and low molecular weight heparin (enoxaparin), as a surrogate for HS, under physiological conditions (pH 7.4) and pathophysiological conditions, similar to hypoxic, tumorous conditions (acidic pH) were monitored by means of isothermal titration calorimetry. Buffer types, as well as the pH influences binding parameters such as stoichiometry (n), enthalpy (ΔH) and to some extent the dissociation constant (KD). These findings paved the way for kinetic binding investigations, which were performed by surface plasmon resonance assays. For the first time the KD of full length FGFBP1 and FGF-2 was measured. Furthermore the binding behavior of FGF-2 to FGFBP1 in the presence of various heparin concentrations suggest a kinetic driven release of bound FGF-2 by its chaperone FGFBP1.
Having gathered multiple data on the FGF-2 /HS /FGFBP1 system mainly in solution, our next step in Phase IV was the development of a test system for immobilized proteins. With the necessity to better understand and monitor the cellular effects of immobilized growth factors, we decorated glass slides in a site-specific manner with an RGD-peptide for adhesion of cells and via the copper(I)-catalyzed-azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) a fluorescent dye (a precursor for modified proteins for click chemistry). Human osteosarcoma cells were able to grow an the slides and the fluorescence dye was immobilized in a biocompatible way allowing future thorough bioactivity assay such as MTT-assays and phospho-ERK-assays of immobilized growth factors.
N2  - In den letzten Jahren ist der Anteil an Biologika (Proteine, Zytokine und Wachstumsfaktoren), die neu zugelassen wurden, kontinuierlich angestiegen. Die größte Herausforderung für Biopharmazeutika stellt das Erreichen des gewünschten Wirkortes dar, aufgrund von beispielsweise enzymatischen und pH abhängigem Abbau, Plasmaproteinbindung, und niedriger Löslichkeit. Daher können moderne Wirkstoffträgersysteme, in denen Biologika ortsspezifisch an Träger immobilisiert sind und endogene Aufbewahrungsorte nachahmen, wie zum Beispiel die extrazelluläre Matrix, die Anwendung enorm erleichtern und folglich auch die Freisetzung von Biopharmazeutika, die exogen verabreicht wurden ermöglichen. Wir haben uns auf das Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2/ Heparansulfat/ Fibroblasten-Wachstumsfaktor Bindungsprotein 1 (FGF-2/ HS/ FGFBP1) System als Modell gestützt.

Abschnitt I handelt von der Auswahl und der Subklonierung von einem wildtypischen, murinen FGF-2 Konstrukt in ein bakterielles pHis-Trx Vektorsystem – für hohe Ausbeuten bei der Expression und für eine schnell durchführbare Aufreinigung. Dieser erste Schritt ermöglicht die Bereitstellung von mFGF-2 für zukünftige Untersuchungen, das eine zentrale Rolle als Wachstumsfaktor im Wundheilungsprozess spielt, genauso wie bei der Gefäßversorgung von Tumoren. Daher wurde die richtige Expression von mFGF-2 durch MALDI-MS und SDS-PAGE überwacht, wobei die korrekte Faltung der tertiären beta-Faltblatt-Struktur durch Fluoreszenzmikroskopie ausgewertet wurde. Mit dem MTT Test konnten wir gewährleisten, dass die Bioaktivität von mFGF-2 und dem käuflich erworbenen FGF-2 übereinstimmen. Im letzten Schritt wurde die Reinheit, die eine wichtige Voraussetzung für künftige Bindungs- und Protein-Protein-Wechselwirkung-Untersuchungen darstellt, chromatographisch (RP-HPLC) überwacht. Des Weiteren wurde eine Formulierung zur Gefriertrocknung entwickelt, um die Stabilität und Unversehrtheit des Proteins über 60 Tage sicherzustellen. Insgesamt erwiesen sich die bakterielle Expression und Aufreinigung als geeignet und führten zur Herstellung von bioaktivem und stabilem mFGF-2.

Im Abschnitt II wird die Expression, Aufreinigung und Charakterisierung von FGFBP1 genau beschrieben, ein ebenso wichtiger Partner im FGF-2/HS/FGFBP1-System. Da FGFBP1 eine komplexe tertiäre Struktur aufweist, die aus fünf hochkonservierten Disulfidbrücken und vermutlich einigen Glykosylierungsstellen  besteht, wurde ein eukaryotisches Expressionssystem angewendet. Menschliche embryonale Nierenzellen (HEK 293F) wurden als Suspensionszellen transient mit DNA-PEI Komplexen transfiziert und führten zur Expression von Fc markiertem mausartigem FGFBP1. Verschiedene PEI:DNA Verhältnisse wurden untersucht, sowie die Dauer der Expression variiert, um die Ausbeute der Expression zu optimieren. Die Ergebnisse wurden mittels Western Blot und SDS-PAGE bestätigt. Die LC-MS/MS Messung, des mit Trypsin und Elastase verdautem FGFBP1, ergaben erste Erkenntnisse über die drei O-Glykosylierungsstellen. Des Weiteren wurde das Fusionsprotein durch Einschub eines His6-tags zwischen den Fc-tag und FGFBP1 erweitert, um dem Protein die Eigenschaft zu geben, mehrwertige Kationen zu komplexieren. 99mTc, als radioaktiver Ligand, kann in späteren Untersuchungen die Verteilung im Gewebe, anhand von Mäusen darstellen. Die Expression, Aufreinigung, sowie die Charakterisierung von den murinen FGFBP1 Varianten war erfolgreich, jedoch erwies sich das Bindungsprotein ohne Fc-Teil als weniger stabil.

Durch Zusammenfassung der Ergebnisse und Erkenntnisse der beiden exprimierten Proteine mFGF-2 und FGFBP1, konnten wir die Wechselwirkungen der Partner im FGF-2 /HS / FGFBP1 Systems untereinander im Abschnitt III untersuchen. Isotherme Titrationskalorimetrie wurde herangezogen, um das thermodynamische Verhalten von FGF-2 mit niedermolekularem Heparin (Enoxaparin), als Stellvertreter für HS, unter physiologischen Bedingungen (pH 7,4) und pathologischer Bedingungen (saurer pH, hervorgerufen durch Sauerstoffmangel im Tumorgewebe) aufzuklären. Sowohl die Art des Puffersystems als auch der pH Wert beeinflussen die Bindungsparameter: Enthalpie (DH), die Stöchiometrie (n) und zu einem gewissen Teil sogar die Dissoziationkonstante (KD). Die thermodynamischen Untersuchungen ermöglichten im folgenden Schritt, mittels Oberflächen Plasmon Resonanz (SPR), kinetische Bindungsverhältnisse zu ermitteln. Zum ersten Mal wurde dank der SPR Dissoziationskonstanten von FGFBP1 und FGF-2 erfasst.

Da alle bisherigen Erkenntnisse des FGF-2/ HS/ FGFBP1 Systems hauptsächlich von in Lösung gebrachten Partnern gewonnen wurden, erfolgte im Abschnitt IV die Entwicklung eines Testsystems für immobilisierte Proteine. Durch die zwingende Notwendigkeit zelluläre Effekte von immobilisierten Wachstumsfaktoren zu verstehen und zu beobachten, haben wir Objektträger aus Glas, in einem ortsspezifischem Verfahren mit einem RGD-Peptid, für die Zellanhaftung und mittels 1,3-Dipolare Cycloaddition einen Fluoreszenzfarbstoff (ein Vorläufer für „clickbare“, modifizierte Proteine) dekoriert.
Menschliche Knochenkrebszellen waren in der Lage auf diesen Objektträgern zu wachsen und der Farbstoff konnte in einem nicht zytotoxischen Verfahren spezifisch an der Oberfläche immobilisiert werden. Dieses Testsystem erlaubt in Zukunft ausführliche Bioaktivitäts- und Proliferationsstudien von immobilisierten Proteinen durchzuführen.
KW  - Fibroblastenwachstumsfaktor
KW  - Extrazelluläre Matrix
KW  - FGF
KW  - advanced drug delivery system
KW  - extra cellular matrix
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-153179
ER  - 
TY  - THES
A1  - Skaf, Joseph
T1  - Antileishmanial and antitrypanosomal compounds from \(Achillea\) \(fragrantissima\)
T1  - Antileishmanien- und Antitrypanosomen-Wirkstoffe aus \(Achillea\) \(fragrantissima\)
N2  - This PhD thesis is dealing with the bioassay-guided fractionation of a dichloromethane extract of the aerial parts of Achillea fragrantissima with the aim of isolation and structure isolation of the antileishmanial and/or antitrypanosomal principles in the plant.
N2  - Diese Dissertation beschäftigt sich mit der aktivitätsgeleiteten Fraktionierung eines Dichlormethanextrakts aus den oberirdischen Teilen von Achillea fragrantissima mit dem Ziel der Isolierung und Strukturaufklärung der anti-leishmanialen und/oder anti-trypanosomalen Verbindungen der Pflanze.
KW  - Schafgarbe <Gattung>
KW  - Antitrypanosomal
KW  - Antitrypanosomen
KW  - Flavonoinds
KW  - Sesquiterpene lactones
KW  - Alkamides
KW  - Achillea Fragrantissima
KW  - Flavoniden
KW  - Sesquiterpenlactonen
KW  - Alkamiden
KW  - Arzneimittelforschung
KW  - Trypanosomen
KW  - Leishmania
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167841
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sidiropoulou, Ourania
T1  - Characterization of the ATLAS-type Micromegas Detectors
T1  - Charakterisierung von Micromegas-Detektoren des ATLAS-Typs
N2  - Micromegas are parallel-plate gaseous detectors with micro-pattern readout structures that are able to measure precisely and efficiently at high particle rates. Their difference with respect to other gaseous detectors is that the space in which particles ionise the gas and create electrons is separated from the region in which these electrons are multiplied (or amplified) by a thin metallic mesh. In the ionisation region, typically a few mm thick, a moderate field of a few hundred V/cm is applied. The amplification region with a homogeneous electrical field of 40--50~kV/cm is only 100--150~$\upmu$m thick. The latter guarantees that the positive ions produced in the amplification process are rapidly evacuated and the possibility to build up space charge at high rate is reduced. Critical in micromegas detectors are sparks in the thin amplification region in the presence of the high electrical field. This problem was solved in 2011 by introducing a spark protection scheme. It consists of a layer of resistive strips on top of the readout strips, separated from the latter by a thin insulation layer. 

Micromegas with the spark protection scheme were selected as instrumentation of the first ATLAS forward muon station (NSW) in the upgrade of the ATLAS detector for the operation of the Large Hadron Collider (LHC) at high luminosity (HL-LHC), expected for 2026. 

The main subjects of this thesis are: the characterisation of the first micromegas quadruplet prototypes for the NSW detectors; the characterisation of the materials used in the spark-protection system; and the study of the influence of the mesh distance holders (pillars) on the detector performance.

The thesis starts with a brief introduction into the LHC and ATLAS projects, followed by a chapter that explains the reason for the upgrade of the ATLAS muon system and shows the layout of the NSW.

The first of the three main chapters covers the construction and the characterisation of the first two prototypes for the NSW detectors. These  detectors comprise four detection layers and have the same mechanical structure as the NSW detectors. The mechanical precision as well as the homogeneity of the detector response are discussed. The latter has been measured using X-rays and cosmic rays. The spatial resolution that can be achieved with these detectors precision has been measured at the MAMI accelerator at Mainz with low-energy electrons. The chapter is completed by a section that describes the successful integration of a data acquisition system (DAQ) into the official ATLAS DAQ system that was required for an initially planned installation of one of the prototypes on the existing Small Wheel.

The next chapter presents a study of the influence of temperature and humidity changes on the resistive strips used in the spark protection system. In addition the long-term stability of the resistive material  has been measured accumulating charge equivalent to 100 years of operation in the HL-LHC and exposing the samples to intense gamma irradiation equivalent to 10 years of HL-LHC operation.

The third part covers the impact of the mesh distance holders (pillars) on the performance of the detector. This study has been performed with a 10 x 10 cm$^2$ bulk-micromegas with two different pillar shapes. Both 5.9 keV gammas from a $^{55}$Fe and 8 keV X-rays from a Cu target were used. In this context also the electrostatic charge-up of the detector is discussed.

In the Appendices one finds a summary of the fundamental physics relevant for gaseous detectors as well as some supporting material for the topics covered in the main part of the thesis.
N2  - Micromegas-Detektoren sind Gas-Detektoren aus der Familie der Parallel-Platten-Detektoren mit sehr feinen Auslese-Elementen, die präzise und effizient  bei hohen Teilchenraten messen können. Sie unterscheiden sich von anderen Gas-Detektoren dadurch, dass der Bereich, in dem die zu messenden Teilchen das Gas ionisieren und damit Elektronen produzieren, von dem Bereich, in dem diese Elektronen vervielfältigt werden, durch ein feines metallisches Gitter getrennt ist. Im Ionisationsbereich der gewöhnlich mehrere mm dick ist, wird ein moderates elektrisches Feld von einigen hundert Volt angelegt. Der Vervielfachungs- oder Verstärkungsbereich mit einem homogenen elektrischen Feld von $\sim$40--50 kV/cm ist nur 100--150 $\upmu$m dick. Dadurch können die positiven Ionen, die im Vervielfältigungsprozess entstehen, schnell abgeleitet werden und der Aufbau von Raumladung bei hohen Teilchenraten wird begrenzt. Ein kritisches Element der Micromegas Detektoren sind spontane Entladungen in dem starken elektrischen Feld und dem sehr dünnen Verstärkungsbereich. Diese Problem wurde 2011 durch die Einführung einer Schutzschicht gelöst. Diese besteht aus einer dünnen Isolationsschicht über den Auslesestreifen, auf die Widerstandsstreifen aufgebracht werden. 

Micromegas-Detektoren mit Widerstandsschutz wurden für die Instrumentierung der ersten Station des ATLAS Myon-Systems in Vorwärtsrichtung (NSW) als Mess- und Auslöse-Instrumente für den Betrieb des Large Hadron Colliders (LHC) bei höherer Luminosität (HL-LHC, ab 2020) gewählt. 

Das Ziel dieser Arbeit ist: 1. die Messung der Eigenschaften der ersten Micromegas NSW Prototypen; 2. die Untersuchung der Eigenschaften des Materials, das für die Widerstandsstreifen benutzt wird; und 3. die Bestimmung des Einflusses der Gitter-Abstandshalter (pillars) auf die Eigenschaften des Detektors.

Die Arbeit beginnt mit einer kurzen Einführung, die den LHC und das ATLAS Projekt vorstellt, gefolgt von einem Kapitel, das erklärt, warum die jetzt installierten Myon-Detektoren ersetzt werden müssen, um bei einer konsequenten Erhöhung der LHC-Luminosität nicht an Messgenauigkeit zu verlieren. Es zeigt dann wie die neue Myon Station, das New Small Wheel (NSW), aussehen wird.

Im ersten der Hauptkapitel werden der Bau und die Untersuchung der ersten beiden Prototypen für die NSW Detektoren beschrieben. Diese Detektoren (MMSW) bestehen aus vier Messlagen und haben die gleiche mechanische Struktur wie die NSW Detektoren. Sowohl die mechanische Präzision als auch die Homogenität der Signale über den gesamten Detektor und die Teilchen-Nachweiswahrscheinlichkeit werden diskutiert. Letztere wurden mit Röntgenstrahlen und Teilchen aus der kosmischen Strahlung gemessen. Die Ortsauflösung wurde am MAMI Beschleuniger in Mainz mit nieder energetischen Elektronen gemessen.
Das Kapitel wird komplettiert durch einen Abschnitt, der die erfolgreiche Integration eines Datenerfassungssystems für die MMSW Detektoren in das offizielle ATLAS Datenerfassungssystem beschreibt. Solch ein System wurde für die ursprünglich geplante Installation eines der MMSW Detektoren in ATLAS gebraucht. 

Danach wird die Untersuchung der Eigenschaften der Widerstandsstreifen präsentiert, insbesondere deren Abhängigkeit von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit, sowie ihr Langzeitverhalten. Dafür wurden die Streifen einem Stromfluss ausgesetzt der 100 Jahren Betrieb im LHC entspricht, zum anderen einer Gamma Strahlendosis ausgesetzt, wie sie bei einem 10-jährigen LHC Betrieb erwartet wird. 

Im dritten Teil folgt eine ausführliche Studie des Einflusses der Gitter-Abstands-halter (pillars) auf die Ortsauflösung und die Nachweiswahrscheinlichkeit. Diese Studie wurde mit einem 10 $\times$ 10 cm$^2$ großen Micromegas Detektor mit zwei verschiedenen Abstandshalterformen sowohl mit 5.9 keV Gamma-Strahlen von einer $^{55}$Fe Quelle, als auch mit 8 keV Photonen aus einer Röntgen-Quelle durchgeführt. In diesem Zusammenhang wird auch die elektrostatische Aufladung des Detektors diskutiert. 

Im Anhang findet sich eine Zusammenfassung der physikalischen Grundlagen, die für Gasdetektoren relevant sind, sowie zusätzliches Material zu den oben beschriebenen Kapiteln.
KW  - micromegas detectors
KW  - ATLAS New Small Wheels (NSW)
KW  - resistive micromegas
KW  - micro pattern gaseous detectors
KW  - muon spectrometer
KW  - ATLAS <Teilchendetektor>
KW  - Gasionisationsdetektor
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167323
ER  - 
TY  - THES
A1  - von der Mühlen, Sarah
T1  - Fostering Students’ Epistemic Competences when Dealing with Scientific Literature
T1  - Die Förderung epistemischer Kompetenzen von Studierenden im Umgang mit wissenschaftlicher Literatur
N2  - The abilities to comprehend and critically evaluate scientific texts and the various arguments stated in these texts are an important aspect of scientific literacy, but these competences are usually not formally taught to students. Previous research indicates that, although undergraduate students evaluate the claims and evidence they find in scientific
documents to some extent, these evaluations usually fail to meet normative standards. In addition, students’ use of source information for evaluation is often insufficient. The rise of the internet and the increased accessibility of information have yielded some additional challenges that highlight the importance of adequate training and instruction.The aim of the present work was to further examine introductory students’ competences to systematically and heuristically evaluate scientific information, to identify relevant strategies that are involved in a successful evaluation, and to use this knowledge to design appropriate interventions for fostering epistemic competences in university students.To this end, a number of computer-based studies, including both quantitative and qualitative data as well as experimental designs, were developed. The first two studies were designed to specify educational needs and to reveal helpful processing strategies that are required in different tasks and situations. Two expert-novice comparisons were developed, whereby the performance of German students of psychology (novices) was compared to the performance of scientists from the domain of psychology (experts) in a number of different tasks, such as systematic plausibility evaluations of informal arguments (Study 1) or heuristic evaluations of the credibility of multiple scientific documents (Study 2). A think-aloud procedure was used
to identify specific strategies that were applied in both groups during task completion, and that possibly mediated performance differences between students and scientists. In addition, relationships between different strategies and between strategy use and relevant conceptual knowledge was examined. Based on the results of the expert-novice comparisons, an intervention study, consisting of two training experiments, was constructed to foster some
competences that proved to be particularly deficient in the comparisons (Study 3). Study 1 examined introductory students’ abilities to accurately judge the plausibility of informal arguments according to normative standards, to recognise common argumentation fallacies, and to identify different structural components of arguments. The results from Study 1 indicate that many students, compared to scientists, lack relevant knowledge about the structure of arguments, and that normatively accurate evaluations of their plausibility seem to be challenging in this group. Often, common argumentation fallacies were not identified correctly. Importantly, these deficits were partly mediated by differences in strategy use: It was especially difficult for students to pay sufficient attention to the relationship between argument components when forming their judgements. Moreover, they frequently relied on their intuition or opinion as a criterion for evaluation, whereas scientists predominantly determined quality of arguments based on their internal consistency.
In addition to students’ evaluation of the plausibility of informal arguments, Study 2 examined introductory students’ competences to evaluate the credibility of multiple scientific texts, and to use source characteristics for evaluation. The results show that students struggled not only to judge the plausibility of arguments correctly, but also to heuristically judge the credibility of science texts, and these deficits were fully mediated by their insufficient use of source information. In contrast, scientists were able to apply different strategies in a flexible manner. When the conditions for evaluation did not allow systematic processing (i.e. time limit), they primarily used source characteristics for their evaluations. However, when
systematic evaluations were possible (i.e. no time limit), they used more sophisticated normative criteria for their evaluations, such as paying attention to the internal consistency of arguments (cf. Study 1). Results also showed that students, in contrast to experts, lacked relevant knowledge about different publication types, and this was related to their ability to correctly determine document credibility. The results from the expert-novice comparisons also suggest that the competences assessed in both tasks might develop as a result of a more fundamental form of scientific literacy and discipline expertise. Performances in all tasks were positively related. On the basis of these results, two training experiments were developed that aimed at fostering university students’ competences to understand and evaluate informal arguments (Study 3). Experiment 1 describes an intervention approach in which students were familiarised with the formal structure of arguments based on Toulmin’s (1958) argumentation model. The performance of the experimental group to identify the structural components of this model was compared to the performance of a control group in which speed reading skills were practiced, using a pre-post-follow-up design. Results show that the training was successful for improving the comprehension of more complex arguments and relational aspects between key components in the posttest, compared to the control group. Moreover, an interaction effect was found with study performance. High achieving students with above average grades profited the most from the training intervention. Experiment 2 showed that
training in plausibility, normative criteria of argument evaluation, and argumentation fallacies improved students’ abilities to evaluate the plausibility of arguments and, in addition, their competences to recognise structural components of arguments, compared to a speed-reading control group. These results have important implications for education and practice, which will be discussed in detail in this dissertation.
N2  - Die Fähigkeit, wissenschaftliche Texte und die darin enthaltenen Argumente zu verstehen und kritisch zu beurteilen, ist ein zentraler Aspekt wissenschaftlicher Grundbildung, wird jedoch in der Schule kaum vermittelt. Obwohl Studierende die Behauptungen und Befunde, denen sie in der wissenschaftlichen Literatur begegnen, zu einem gewissen Grad kritisch bewerten, zeigen verschiedene Forschungsergebnisse, dass sie dies nicht in ausreichendem Maße tun und diese Evaluationen oft nicht den normativen Standards entsprechen. Darüber hinaus nutzen Studierende Quellenmerkmale nur unzureichend zur Beurteilung. Die Entstehung des Internets und die damit verbundene zunehmende Verfügbarkeit von Informationen stellen uns zudem vor einige wichtige Herausforderungen im Umgang mit diversen Informationsquellen
und unterstreichen die Relevanz entsprechender Trainings und Förderungsprogramme. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Kompetenzen beginnender Studierender, wissenschaftliche Informationen heuristisch und systematisch zu bewerten sowie wesentliche Strategien, die für eine erfolgreiche Beurteilung wissenschaftlicher Informationen benötigt werden, weiter zu erforschen und auf dieser Grundlage Interventionen zu entwickeln, um diese Kompetenzen bei Universitätsstudierenden gezielt zu fördern. Dazu wurden mehrere computergestützte Studien entwickelt, die sowohl qualitative, als auch quantitative Daten, sowie experimentelle Untersuchungsdesigns beinhalten. Die ersten beiden Studien wurden konzipiert, um Förderbedarf gezielt zu ermitteln und Verarbeitungsstrategien zu identifizieren, die in verschiedenen Aufgaben und unter verschiedenen Bedingungen hilfreich sind. Dazu wurden zunächst zwei Experten-Novizen-Vergleiche entwickelt, in denen die Leistungen von deutschen Psychologiestudierenden (Noviz(inn)en) in einer Reihe unterschiedlicher Aufgaben, z.B. bei der systematischen Bewertung der Plausibilität informeller Argumente (Studie 1) oder der heuristischen Bewertung der Glaubwürdigkeit multipler wissenschaftlicher Texte (Studie 2), mit den Leistungen von Wissenschaftler(inn)en aus dem Bereich der Psychologie (Expert(inn)en) verglichen wurden. Die Verwendung von Protokollen lauten Denkens diente dazu, die während der Aufgabenbearbeitung verwendeten Strategien, die die Leistungsunterschiede zwischen Studierenden und Wissenschaftler(inn)en möglicherweise mediieren, in beiden Gruppen genau zu erfassen. Darüber hinaus wurde untersucht, inwiefern unterschiedliche Strategien und die Nutzung bestimmter Strategien sowie relevantes konzeptuelles Wissen zusammenhängen. Basierend auf den Ergebnissen der Experten-Novizen-Vergleiche wurde anschließend eine Interventionsstudie, bestehend aus zwei Trainingsexperimenten, entwickelt, um einige Kompetenzen, die sich in den Vergleichen als besonders defizitär erwiesen hatten, gezielt zu fördern (Studie 3).
In Studie 1 wurde untersucht, inwiefern beginnende Studierende in der Lage sind, die Plausibilität informeller Argumente normativ angemessen zu beurteilen und gängige Argumentationsfehler zu erkennen, sowie verschiedene strukturelle Bestandteile von Argumenten zu identifizieren. Die Ergebnisse der Studie 1 legen nahe, dass es vielen Studierenden im Vergleich zu Wissenschaftler(inne)n an relevantem Wissen über die Struktur von Argumenten fehlt und die angemessene Bewertung ihrer Plausibilität für viele von ihnen eine große Herausforderung darstellt. Gängige Argumentationsfehler wurden häufig nicht richtig erkannt. Diese Leistungsunterschiede wurden teilweise durch eine unterschiedliche
Strategienutzung mediiert: Studierende zeigten große Schwierigkeit darin, Beziehungen zwischen Argumentbestandteilen ausreichend Beachtung zu schenken. Darüber hinaus verließen sie sich bei der Beurteilung häufig auf ihre Intuition oder Meinung zum Textinhalt, während Wissenschaftler(innen) die Qualität der Argumente in erster Linie auf der Grundlage
ihrer internen Konsistenz beurteilten. Neben Plausibilitätsbeurteilungen informeller Argumente untersuchte Studie 2 die
Kompetenz beginnender Studierender, die Glaubwürdigkeit multipler wissenschaftlicher Texte angemessen zu beurteilen und dabei auch Quellenmerkmale zur Beurteilung heranzuziehen. Die Ergebnisse zeigen, dass es Studierenden nicht nur schwerfiel, die Plausibilität von Argumenten angemessen zu beurteilen, sondern auch die Glaubwürdigkeit
wissenschaftlicher Texte heuristisch zu bewerten. Die Defizite auf Studierendenseite wurden dabei vollständig durch eine unzureichende Nutzung von Quellenmerkmalen mediiert. Wissenschaftler(innen) waren dagegen in der Lage, Strategien zur Beurteilung flexibel zu nutzen. Wenn eine systematische Verarbeitung nicht möglich war (Zeitlimit), griffen sie vor
allem auf Quellenmerkmale zurück. Wenn eine systematische Verarbeitung jedoch möglich war (kein Zeitlimit), nutzten sie komplexere normative Kriterien zur Beurteilung, wie etwa die Bewertung der internen Konsistenz der Argumente (Vgl. Studie 1). Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass es Studierenden an relevantem Wissen über verschiedene Publikationsarten fehlte und diese Schwierigkeiten waren korreliert mit der Fähigkeit, die Glaubwürdigkeit von
Texten angemessen zu beurteilen. Die Befunde der Experten-Novizen-Vergleiche liefern zudem Hinweise darauf, dass sich die in den unterschiedlichen Aufgaben erfassten Kompetenzen auf der Basis einer allgemeineren Form der wissenschaftlichen Grundbildung und disziplinären Expertise entwickeln könnten. Die Leistungen in unterschiedlichen
Aufgaben waren positiv korreliert. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden zwei Trainingsexperimente entwickelt,
um die Kompetenzen Studierender in Bezug auf das Verständnis und die kompetente Bewertung informeller Argumente, gezielt zu fördern (Studie 3). Experiment 1 beschreibt einen möglichen Interventionsansatz, um Studierende, basierend auf Toulmins (1958) Argumentationsmodell, besser mit der Struktur von Argumenten vertraut zu machen. Die Leistungen der Versuchsgruppe, verschiedene Argumentbestandteile dieses Modells korrekt zu identifizieren, wurden dabei in einem Prä-Post-Follow-up Design mit den Leistungen einer Kontrollgruppe verglichen, in der die Fähigkeit des schnellen Lesens trainiert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass das Training vor allem für das Verständnis komplexer und weniger typischer Argumente hilfreich war und Elemente, die die Beziehung zwischen verschiedenen Bestandteilen deutlich machten, im Posttest besser verstanden wurden als in einer Kontrollgruppe. Darüber hinaus konnte ein Interaktionseffekt mit der Studienleistung gezeigt werden. Besonders „gute“ Studierende mit hohen Durchschnittsnoten konnten am meisten
von diesem Training profitieren. Die Ergebnisse von Experiment 2 zeigten, dass ein Training, in dem das Konzept der Plausibilität, normative Kriterien der Argumentbewertung, sowie Argumentationsfehler vermittelt wurden, die Kompetenzen Studierender, die Plausibilität informeller Argumente normativ angemessen zu beurteilen, im Vergleich mit einer
Kontrollgruppe, deutlich verbessern konnte. Die Ergebnisse der genannten Studien liefern wichtige Implikationen für die wissenschaftliche Praxis an den Hochschulen, welche in dieser Arbeit ausführlich diskutiert werden.
KW  - Textverstehen
KW  - Wissenschaftliche Literatur
KW  - Epistemic Competences
KW  - Higher Education
KW  - Student
KW  - Förderung
KW  - Epistemische Kompetenzen
KW  - Kompetenzen im Hochschulsektor
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167343
N1  - Prof. Dr. Tobias Richter supervised this dissertation. 

Two of the studies reported have been published in international journals, the third study was submitted (see references below).

References:

von der Mühlen, S., Richter, T., Schmid, S. & Berthold, K. (2017). How to Improve
Argumentation Comprehension in University Students: Experimental Tests of Two
Training Approaches. Manuskript zur Publikation eingereicht.

von der Mühlen, S., Richter, T., Schmid, S., Berthold, K. & Schmidt, E. M. (2016). The use
of source-related strategies in evaluating multiple psychology texts: A student-scientist
comparison. Reading and Writing, 8, 1677–1698.

von der Mühlen, S., Richter, T., Schmid, S., Schmidt, E. M. & Berthold, K. (2016). Judging
the plausibility of arguments in scientific texts: A student-scientist comparison. Thinking &
Reasoning, 22, 221–246.
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Breitenbach, Tim
T1  - Codes of examples for SQH method
N2  - Code examples for the paper "On the SQH Scheme to Solve Nonsmooth PDE Optimal Control Problems" by Tim Breitenbach and Alfio Borzì published in the journal "Numerical Functional Analysis and Optimization", in 2019, DOI: 10.1080/01630563.2019.1599911
KW  - Code examples
KW  - SQH method
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167587
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eichhorn, Antonius
T1  - Copper(I) catalyzed borylation and cross-coupling reactions
T1  - Kupfer(I) katalysiert Borylierung und Kreuzkupplungen
N2  - The present thesis comprises synthesis and stoichiometric model reactions of well-defined NHC-stabilized copper(I) complexes (NHC = N-heterocyclic carbene) in order to understand their basic reactivity in borylation and cross-coupling reactions. This also includes the investigations of the reactivity of the ligands used (NHCs and CaaCs = cyclic alkyl(amino)carbenes) with the substrates, i.e. diboron(4) esters and arylboronates, which are addressed in the second part of the thesis.
N2  - Die dargelegte Arbeit gliedert sich in zwei Teile. In einem ersten wird die Synthese sowie stöchiometrische Modell-Reaktionen von definierten NHC-stabilisierten Kupfer(I)-Komplexen (NHC = N-heterocyclisches Carben) untersucht, um Einblick in das grundlegende Reaktionsverhalten in Borylierungs- und Kreuzkupplungsreaktionen zu erlangen. Der zweite Teil adressiert die Reaktivität der eingesetzten Liganden (NHCs und CaaCs = cyclische Alkyl Amino Carbene) gegenüber verwendeten sowie möglichen Substraten (Arylboronsäureester und Diboran(4)-Verbindungen).
KW  - Copper
KW  - Boron
KW  - Catalysis
KW  - Activation
KW  - BB/BC Bond activation
KW  - BB bond activation
KW  - BC bond activation
KW  - Copper catalysis
KW  - Kupfer katalyse
KW  - Bor
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167332
ER  - 
TY  - THES
A1  - Huang, Hua
T1  - Comparative investigation of the chemical composition and the water permeability of fruit and leaf cuticles
T1  - Vergleichende Untersuchung zur chemischen Zusammensetzung und zur Wasserpermeabilität der Kutikula von Früchten und Blättern
N2  - The plant cuticle is a continuous extracellular protective layer covering the outermost surfaces of higher plants that are in contact with the surrounding atmosphere. The primary function of the cuticular lipid membrane, which is mainly composed of biopolymer cutin and cuticular waxes, is to protect the plant organs against uncontrolled water loss. The chemical composition and the biophysical properties of cuticular waxes affect the rate of water diffusion across the cuticle. Fruit transpiration plays an important role in the development and the maintenance of fruit quality. The fruit has been suggested to present better dehydration stress tolerance than the leaf. However, the differences in transpiration and the chemical composition of cuticular waxes between fruit and leaf have yet to be comprehensively investigated. 
The present study aims to investigate the water permeability and cuticular wax composition of fruit and leaf cuticles of a wide range of plant species and to elucidate the different roles of the cuticular wax components in the transpiration barrier. To address these objectives, fruit and leaf samples from 17 species were investigated. The cuticular transpiration of intact fruits and astomatous adaxial leaf surfaces and the minimum leaf conductance obtained by leaf drying curves for intact leaves were gravimetrically determined for a variety of plant species. The chemical composition of cuticular waxes of fruits and leaves was thoroughly analysed by gas chromatography with flame ionization and mass spectrometry.
The water permeability of fruits ranged from 3.7 x 10-5 m s-1 (Prunus domestica subsp. syriaca) to 37.4 x 10-5 m s-1 (Coffea arabica), whereas permeability for leaves varied between 1.6 x 10-5 m s-1 (Cornus officinalis) and 4.5 x 10-5 m s-1 (Prunus domestica subsp. syriaca (L.)). The interspecies range of water permeability of fruits was significantly higher than that of leaves. Chemical analyses of the cuticular waxes demonstrated that fatty acids, primary alcohols, n-alkanes, aldehydes and alkyl esters were the predominant very-long-chain aliphatic compound classes of fruit and leaf surfaces. Sterols, such as β-sitosterol and campesterol, and triterpenoids, such as oleanolic acid, ursolic acid, α-amyrin and ß-amyrin, were the major cyclic compound classes in the cuticular wax membrane. 
The amount and composition of cuticular waxes of both fruits and leaves varied at an intraspecific level. There were no significant correlations between the total cuticular wax load or the individual cuticular wax composition and the water permeability of fruits or leaves independently or together. After combining the fruit and leaf data set, a significant correlation between the average chain length of very-long-chain aliphatic compounds and permeabilities was detected, i.e. the longer the average chain length, the lower the water permeability.
Interestingly, n-Nonacosane (C29) was abundantly detected in fruit waxes of Rosaceae species. These fruits exhibited a relatively low transpiration level, which was very close to their leaf cuticular permeability. The present study suggests that the lower cuticular permeability of leaves, in comparison to that of fruits, may be attributed to the longer average chain length of aliphatic compounds. The accumulation of total wax, triterpenoids and aliphatic compounds may not contribute to the transpiration barrier directly. The present results are highly consistent with the previous model assumptions for the cuticular structure and transport barrier. Furthermore, this comparative study on leaf and fruit cuticles provides further insights linking the cuticular wax chemistry to the physiological properties of the plant cuticle.
N2  - Die pflanzliche Kutikula ist eine kontinuierliche extrazelluläre Schutzschicht, welche die oberirdischen primären Abschlussgewebe höherer Pflanzen bedeckt, die in Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre stehen. Die primäre Funktion der lipophilen Kutikularmembran, die hauptsächlich aus dem Biopolymer Kutin und kutikulären Wachsen aufgebaut ist, besteht darin, die Pflanzenorgane vor unkontrolliertem Wasserverlust zu schützen. Die chemische Zusammensetzung und die biophysikalischen Eigenschaften von kutikulären Wachsen beeinflussen weitgehend die Geschwindigkeit der Wasserdiffusion über die Kutikula. Die Transpiration von Früchten spielt eine wichtige Rolle in der Ausbildung und Beständigkeit von Fruchtqualitätsmerkmalen. Unterschiede in der Transpiration und der chemischen Zusammensetzung der kutikulären Wachse zwischen Frucht und Blatt sollten untersucht werden.
Die vorliegende Studie zielt darauf ab, die Wasserpermeabilität und die kutikuläre Wachszusammensetzung von Früchten und Blättern aus einem breiten Spektrum von Pflanzenarten zu untersuchen und die verschiedenen Rollen der kutikulären Wachskomponenten in den Transpirationsbarriereeigenschaften aufzuklären. Um diesen Zielen näherzukommen, wurden Frucht- und Blattproben von 17 Arten untersucht. Die kutikuläre Transpiration von intakten Früchten und astomatären adaxialen Blattoberflächen ausgewählter Arten sowie der minimale Leitwert von deren Blättern, ermittelt durch Austrocknungskurven mit intakten Blättern, wurden gravimetrisch bestimmt. Die chemische Zusammensetzung der kutikulären Wachse von Früchten und Blättern wurde durch Gaschromatographie mit Flammenionisation und Massenspektrometrie nachgewiesen.
Die Wasserdurchlässigkeit von Früchten reichte von 3,7 x 10-5 m s-1 (Prunus domestica subsp. syriaca) bis 37,4 x 10-5 m s-1 (Coffea arabica), während die Werte für Blätter zwischen 1,6 x 10-5 m s-1 (Cornus officinalis) und 4,5 x 10-5 m s-1 variierten (Prunus domestica subsp. syriaca). Der interspezifische Vergleich der Wasserdurchlässigkeit von Früchten war deutlich höher als die der Blätter. Chemische Analysen der kutikulären Wachse zeigten, dass Fettsäuren, primäre Alkohole, n-Alkane, Aldehyde und Alkylester die häufigsten sehr langkettigen aliphatischen Verbindungsklassen für Früchte und Blätter waren. Sterole wie β-Sitosterol und Campesterol und Triterpenoide zum Beispiel Oleanolsäure, Ursolsäure, α-Amyrin und ß-Amyrin, waren die wichtigsten zyklischen Verbindungsklassen in den kutikulären Wachsmischungen. Die Menge und Zusammensetzung der kutikulären Wachse, sowohl von Früchten als auch von Blättern, variierte auf intraspezifischer Ebene. Es waren keine signifikanten Korrelationen zwischen der Menge der kutikulären Wachsablagerung oder der kutikulären Wachszusammensetzung und der Wasserdurchlässigkeit von Frucht- und/oder Blattoberflächen zu erkennen. Wurden die Frucht- und Blattdatensätze zusammen untersucht, so war eine signifikante Korrelation zwischen der durchschnittlichen Kettenlänge von sehr langkettigen aliphatischen Verbindungen und der Permeabilität festzustellen, ging eine längere durchschnittliche Kettenlänge mit geringerer Wasserdurchlässigkeit einher.
Interessanterweise wurden große Mengen an n-Nonacosan in Fruchtwachsen der untersuchten Rosaceae-Arten nachgewiesen. Diese Früchte zeigten ein relativ niedriges Transpirationsniveau, das sehr nahe an der Permeabilität ihrer Blattkutikeln lag. Die vorliegende Studie liefert weitere Belege dafür, dass der im Allgemeinen niedrigere minimale Leitwert von Blättern auf die – im Vergleich zur Kutikula von Früchten – längere durchschnittliche Kettenlänge der aliphatischen Verbindungen zurückzuführen ist. Die Anhäufung von Gesamtwachs, Triterpenoiden oder aliphatischen Verbindungen trägt nicht direkt zur Transpirationsbarriere bei. Die vorliegenden Ergebnisse decken sich in hohem Maße mit den bisherigen Modellannahmen zur Struktur der Kutikula und der von ihr vermittelten Funktion als Transpirationsbarriere. Darüber hinaus gibt diese Vergleichsstudie über die Kutikula von Früchten und Blättern zahlreiche Einblicke, die dabei helfen können, die kutikuläre Wachschemie mit den physiologischen Eigenschaften der pflanzlichen Kutikula zu verknüpfen.
KW  - Cuticle
KW  - Transpiration barrier
KW  - Fruit
KW  - Leaf
KW  - Permeability
KW  - ACL
KW  - Cuticular water permeabilities
KW  - Cuticular waxes
KW  - Aliphatics
KW  - Cyclics
KW  - Chain-length distribution
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-152948
ER  - 
TY  - THES
A1  - Köllner, Sebastian
T1  - Essays on trade, inequality, and redistribution
T1  - Aufsätze zu Handel, Ungleichheit und Umverteilung
N2  - Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit den Auswirkungen der Globalisierung auf den Arbeitsmarkt sowie der Analyse der Determinanten staatlicher Umverteilung. Im Mittelpunkt steht dabei die empirische Auseinandersetzung mit diesen beiden Aspekten. Die in den letzten Jahrzehnten zu beobachtende Öffnung der Märkte und die damit einhergehende steigende internationale Verflechtung wird in der Literatur neben dem technischen Fortschritt als Haupttreiber der wirtschaftlichen Entwicklung gesehen. In letzter Zeit jedoch ist die Globalisierung zunehmend in den Ruf geraten, verstärkt negative Konsequenzen mit sich zu bringen, z.B. in Form höherer Ungleichheit bzw. einer höheren Volatilität der Beschäftigung.

Das zweite Kapitel untersucht den Einfluss der zunehmenden Importpenetration (in Form steigender importierter Vorprodukte) auf die Beschäftigung im verarbeitenden Gewerbe in 12 OECD-Staaten. Die Ergebnisse deuten auf einen insgesamt leicht positiven Beschäftigungseffekt der zunehmenden internationalen Verflechtung, wobei auf eine Vielzahl an zusätzlichen Einflusskanälen, verschiedene Modellspezifikationen sowie unterschiedliche Maße der Importpenetration kontrolliert wird. In Abhängigkeit vom Ursprungsland der importierten Vorprodukte differieren die Arbeitsmarkteffekte jedoch deutlich. Während Importe aus den alten EU-Mitgliedsstaaten komplementär zur Industriebeschäftigung in den beobachteten OECD-Ländern wirken, kann eine substitutive Beziehung für importierte Vorprodukte aus China und den neuen EU-Mitgliedsstaaten beobachtet werden. Die Resultate unterscheiden sich für die einzelnen Volkswirtschaften zum Teil spürbar. Darüber hinaus wird deutlich, dass die hierarchische Struktur der Daten nur eine untergeordnete Rolle spielt, während die Berücksichtigung von Endogenitätsproblemen die Ergebnisse unberührt lässt. 

Die ambivalenten Folgen der Globalisierung auf die Beschäftigung verstärken die Nachfrage nach dem Sozialstaat. Das folgende Kapitel analysiert daher die Bestimmungsgründe staatlicher Umverteilung für ein breites Ländersample. Dabei geht es um die Frage, an welchen Faktoren sich staatliche Entscheidungsträger orientieren, wenn sie umverteilende Maßnahmen durchführen. Die Meltzer-Richard-Hypothese kann empirisch bestätigt werden, wobei der Einfluss abhängig vom Entwicklungsstand der Länder ist. In reichen Nationen mit ausgeprägten politischen Rechten ist der Zusammenhang zwischen Ungleichheit und Umverteilung sehr robust, wohingegen dies für ärmere Länder mit weniger entwickelten politischen Rechten in weitaus geringerem Maße gilt. Darüber hinaus ist auch die Form der Einkommensverteilung entscheidend für die Höhe der staatlichen Umverteilung. Während die Mittelschicht ein Mehr an Umverteilungsmaßnahmen befürwortet, üben Top-Einkommensbezieher ebenfalls einen signifikanten, jedoch negativen Einfluss auf die Höhe der staatlichen Umverteilung aus. Niedrigeinkommensbezieher als eigentliche Hauptprofiteure von Umverteilungsmaßnahmen spielen hingegen keine zentrale Rolle im Entscheidungskalkül der Politiker.  Die Ergebnisse weisen zudem darauf hin, dass die Höhe der gefühlten Ungleichheit der Individuen für die Nachfrage nach Umverteilung wichtiger ist als die tatsächliche Höhe der Ungleichheit.

Im nächsten Kapitel wird der im vorangegangenen Kapitel aufgestellte Untersuchungsrahmen um kulturelle Aspekte erweitert. Hintergrund ist der in den letzten Jahren zu beobachtende Anstieg von Migrationsströmen und dessen mögliche Auswirkungen auf die Sozialstaaten in den Aufnahmeländern. Dieses Kapitel analysiert die Auswirkungen von Kultur und ethnischer, religiöser sowie kultureller Diversität auf die Höhe der staatlichen Umverteilung für ein breites Ländersample. Ausgangspunkt für die Messung von Kultur sind die Kulturdimensionen nach Hofstede, die um zusätzliche kulturelle Indikatoren sowie verschiedene Maße von Diversität erweitert werden. Um kulturelle Charakteristika von institutionellen Gegebenheiten zu trennen, werden sowohl regionale als auch externe Instrumente verwendet. Die Ergebnisse deuten auf einen ambivalenten Einfluss von Kultur auf die Höhe staatlicher Umverteilung. Während in Ländern mit einem hohen Maß an Individualismus und gegenseitigem Vertrauen sowie geringen familiären Bindungen mehr umverteilt wird, kann das Gegenteil für Länder mit hoher Machtdistanz und der Vorstellung, dass persönlicher Erfolg das Ergebnis harter Arbeit ist, beobachtet werden. Die empirischen Befunde weisen zudem auf einen negativen, jedoch nicht-linearen Zusammenhang zwischen Umverteilung und Diversität.
N2  - This dissertation is concerned with the empirical investigation of the link between globalization and labor market outcomes as well as the determinants of governmental redistribution, with a special focus on the effects of culture and diversity on the welfare state. In recent years, globalization has been criticized for adverse structural effects, e.g. increasing employment volatility and higher inequality.

Following the introduction, the second chapter investigates the relationship between growing import penetration and manufacturing employment growth in 12 OECD countries between 1995 and 2011, accounting for various model specifications, different measures of import penetration, and alternative estimation strategies. The application of the latest version of the World Input-Output Database (WIOD), which has only recently become available, enables measurement of the effect of increases in imported intermediates according to their country of origin. The findings emphasize a weak positive overall impact of growing trade on manufacturing employment. However, while intermediate inputs from China and the new EU members are substitutes for manufacturing employment in highly developed countries, imports from the EU-27 complement domestic manufacturing production. The three-level mixed model utilized implies that the hierarchical structure of the data plays only a minor role, and controlling for endogeneity leaves the results unchanged.

The findings point to ambiguous effects of globalization on labor market outcomes which increase the demand for equalizing public policies. Accordingly, the following chapter examines the relationship between income inequality and redistribution, accounting for the shape of the income distribution, different development levels, and subjective perceptions. Cross-national inequality datasets that have become available only recently allow for the assessment of the link for various sample compositions and several model specifications. The empirical results confirm the Meltzer-Richard hypothesis, but suggest that the relationship between market inequality and redistribution is even stronger when using perceived inequality measures. The findings emphasize a decisive role of the middle class, while also identifying a negative impact of top incomes. The Meltzer-Richard effect is less pronounced in developing economies with less sophisticated political rights, illustrating that it is the political channel through which higher inequality translates into more redistribution.

Chapter (4) extends the framework developed in the preceding chapter by studying the effects of culture and diversity on governmental redistribution for a large sample of countries. To disentangle culture from institutions, the analysis employs regional instruments as well as data on linguistic differences, the frequency of blood types, and the prevalence of the pathogen Toxoplasma Gondii. Redistribution is higher in countries with (1) loose family ties and individualistic attitudes, (2) a high prevalence of trust and tolerance, (3) low acceptance of unequally distributed power and obedience, and (4) a prevalent belief that success is the result of luck and connections. Apart from their direct effects, these traits also exert an indirect impact by influencing the transmission of inequality to redistribution. Finally, the findings indicate that redistribution and diversity in terms of culture, ethnic groups, and religion stand in a non-linear relationship, where moderate levels of diversity impede redistribution and higher levels offset the generally negative effect.
KW  - Globalisierung
KW  - Arbeitsmarkt
KW  - Verteilungspolitik
KW  - Importwettbewerb
KW  - Kultur
KW  - Umverteilung
KW  - Ungleichheit
KW  - Sozialstaat
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-152471
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Ilhan, Harun
A1  - Lehner, Sebastian
A1  - Papp, László
A1  - Zsótér, Norbert
A1  - Schatka, Imke
A1  - Muegge, Dirk O.
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Higuchi, Takahiro
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Bartenstein, Peter
A1  - Bengel, Frank
A1  - Essler, Markus
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Bundschuh, Ralph A.
T1  - Pre-therapy Somatostatin-Receptor-Based Heterogeneity Predicts Overall Survival in Pancreatic Neuroendocrine Tumor Patients Undergoing Peptide Receptor Radionuclide Therapy
JF  - Molecular Imaging and Biology
N2  - Purpose: Early identification of aggressive disease could improve decision-support in pancreatic neuroendocrine tumor (pNET) patients prior to peptide receptor radionuclide therapy (PRRT). The prognostic value of intratumoral textural features (TF) determined by baseline somatostatin receptor (SSTR)-PET before PRRT was analyzed.
Procedures: 31 patients with G1/G2 pNET were enrolled (G2, n=23/31). Prior to PRRT with [\(^{177}\)Lu]DOTATATE (mean, 3.6 cycles), baseline SSTR-PET/CT was performed. By segmentation of 162 (median per patient, 5) metastases, intratumoral TF were computed. The impact of conventional PET parameters  (SUV\(_{mean/max}\)), imaging-based TF as well as clinical parameters (Ki67, CgA) for prediction of both progression-free (PFS) and overall survival (OS) after PRRT was evaluated.
Results: Within a median follow-up of 3.7y, tumor progression was detected in 21 patients (median, 1.5y) and 13/31 deceased (median, 1.9y). In ROC analysis, the TF Entropy, reflecting derangement on a voxel-by-voxel level, demonstrated predictive capability for OS (cutoff=6.7, AUC=0.71, p=0.02). Of note, increasing Entropy could predict a longer survival (>6.7, OS=2.5y, 17/31), whereas less voxel-based derangement portended inferior outcome (<6.7, OS=1.9y, 14/31). These findings were supported in a G2 subanalysis (>6.9, OS=2.8y, 9/23 vs. <6.9, OS=1.9y, 14/23). Kaplan-Meier analysis revealed a significant distinction between high- and low-risk groups using Entropy (n=31, p<0.05). For those patients below the ROC-derived threshold, the relative risk of death after PRRT was 2.73 (n=31, p=0.04). Ki67 was negatively associated with PFS (p=0.002); however, SUVmean/max failed in prognostication (n.s.).
Conclusions: In contrast to conventional PET parameters, assessment of intratumoral heterogeneity demonstrated superior prognostic performance in pNET patients undergoing PRRT. This novel PET-based strategy of outcome prediction prior to PRRT might be useful for patient risk stratification.
KW  - tumor heterogeneity
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - PET
KW  - PET/CT
KW  - pancreas
KW  - SSTR
KW  - [177Lu]-DOTATATE/-DOTATOC
KW  - [68Ga]
KW  - neuroendocrine tumor
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167168
SN  - 1536-1632
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Bundschuh, Ralph A.
A1  - Bundschuh, Lena
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Higuchi, Takahiro
A1  - Weich, Alexander
A1  - Sheikhbahaei, Sara
A1  - Pienta, Kenneth J.
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Pomper, Martin G.
A1  - Gorin, Michael A.
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Rowe, Steven P.
T1  - MI-RADS: Molecular Imaging Reporting and Data Systems – A Generalizable Framework for Targeted Radiotracers with Theranostic Implications
JF  - Annals of Nuclear Medicine
N2  - Both prostate-specific membrane antigen (PSMA)- and somatostatin receptor (SSTR)-targeted positron emission tomography (PET) imaging agents for staging and restaging of prostate carcinoma or neuroendocrine tumors, respectively, are seeing rapidly expanding use. In addition to diagnostic applications, both classes of radiotracers can be used to triage patients for theranostic endoradiotherapy. While interpreting PSMA- or SSTR-targeted PET/computed tomography (CT) scans, the reader has to be aware of certain pitfalls. Adding to the complexity of the interpretation of those imaging agents, both normal biodistribution, and also false-positive and -negative findings differ between PSMA- and SSTR-targeted PET radiotracers. Herein summarized under the umbrella term molecular imaging reporting and data systems (MI-RADS), two novel RADS classifications for PSMA- and SSTR-targeted PET imaging are described (PSMA- and SSTR-RADS). Both framework systems may contribute to increase the level of a reader’s confidence and to navigate the imaging interpreter through indeterminate lesions, so that appropriate workup for equivocal findings can be pursued. Notably, PSMA- and SSTR-RADS are structured in a reciprocal fashion, i.e. if the reader is familiar with one system, the other system can readily be applied as well. In the present review we will discuss the most common pitfalls on PSMA- and SSTR-targeted PET/CT, briefly introduce PSMA- and SSTR-RADS, and define a future role of the umbrella framework MI-RADS compared to other harmonization systems.
KW  - PET
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - prostate cancer
KW  - neuroendocrine tumor
KW  - prostate-specific membrane antigen (PSMA)
KW  - somatostatin receptor (SSTR)
KW  - positron emission tomography
KW  - theranostics
KW  - standardization
KW  - RADS
KW  - reporting and data systems
KW  - personalized medicine
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166995
SN  - 0914-7187
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Chen, Xinyu
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Nose, Naoko
A1  - Hirano, Mitsuru
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Robinson, Simon
A1  - Higuchi, Takahiro
T1  - Subcellular storage and release mode of the novel \(^{18}\)F-labeled sympathetic nerve PET tracer LMI1195
JF  - EJNMMI Research
N2  - Background: \(^{18}\)F-N-[3-bromo-4-(3-fluoro-propoxy)-benzyl]-guanidine (\(^{18}\)F-LMI1195) is a new class of PET tracer designed for sympathetic nervous imaging of the heart. The favorable image quality with high and specific neural uptake has been previously demonstrated in animals and humans, but intracellular behavior is not yet fully understood. The aim of the present study is to verify whether it is taken up in storage vesicles and released in company with vesicle turnover.
Results: Both vesicle-rich (PC12) and vesicle-poor (SK-N-SH) norepinephrine-expressing cell lines were used for in vitro tracer uptake studies. After 2 h of \(^{18}\)F-LMI1195 preloading into both cell lines, effects of stimulants for storage vesicle turnover (high concentration KCl (100 mM) or reserpine treatment) were measured at 10, 20, and 30 min. \(^{131}\)I-meta-iodobenzylguanidine (\(^{131}\)I-MIBG) served as a reference. Both high concentration KCl and reserpine enhanced \(^{18}\)F-LMI1195 washout from PC12 cells, while tracer retention remained stable in the SK-N-SH cells. After 30 min of treatment, 18F-LMI1195 releasing index (percentage of tracer released from cells) from vesicle-rich PC12 cells achieved significant differences compared to cells without treatment condition. In contrast, such effect could not be observed using vesicle-poor SK-N-SH cell lines. Similar tracer kinetics after KCl or reserpine treatment were also observed using 131I-MIBG. In case of KCl exposure, Ca\(^{2+}\)-free buffer with the calcium chelator, ethylenediaminetetracetic acid (EDTA), could suppress the tracer washout from PC12 cells. This finding is consistent with the tracer release being mediated by Ca\(^{2+}\) influx resulting from membrane depolarization.
Conclusions: Analogous to \(^{131}\)I-MIBG, the current in vitro tracer uptake study confirmed that \(^{131}\)F-LMI1195 is also stored in vesicles in PC12 cells and released along with vesicle turnover. Understanding the basic kinetics of \(^{18}\)FLMI1195 at a subcellular level is important for the design of clinical imaging protocols and imaging interpretation.
KW  - phaeochromocytoma
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - heart failure
KW  - sympathetic nervous system
KW  - storage vesicle turnover
KW  - positron emission tomography
KW  - 18F-LMI1195
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167081
SN  - 2191-219X
VL  - 8
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Werner, Rudolf
A1  - Wakabayashi, Hiroshi
A1  - Bauer, Jochen
A1  - Schütz, Claudia
A1  - Zechmeister, Christina
A1  - Hayakawa, Nobuyuki
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Jahns, Roland
A1  - Ergün, Süleyman
A1  - Jahns, Valerie
A1  - Higuchi, Takahiro
T1  - Longitudinal \(^{18}\)F-FDG PET imaging in a Rat Model of Autoimmune Myocarditis
JF  - European Heart Journal Cardiovascular Imaging
N2  - Aims: Although mortality rate is very high, diagnosis of acute myocarditis remains challenging with conventional tests. We aimed to elucidate the potential role of longitudinal 2-Deoxy-2-\(^{18}\)F-fluoro-D-glucose (\(^{18}\)F-FDG) positron emission tomography (PET) inflammation monitoring in a rat model of experimental autoimmune myocarditis.

Methods and results: Autoimmune myocarditis was induced in Lewis rats by immunizing with porcine cardiac myosin emulsified in complete Freund’s adjuvant. Time course of disease was assessed by longitudinal \(^{18}\)F-FDG PET imaging. A correlative analysis between in- and ex vivo \(^{18}\)F-FDG signalling and macrophage infiltration using CD68 staining was conducted. Finally, immunohistochemistry analysis of the cell-adhesion markers CD34 and CD44 was performed at different disease stages determined by longitudinal \(^{18}\)F-FDG PET imaging. After immunization, myocarditis rats revealed a temporal increase in 18F-FDG uptake (peaked at week 3), which was followed by a rapid decline thereafter. Localization of CD68 positive cells was well correlated with in vivo \(^{18}\)F-FDG PET signalling (R\(^2\) = 0.92) as well as with ex vivo 18F-FDG autoradiography (R\(^2\) = 0.9, P < 0.001, respectively). CD44 positivity was primarily observed at tissue samples obtained at acute phase (i.e. at peak 18F-FDG uptake), while CD34-positive staining areas were predominantly identified in samples harvested at both sub-acute and chronic phases (i.e. at \(^{18}\)F-FDG decrease).

Conclusion: \(^{18}\)F-FDG PET imaging can provide non-invasive serial monitoring of cardiac inflammation in a rat model of acute myocarditis.
KW  - positron emission tomography
KW  - Myokarditis
KW  - myocarditis
KW  - inflammation
KW  - 18F-FDG
KW  - PET
KW  - personalized treatment
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165601
SN  - 2047-2404
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heidenreich, Julius Frederik
T1  - Characterization of the widely used Rac1-inhibitors NSC23766 and EHT1864 in mouse platelets
T1  - Untersuchung der Rac1-Inhibitoren NSC23766 und EHT1864 in murinen Thrombozyten
N2  - Platelet activation and aggregation at sites of vascular injury is critical to prevent excessive blood loss, but may also lead to life-threatening ischemic diseases, such as myocardial infarction and stroke. Extracellular agonists induce platelet activation by stimulation of platelet membrane receptors. Signal transduction results in reorganization of the cytoskeleton, shape change, platelet adhesion and aggregation, cumulating in thrombus formation. Several Rho GTPases, including Rac1, Cdc42 and RhoA, are essential mediators of subsequent intracellular transduction of ITAM- and GPCR-signaling. Therefore, inhibition or knockout can result in severely defective platelet signaling.
Mice with platelet specific Rac1-deficiency are protected from arterial thrombosis. This benefit highlights further investigation of Rac1-specific functions and its potential as a new pharmacological target for prevention of cardiovascular diseases. Two newly developed synthetic compounds, NSC23766 and EHT1864, were proposed to provide highly specific inhibition of Rac1 activity, but both drugs have never been tested in Rac1-deficient cell systems to rule out potential Rac1-independent effects.
This study revealed significant off-target effects of NSC23766 and EHT1864 that occurred in a dose-dependent fashion in both wild-type and Rac1-deficient platelets. Both inhibitors individually affected resting platelets after treatment, either by altering membrane protein expression (NSC23766) or by a marked decrease of platelet viability (EHT1864). Platelet apoptosis could be confirmed by enhanced levels of phosphatidylserine exposure and decreased mitochondrial membrane potential. Phosphorylation studies of the major effector proteins of Rac1 revealed that NSC23766 and EHT1864 abolish PAK1/PAK2 activation independently of Rac1 in wild-type and knockout platelets, which may contribute to the observed off-target effects.
Additionally, this study demonstrated the involvement of Rac1 in G protein-coupled receptor-mediated platelet activation and GPIb-induced signaling. Furthermore, the data revealed that Rac1 is dispensable in the process of integrin  IIb 3-mediated clot retraction.
This study unveiled that new pharmacological approaches in antithrombotic therapy with Rac1 as molecular target have to be designed carefully in order to obtain high specificity and minimize potential off-target effects.
N2  - Die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten nach Gefäßverletzungen ist entscheidend um starken Blutverlust zu vermeiden. Allerdings können diese Prozesse auch zu lebensbedrohlichen ischämischen Erkrankungen führen, wie beispielsweise Myokardinfarkt und Schlaganfall. Die Stimulation der Membranrezeptoren durch Triggersubstanzen leitet die Thrombozytenaktivierung und somit die Reorganisation des Zytoskeletts ein. Dies ermöglicht die Adhäsion und Aggregation der Thrombozyten und führt letztendlich zur Thrombusbildung. Die Rho GTPasen Rac1, Cdc42 und RhoA sind als wichtige Mediatoren an der intrazellulären Signaltransduktion beteiligt. Eine medikamentöse Hemmung oder ein genetischer Knockout kann daher die intrazellulären Signalkaskaden so stark beeinträchtigen, dass eine effiziente Aktivierung der Thrombozyten nicht mehr möglich ist. In Mäusen mit thrombozytenspezifischem Knockout von Rac1 wurde festgestellt, dass der Funktionsverlust von Rac1 gleichzeitig auch Schutz vor der Entwicklung von arterieller Thrombose bedeutet. Könnte man sich diese Tatsache pharmakologisch zunutze machen, würde die Hemmung von Rac1 möglicherweise einen neuen, erfolgsversprechenden Ansatz in der Prävention von kardiovaskulären Erkrankungen darstellen.
Für den Forschungseinsatz wurden die zwei synthetischen Inhibitoren NSC23766 und EHT1864 entwickelt um Rac1-vermittelte Funktionen zu studieren. Beide Substanzen versprechen eine hochspezifische Hemmung der Rac(1)-Aktivität, wurden bisher jedoch nicht in Zellsystemen mit Rac1-Defizienz verwendet um die Substanzen kritisch auf mögliche, unerwünschte Nebenwirkungen zu untersuchen.
In dieser Dissertation wurde gezeigt, dass NSC23766 und EHT1864 zwar effektive Hemmstoffe für Rac1 sind, allerdings genauso Rac1-unabhängige Nebenwirkungen verursachen. Beide Hemmstoffe führten zu Veränderungen der Thrombozyten: Während unter NSC23766 eine verminderte Expression von Membranrezeptoren beobachtet wurde, führte EHT1864 zu einer stark beeinträchtigten Vitalität der Thrombozyten. Anhand von erhöhten Phosphatidylserin-Werten und einer Veränderung des mitochondrialen Membranpotenzials in den behandelten Thrombozyten konnte die EHT1864-vermittelte Apoptose nachgewiesen werden. Letztendlich wurde anhand der verminderten Phosphorylierung von PAK1/PAK2
gezeigt, dass die Aktivierung dieser Rac1-Effektorproteine durch NSC23766 und EHT1864 direkt unterdrückt wird.
Zusätzlich zu den Inhibitor-vermittelten Effekten wurde anhand von Rac1-defizienten Thrombozyten nachgewiesen, dass Rac1 auch an GPCR- und GPIb-vermittelten Signalkaskaden beteiligt ist. Außerdem wurde beobachtet, dass Rac1 für die Integrin  IIb 3-vermittelte clot retraction entbehrlich ist.
Die Ergebnisse dieser Studie legen dar, dass neue pharmakologische Substanzen für die antithrombotische Therapie mit Rac1 als Zielmolekül gründlich erforscht und hinterfragt werden müssen um die Spezifität zu maximieren und vor allem das Nebenwirkungsprofil zu minimieren.
KW  - Thrombozyt
KW  - Thrombose
KW  - Signaltransduktion
KW  - Enzyminhibitor
KW  - Rho-Proteine
KW  - mouse platelets
KW  - rac1 inhibitors
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165453
ER  - 
TY  - THES
A1  - Razinskas, Gary
T1  - Functional plasmonic nanocircuitry
T1  - Funktionelle plasmonische Nanoschaltkreise
N2  - In this work, functional plasmonic nanocircuitry is examined as a key of revolutionizing state-of-the-art electronic and photonic circuitry in terms of integration density and transmission bandwidth. In this context, numerical simulations enable the design of dedicated devices, which allow fundamental control of photon flow at the nanometer scale via single or multiple plasmonic eigenmodes. The deterministic synthesis and in situ analysis of these eigenmodes is demonstrated and constitutes an indispensable requirement for the practical use of any device. By exploiting the existence of multiple eigenmodes and coherence - both not accessible in classical electronics - a nanoscale directional coupler for the ultrafast spatial and spatiotemporal coherent control of plasmon propagation is conceived. Future widespread application of plasmonic nanocircuitry in quantum technologies is boosted by the promising demonstrations of spin-optical and quantum plasmonic nanocircuitry.
N2  - In dieser Arbeit werden funktionelle plasmonische Schaltkreise als Schlüssel zur Revolutionierung modernster elektronischer und photonischer Schaltkreise in Bezug auf deren Integrationsdichte und Übertragungsbandbreite untersucht. Mit Hilfe numerischer Simulationen werden Bauelemente speziell für die Steuerung des Photonenflusses im Nanometerbereich mittels einzelner bzw. mehrerer plasmonischer Eigenmoden konzipiert. Die deterministische Synthese und Analyse solcher Eigenmoden wird aufgezeigt und stellt eine unverzichtbare Voraussetzung für die praktische Anwendung eines jeden Nanoschaltkreises dar. Durch die Existenz mehrerer Eigenmoden und Kohärenz - beide in der klassischen Elektronik nicht zugänglich - lässt sich ein nanoskaliger Richtkoppler für die ultraschnelle räumliche und räumlich-zeitliche kohärente Kontrolle der Plasmonenausbreitung entwerfen. Künftig werden plasmonische Schaltkreise aufgrund der vielversprechenden Demonstrationen von spinoptischen und quantenplasmonischen Schaltkreisen in Quantentechnologien weite Verbreitung finden.
KW  - Nanooptik
KW  - Plasmon
KW  - Ultrakurzer Lichtpuls
KW  - Nanostruktur
KW  - Wellenleiter
KW  - Integrated circuit
KW  - Ultrafast information processing
KW  - Surface plasmon
KW  - Mode propagation
KW  - Coherent control
KW  - Integriert-optisches Bauelement
KW  - Ultraschnelle Informationsverarbeitung
KW  - Oberflächenplasmon
KW  - Modenpropagation
KW  - Kohärente Kontrolle
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166917
ER  - 
TY  - THES
A1  - Auerhammer, Nina A.
T1  - Energy Transfer and Excitonic Interactions in Conjugated Chromophore Arrangements of Bodipys and Pyrenes and Squaraines
T1  - Energie Transfer und Exzitonische Wechselwirkungen in Konjugierten Chromophor Anordnungen von Bodipys und Pyrenen und Squarainen
N2  - In this work the energy transfer and excitonic coupling in different chromophore arrangements were investigated. A difference in the coupling strength was introduced by varring the connecting unit and the spacial orientation relative to each other.
The synthesis of the 2,7-substituted pyrene compounds could be optimised and good yields of HAB 1 and HAB 2 and small amounts of HAB 2 could be achieved by cobalt-catalysed trimerisation or Diels Alder reaction in the end. Absorption and fluorescence spectra reveal strong intramolecular interactions between the pyrene molecules in the HAB 1. Excitation spectra recorded at the high and low energy fluorescence suggest the contribution of two components to the spectra. One being similar to the ground state aggregate and a second species similar to undisturbed pyrene. All these feature can be accounted to two different fluorescent states which are due to electronical decoupling in the excited state. Due to the strong intramolecular coupling already in the ground state of the molecule, no energy transfer could be studied, as the six pyrene units cannot be seen as separate spectroscopic entities between which energy could be transferred.
In the second part of this thesis dye conjugates of different size and alignment were synthesised to study the interaction of the transition-dipole moments. Therefore a systematic investigation of Sonogashira conditions was performed in order to obtain good yields of the desired compounds and keep dehalogenation at a minimum level. Nevertheless only the symmetrical triads could be purified as the asymmeric triads and pentades proved to decompose during purification.
The pyrene containing triads Py2B and Py2SQB show small interactions already in the ground state represented by red shifts of the spectra and a broadening of the bands. Nevertheless, these interactions are in the weak coupling regime and energy transfer between the constituents is possible. On the contrary in the TA spectra it is obvious that always the whole triad, at least to some extend is excited. To question if the excitation of the high energy state is deactivated by energy transfer or rather IC in a superchromophore could not be distinguished in the course of this work. At present additional time-dependent calculations of the dynamics are in progress to get a deeper understanding of the photophysical processes taking place in the triads.
The dye conjugates B2SQB-3 and (SQB)2B-4 can be assigned to the strong interaction range and hence are describable by exciton theory. The transition-dipole moments proved to be more than additive and increase for both compounds from absorption to fluorescence. This can be explained by an enhancement of the coupling in the relaxed excited state compared to the absorption into the Franck-Condon state due to a more steep potential energy surface in the excited state and hence smaller fluctuations.
In the last part of this thesis the influence of disrupting electronical communication by implementing a rigid non-conjugated bridge in a bichromophoric trans-squaraine system was tested. While the flexible linked squaraines show complex spectra due to different conformers the SQA2Anth compound is rigified and no rotation is possible. This change in flexibility is represented in the steady-state spectra where just one main absorption and fluorescence band is present due to a single allowed excitonic state. The system proves to own an excited state that is completely delocalised over the whole molecule.
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Energietransfer und Exzitonenkopplung in Farbstoffen. Durch Variation der Verbrückungseinheit und der räumlichen Orientierung der Chromophore relativ zueinander konnte die Kopplungsstärke beeinflußt werden.
Die Synthese von 2,7-substituierten Pyrenverbindungen konnte optimiert werden und schließlich gelang es mittels kobalt-katalisierten Trimerisierung oder Diels Alder Reaktionen gute Ausbeuten von HAB 1 und HAB 2 sowie geringere Mengen an HAB 3 zu isolieren. Absorption- und Fluoreszenzspektren deuten auf starke Wechselwirkungen unter den Chromophoren hin, die bereits im Grundzustand deutlich werden. Anregungsspektren bei verschiedenen Wellenzahlen zeigen, dass zwei verschiedene Spezies, wovon eine den Aggregaten die im Grundzustand vorhanden sind ähneln, zu den beobachteten spektralen Eigenschaften beitragen und ein weiteres größere Ähnlichkeit mit dem Pyrenmonomer aufweist. Betrachtet man all diese Eigenschaften im Gesamten kann man schlußfolgern, dass zwei fluoreszierende Zustände für die Desaktivierung verantwortlich sind, was sich auf elektronische Entkopplung im angeregten Zustand zurückführen lässt.
Aufgrund der starken elektronischen Kopplung im Grundzustand und die Ausbildung von intramolekularen Aggregaten war es nicht möglich Energietransfer an diesem System zu studieren, da die sechs Pyreneinheiten nicht getrennt betrachtet werden können.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Farbstoffkonjugate verschiedener Größe und Anordnung synthetisiert um die Wechselwirkung der Übergangsdipolmomente zu studieren. Dazu wurde ein systematsiches Reaktionscreening der Sonogashira-Kupplung durchgeführt, um Bedingungen zu finden, unter denen sich Dehalogenierung in Grenzen hält, jedoch gute Ausbeuten der gewünschten Endprodukte erzielt werden können. Trotzdem konnten nur die symmetrischen Trimere erfolgreich isoliert, da sich herausstellte, dass sowohl die unsymmetrischen Trimere als auch die Pentamere zu instabil für eine vollständige Aufreinigung sind.
Die pyren-beinhaltenden Triaden Py2B und Py2SQB zeigen geringfügige Wechselwirkungen im Grundzustand, die sich durch eine Rotverschiebung und Verbreiterung der Absorptionsbanden zeigen. Allerding lässt sich diese Kopplung dem sehr schwachen Wechselwirkungsbereich zuordnen, sodass Energietransfer zwischen den Chromophoren möglich ist. Im Gegensatz dazu zeigt sich im TA Spektrum, dass gleichzeitig mehrere Teile der Triade angeregt sind und dass die Anregung nicht auf ein Chromophor lokalisiert ist. Die Frage, ob die Desaktivierung des angeregten Zustands durch Energietransfer oder interne Konversion in einem Superchromophor stattfindet, konnte im Zuge dieser Arbeit nicht geklärt werden. Aktuell sind zusätzliche Rechnungen (DFT) in Arbeit um ein besseres Verständnis von den ablaufenden, photophysikalischen Prozessen zu bekommen.
Die Farbstoffkonjugate B2SQB-3 und (SQB)2B-4 lassen sich dem Bereich der starken Kopplung zuordnen und können daher mit der Exzitonentheorie beschrieben werden. Die Übergangsdipolmomente zeigen ein Verhalten, dass mehr als additiv ist und nehmen von der Absorption zur Fluoreszenz zu. Das lässt sich durch eine Verstärkung der Kopplung im relaxierten angeregten Zustand in Vergleich zur Absorption in den Franck-Condon Zustand erklären. Der Grund für dieses Phänomen ist eine deutlich schmalere, steilere Energiepotentialfläche im angeregten Zustand.
Im letzten Teil dieser Arbeit wurde die elektronische Kommunikation in einem trans-Squaraindimer durch Einfügen einer nicht-konjugierten Brücke untersucht. Während die flexiblen Dimere komplexe Spektren aufgrund unterschiedlicher Konformere aufweisen, enthält SQA2Anth eine starre Brücke, die Rotationen verhindert. Diese Änderung der Flexibilität zeigt sich in den stationären Spektren durch eine Hauptabsorptions- und Fluoreszenzbande, da nur ein exzitonischer Zustand erlaubt ist. Das System weißt einen angeregten Zustand auf, der über das gesamte Molekül delokalisiert ist.
KW  - Chromophor
KW  - Energieaufnahme
KW  - Exziton
KW  - Pyrenderivate
KW  - Sonogashira-Hagihara-Reaktion
KW  - Bodipy
KW  - Hexaarylbenzene
KW  - Squaraine
KW  - Energy Transfer
KW  - Excitons
KW  - Pyrene
KW  - Sonogashira
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166721
ER  - 
TY  - THES
A1  - Halboth, Florian
T1  - Building behavior and nest climate control in leaf-cutting ants: How environmental cues affect the building responses of workers of \(Atta\) \(vollenweideri\)
T1  - Bauverhalten und Kontrolle des Nestklimas bei Blattschneiderameisen: Wie Umweltreize die Bauaktivität von Arbeiterinnen der Art \(Atta\) \(vollenweideri\) beeinflussen
N2  - The present work investigates the influence of environmental stimuli on the building behavior of workers of the leaf-cutting ant Atta vollenweideri. It focuses on cues related to the airflow-driven ventilation of their giant underground nests, i.e., air movements and their direction, carbon dioxide concentrations and humidity levels of the nest air. First, it is shown that workers are able to use airflow and its direction as learned orientation cue by performing learning experiments with individual foragers using a classical conditioning paradigm. This ability is expected to allow workers to also navigate inside the nest tunnels using the prevailing airflow directions for orientation, for example during tasks related to nest construction and climate control.
Furthermore, the influence of carbon dioxide on the digging behavior of workers is investigated. While elevated CO2 levels hardly affect the digging rate of the ants, workers prefer to excavate at locations with lower concentrations and avoid higher CO2 levels when given a choice. Under natural conditions, shifting their digging activity to soil layers containing lower carbon dioxide levels might help colonies to excavate new or to broaden existing nest openings, if the CO2 concentration in the underground rises.
It is also shown that workers preferably transport excavated soil along tunnels containing high CO2 concentrations, when carbon dioxide levels in the underground are elevated as well. In addition, workers prefer to carry soil pellets along outflow tunnels instead of inflow tunnels, at least for high humidity levels of the air. The material transported along tunnels providing outflow of CO2-rich air might be used by workers for the construction of ventilation turrets on top of the nest mound, which is expected to promote the wind-induced ventilation and the removal of carbon dioxide from the underground.
The climatic conditions inside the nest tunnels also influence the structural features of the turrets constructed by workers on top the nest. While airflow and humidity have no effect on turret structure, outflow of CO2-rich air from the nest causes workers to construct turrets with additional openings and increased aperture, potentially enhancing the airflow-driven gas exchanges within the nest.
Finally, the effect of airflow and ventilation turrets on the gas exchanges in Atta vollenweideri nests is tested experimentally on a physical model of a small nest consisting of a single chamber and two nest tunnels. The carbon dioxide clearance rate from the underground was measured depending on both the presence of airflow in the nest and the structural features of the built turrets. Carbon dioxide is removed faster from the physical nest model when air moves through the nest, confirming the contribution of wind-induced flow inside the nest tunnels to the ventilation of Atta vollenweideri nests. In addition, turrets placed on top of one of the tunnel openings of the nest further enhance the CO2 clearance rate and the effect is positively correlated with turret aperture.
Taken together, climatic variables like airflow, carbon dioxide and humidity levels strongly affect the building responses of Atta vollenweideri leaf-cutting ants. Workers use these environmental stimuli as orientation cue in the nest during tasks related to excavation, soil transport and turret construction. Although the effects of these building responses on the microclimatic conditions inside the nest remain elusive so far, the described behaviors are expected to allow ant colonies to restore and maintain a proper nest climate in the underground.
N2  - Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von Umweltreizen auf das Bauverhalten von Blattschneiderameisen der Art Atta vollenweideri. Dabei wird der Fokus auf Luftströmungen und deren Richtung, sowie CO2-Konzentration und Feuchtigkeitsgehalt der Luft gelegt, welche alle im Zusammenhang mit dem wind-induzierten Ventilationssystem der riesigen, unterirdischen Nester stehen.
Zunächst wird experimentell mit Hilfe von klassischer Konditionierung gezeigt, dass Arbeiterinnen während des Furagierens lernen können, Luftströmungen sowie deren Richtung zur Orientierung zu nutzen. Diese Fähigkeit sollte Arbeiterinnen auch die Navigation im Nest anhand der auftretenden Strömungsrichtung der Luft, zum Beispiel während Tätigkeiten im Kontext des Nestbaus und der Klimakontrolle, ermöglichen.
Weiterhin wird der Einfluss von Kohlenstoffdioxid auf das Grabeverhalten von Arbeiterinnen untersucht. Obwohl CO2 kaum die Grabe-Rate der Ameisen beeinflusst, graben Arbeiterinnen bevorzugt an Orten mit niedrigerer Konzentration und vermeiden höhere Konzentrationen, wenn möglich. Unter natürlichen Bedingungen könnte das Verlagern der Grabeaktivität in Bodenschichten mit niedrigerer CO2-Konzentration Kolonien dabei helfen, neue Nestöffnungen zu graben oder bestehende zu erweitern, wenn die CO2-Konzentration unter der Erde zunimmt.
Zusätzlich wird gezeigt, dass Arbeiterinnen ausgegrabene Erde vornehmlich entlang Tunnel transportieren, die eine hohe CO2-Konzentration aufweisen, wenn die CO2-Konzentration im Untergrund ebenfalls erhöht ist. Zudem bevorzugen Arbeiterinnen den Transport von Erdmaterial entlang Ausstrom- anstatt Einstrom-Tunnel, zumindest für hohe Luftfeuchtigkeiten. Material, welches entlang Nesttunnel transportiert wird, aus denen CO2-haltige Luft ausströmt, könnte Arbeiterinnen zum Bau der Ventilationstürme an der Nestoberfläche dienen, was die wind-induzierte Belüftung der Nester verstärken und die Abfuhr von CO2 aus dem Nest fördern sollte.
Die klimatischen Bedingungen in den Nesttunneln beeinflussen auch die strukturellen Eigenschaften der Ventilationstürme, die von Arbeiterinnen oberhalb des Nests errichtet werden. Während Luftströmungen und Luftfeuchtigkeit keinen Einfluss auf die Struktur der Türme haben, veranlasst das Ausströmen von CO2-haltiger Luft aus dem Nest Arbeiterinnen dazu, Türme zu bauen, die mehrere Öffnungen und eine vergrößerte Öffnungsfläche besitzen, was den strömungsinduzierten Gasaustausch im Nest begünstigen könnte.
Abschließend werden die Auswirkungen von Luftströmungen und Ventilationstürmen auf den Gasaustausch in den Nestern der Blattschneiderameise Atta vollenweideri mit Hilfe eines physikalischen Modells eines kleinen Nests, bestehend aus einer einzelnen Nestkammer und zwei Nesttunneln, untersucht. Die Abfuhr-Rate von CO2 aus dem Untergrund wurde abhängig vom Vorhandensein von Luftströmungen und den strukturellen Eigenschaften der errichteten Ventilationstürme gemessen. CO2 wird schneller aus dem physikalischen Modell entfernt, wenn Luft durch das Nest strömt, was den Beitrag von Luftbewegungen in den Tunneln zur Ventilation der Nester von Atta vollenweideri bestätigt. Ventilationstürme an einer der Nestöffnungen platziert, verstärken zusätzlich die Abfuhr-Rate von CO2 aus dem Nest und dieser Effekt nimmt mit zunehmender Öffnungsfläche der Türme zu.
Zusammengefasst beeinflussen Klimavariablen wie Luftströmungen, Kohlenstoffdioxid und Luftfeuchtigkeit stark das Bauverhalten von Blattschneiderameisen der Art Atta vollenweideri. Arbeiterinnen nutzen diese Umweltreize zur Orientierung im Nest während Tätigkeiten, die im Zusammenhang mit Grabeverhalten, dem Transport von Erdmaterial und dem Bau von Ventilationstürmen stehen. Obwohl die Auswirkungen dieser Bauantworten auf die mikroklimatischen Bedingungen im Nest zunächst noch unklar sind, wird angenommen, dass die beschriebenen Verhaltensweisen es Kolonien erlauben, ein geeignetes Nestklima wiederherzustellen und aufrechtzuerhalten.
KW  - Verhalten
KW  - Ameisen
KW  - Nestbau
KW  - Klima
KW  - Kohlendioxid
KW  - building behavior
KW  - leaf-cutting ants
KW  - nest climate
KW  - climate control
KW  - carbon dioxide
KW  - airflow
KW  - Atta vollenweideri
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161701
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bischler, Thorsten David
T1  - Data mining and software development for RNA-seq-based approaches in bacteria
T1  - Data-Mining und Softwareentwicklung für RNA-seq-basierte Methoden bei Bakterien
N2  - RNA sequencing (RNA-seq) has in recent years become the preferred method for gene expression analysis and whole transcriptome annotation. While initial RNA-seq experiments focused on eukaryotic messenger RNAs (mRNAs), which can be purified from the cellular ribonucleic acid (RNA) pool with relative ease, more advanced protocols had to be developed for sequencing of microbial transcriptomes. The resulting RNA-seq data revealed an unexpected complexity of bacterial transcriptomes and the requirement for specific analysis methods, which in many cases is not covered by tools developed for processing of eukaryotic data.
The aim of this thesis was the development and application of specific data analysis methods for different RNA-seq-based approaches used to gain insights into transcription and gene regulatory processes in prokaryotes.
The differential RNA sequencing (dRNA-seq) approach allows for transcriptional start site (TSS) annotation by differentiating between primary transcripts with a 5’-triphosphate (5’-PPP) and processed transcripts with a 5’-monophosphate (5’-P). This method was applied in combination with an automated TSS annotation tool to generate global trancriptome maps for Escherichia coli (E. coli) and Helicobacter pylori (H. pylori).
In the E. coli study we conducted different downstream analyses to gain a deeper understanding of the nature and properties of transcripts in our TSS map. Here, we focused especially on putative antisense RNAs (asRNAs), an RNA class transcribed from the opposite strand of known protein-coding genes with the potential to regulate corresponding sense transcripts. Besides providing a set of putative asRNAs and experimental validation of candidates via Northern analysis, we analyzed and discussed different sources of variation in RNA-seq data.
The aim of the H. pylori study was to provide a detailed description of the dRNA-seq approach and its application to a bacterial model organism. It includes information on experimental protocols and requirements for data analysis to generate a genome-wide TSS map. We show how the included TSS can be used to identify and analyze transcriptome and regulatory features and discuss challenges in terms oflibrary preparation protocols, sequencing platforms, and data analysis including manual and automated TSS annotation.
The TSS maps and associated transcriptome data from both H. pylori and E. coli were made available for visualization in an easily accessible online browser.
Furthermore, a modified version of dRNA-seq was used to identify transcriptome targets of the RNA pyrophosphohydrolase (RppH) in H. pylori. RppH initiates 5’-end-dependent degradation of transcripts by converting the 5’-PPP of primary transcripts to a 5’-P. I developed an analysis method, which uses data from complementary DNA (cDNA) libraries specific for transcripts carrying a 5’-PPP, 5’-P or both, to specifically identify transcripts modified by RppH. For this, the method assessed the 5’-phosphorylation state and cellular concentration of transcripts in rppH deletion in comparison to strains with the intact gene. Several of the identified potential RppH targets were further validated via half-life measurements and quantification of their 5’-phosphorylation state in wild-type and mutant cells. Our findings suggest an important role for RppH in post-transcriptional gene regulationin H. pylori and related organisms.
In addition, we applied two RNA-seq -based approaches, RNA immunoprecipitation followed by sequencing (RIP-seq) and cross-linking immunoprecipitation followed by sequencing (CLIP-seq), to identify transcripts bound by Hfq and CsrA, two RNA-binding proteins (RBPs) with an important role in post-transcriptional regulation.
For RIP-seq -based identification of CsrA binding regions in Campylobacter jejuni(C. jejuni), we used annotation-based analysis and, in addition, a self-developed peak calling method based on a sliding window approach. Both methods revealed flaA mRNA, encoding the major flagellin, as the main target and functional analysis of identified targets showed a significant enrichment of genes involved in flagella biosynthesis. Further experimental analysis revealed the role of flaA mRNA in post-transcriptional regulation. In comparison to RIP-seq, CLIP-seq allows mapping of RBP binding sites with a higher resolution. To identify these sites an approach called “block-based peak calling” was developed and resulting peaks were used to identify sequence and structural constraints required for interaction of Hfq and CsrA with Salmonella transcripts.
Overall, the different RNA-seq-based approaches described in this thesis together with their associated analyis pipelines extended our knowledge on the transcriptional repertoire and modes of post-transcriptional regulation in bacteria. The global TSS maps, including further characterized asRNA candidates, putative RppH targets, and identified RBP interactomes will likely trigger similar global studies in the same or different organisms or will be used as a resource for closer examination of these features.
N2  - RNA-Sequenzierung (RNA-seq) entwickelte sich in den letzten Jahren zur bevorzugten Methode für Genexpressionsanalysen und die Annotation ganzer Transkriptome. Nachdem sich erste RNA-seq-Experimente hauptsächlich mit eukaryotischen Boten-RNAs (mRNAs) beschäftigt hatten, da diese sich relativ einfach aus dem zellulären RNA-Gemisch aufreinigen lassen, war die Entwicklung von fortschrittlicheren Methoden nötig, um mikrobielle Transkriptome zu sequenzieren. Die sich daraus ergebenden RNA-seq-Daten enthüllten eine unerwartete Komplexität bakterieller Transkriptome und die Notwendigkeit der Anwendung spezifischer Analyseverfahren, welche von Tools zur Prozessierung eukaryotischer Daten häufig nicht zur Verfügung gestellt werden.
Das Ziel dieser Doktorarbeit war die Entwicklung und Anwendung spezifischer Verfahren zur Datenanalyse für verschiedene RNA-seq-basierte Methoden, um Erkenntnisse bezüglich Transkription und genregulatorischer Vorgänge bei Prokaryoten zu erlangen.
Die Differentielle-RNA-Sequenzierungsmethode (dRNA-seq) ermöglicht die Annotation von Transkriptionsstartpunkten (TSS), indem sie Primärtranskripte mit einem 5'-Triphosphat (5'-PPP) von prozessierten Transkripten mit einem 5'-Monophosphat (5'-P) unterscheidet. Diese Methode wurde in Kombination mit einem automatisierten TSS-Annotationstool zur Erstellung globaler Transkriptomkarten für Escherichia coli (E. coli) and Helicobacter pylori (H. pylori) verwendet.
In der E. coli-Studie haben wir verschiedene Folgeanalysen durchgeführt, um ein tieferes Verständnis für die Natur und Eigenschaften der in unserer Transkriptomkarte enthaltenen Transkripte zu erlangen. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf mutmaßlichen Antisense-RNAs (asRNAs). Diese stellen eine RNA-Klasse dar, welche vom entgegengesetzten Strang von bekannten proteinkodierenden Genen transkribiert wird, und die das Potenzial hat, entsprechende Sense-Transkripte zu regulieren. Wir stellen nicht nur eine Liste mutmaßlicher asRNAs zur Verfügung, von der einige Kandidaten durch Northern Blots validiert wurden, sondern diskutierten auch von uns untersuchte Gründe für auftretende Variation bei RNA-seq-Daten.
Das Ziel der H. pylori-Studie war es, eine detaillierte Beschreibung der dRNA-seq-Methode und deren Anwendung auf einen bakteriellen Modellorganismus zur Verfügung zu stellen. Sie enthält Informationen bezüglich experimenteller Protokolle und für die Datenanalyse notwendige Schritte, zur Erstellung einer genomweiten TSS-Karte. Wir zeigen, wie die enthaltenen TSS verwendet werden können, um verschiedene Transkriptomelemente, einschließlich solcher mit regulatorischen Eigenschaften, zu identifizieren und zu analysieren. Zusätzlich diskutieren wir Probleme, welche bei der Erstellung von Sequenzierlibraries, der Verwendung von Sequenzierplattformen und bei der Datenanalyse, einschließlich manueller und automatisierter TSS-Annotation, auftreten können.
Die TSS-Karten für H. pylori und E. coli, einschließlich der damit verbundenen Transkriptomdaten, haben wir in Form eines leicht zugänglichen Online-Browsers verfügbar gemacht.
Desweiteren wurde eine modifizierte Version der dRNA-seq-Methode verwendet, um Transkripte zu identifizieren, welche von der RNA Pyrophosphohydrolase (RppH) in H. pylori gespalten werden. RppH initiiert den vom 5'-Ende abhängigen RNA-Abbau, indem sie das 5'-PPP von Primärtranskripten in ein 5'-P umwandelt. Ich habe eine Analysemethode entwickelt, welche Daten basierend auf unterschiedlichen Komplementär-DNA (cDNA)-Libraries verwendet, welche entweder spezifisch für Transkripte mit einem 5'-PPP oder einem 5'-P sind, oder beides enthalten, um spezifisch Transkripte zu indentifizieren, die durch RppH modifiziert werden. Um dies zu erreichen wurden der 5'-Phosphorylierungsstatus und die zelluläre Konzentration der Transkripte zwischen einer rppH-Deletionsmutante und Stämmen mit intaktem Gen verglichen. Weiterhin wurden mehrere der identifizierten, von RppH gespaltenen Transkripte durch Messung ihrer Halbwertszeit und Quantifizierung ihres 5'-Phosphorylierungsstatus bei Wildtyp- und mutierten Zellen validiert. Unsere Ergebnisse lassen auf eine wichtige Rolle von RppH bei der Genregulation in H. pylori und verwandten Organismen schließen.
Zusätzlich haben wir zwei weitere RNA-seq-basierte Methoden namens RNA-Immunpräzipitation gefolgt von RNA-Sequenzierung (RIP-seq) und Quervernetzung und Immunpräzipitation gefolgt von RNA-Sequenzierung (CLIP-seq) verwendet, um Transkripte zu identifizieren, welche von Hfq und CsrA gebunden werden, zwei RNA-Bindeproteinen (RBPs), die eine wichtige Rolle bei posttranskriptionaler Regulation spielen.
Zur RIP-seq-basierten Identifikation von CsrA-Binderegionen bei Campylobacter jejuni (C. jejuni) haben wir eine annotationsbasierte Analyse und zusätzlich eine eigens entwickelte Peak-Bestimmungsmethode verwendet. Beide Methoden haben die flaA mRNA, welche das Hauptflagellin kodiert, als stärksten Bindepartner identifiziert. Die Funktionale-Anreicherungsanalyse hat außerdem eine Anreicherung von Genen ergeben, welche für die Flagellenbiosynthese von Bedeutung sind.
Im Vergleich zu RIP-seq ermöglicht CLIP-seq eine höhere Auflösung bei der Kartografierung von Bindestellen. Um diese Stellen zu identifizieren wurde eine Methode mit der Bezeichnung ``block-based peak calling'' entwickelt, und die daraus resultierenden Peaks wurden verwendet, um sequenz- und strukturabhängige Bedingungen zu bestimmen, die bei Salmonella für die Interaktion von Transkripten mit Hfq und CsrA notwendig sind.
Insgesamt betrachtet haben die verschiedenen RNA-seq-basierten Methoden, welche in dieser Doktorarbeit beschrieben wurden, in Kombination mit den damit verbundenen Analysepipelines, unser Verständnis des transkriptionellen Repertoires und der Art und Weise, wie posttranskriptionelle Regulation bei Bakterien abläuft, erweitert. Die globalen TSS-Karten, einschließlich der charakterisierten asRNA-Kandidaten, die mutmaßlich von RppH gespaltenen Transkripte und die identifizierten RBP-Interaktome werden höchstwahrscheinlich zur Durchführung ähnlicher Studien bei den gleichen oder anderen Organismen führen, oder können als Grundlage für eine detailliertere Untersuchung dieser Elemente verwendet werden.
KW  - Bakterien
KW  - RNA sequencing
KW  - Bioinformatics
KW  - Bacteria
KW  - Transcriptome
KW  - Post-transcriptional regulation
KW  - RNA-binding proteins
KW  - Sequenzanalyse <Chemie>
KW  - RNS
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166108
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mielich-Süß, Benjamin
T1  - Elucidating structural and functional aspects of prokaryotic membrane microdomains
T1  - Aufklärung struktureller und funktioneller Aspekte von prokaryotischen Membranmikrodomänen
N2  - Bacterial functional membrane microdomains (FMMs) are membrane platforms that resemble lipid rafts of eukaryotic cells in certain functional and structural aspects. Lipid rafts are nanometer-sized, dynamic clusters of proteins and lipids in eukaryotic cell membranes that serve as signaling hubs and assembling platforms. Yet, studying these structures can often be hampered by the complexity of a eukaryotic cell. Thus, the analogous structures of prokaryotes are an attractive model to study molecular traits of this type of membrane organization. 
Similar to eukaryotic lipid rafts, the bacterial FMMs are comprised of polyisoprenoid lipids, scaffold proteins and a distinct set of membrane proteins, involved in signaling or secretion. Investigating bacterial FMMs not only contributes to the understanding of the physiological importance of FMMs in bacteria, but also helps to elucidate general principles of rafts beyond prokaryotes. 
In this work, a bacterial model organism was used to investigate effects of synthetic overproduction of the raft scaffolding proteins on bacterial physiology. This overexpression causes an unusual stabilization of the FMM-harbored protease FtsH and therefore the proteolytic targets of FtsH are not correctly regulated. Developmental defects and aberrances in shape are the consequence, which in turn negatively affects cell physiology. These findings may be adapted to better understand lipid raft processes in humans, where flotillin upregulation is detected along with development of neurological diseases.
Moreover, it was aimed at understanding the FMM-proteome of the human pathogen Staphylococcus aureus. An in-depth quantitative mass-spectrometry analysis reveals adaption of the protein cargo during different conditions, while maintaining a distinct set of core FMM proteins. As a case study, the assembly of the type VII secretion system was shown to be dependent on FMM integrity and more specifically on the activity of the FMM-scaffold flotillin. This secretion system is important for the virulence of this pathogen and its secretion efficiency can be targeted by small molecules that inhibit flotillin activity. This opens new venues for non-conventional antimicrobial compounds to treat staphylococcal infections.
N2  - Funktionelle Membranmikrodomänen (FMMs) in Bakterien sind Membranplattformen, die in strukturellen und funktionellen Aspekten mit Lipid Rafts eukaryotischer Zellen vergleichbar sind. Diese Nanometer-großen, dynamischen Protein-/Lipid-Cluster in der eukaryotischen Zellmembran dienen als Signalzentrum und Assemblierungsplattformen. Allerdings ist die Arbeit an diesen Strukturen durch die Komplexität der eukaryotischen Zellen oft eingeschränkt. Daher sind prokayotische Zellen attraktive Modellsysteme, um molekulare Eigenschaften dieser Art von Membranorganisation zu untersuchen. 
Ähnlich wie eukaryotische Lipid Rafts, bestehen FMMs aus polyisoprenoiden Lipiden, Scaffold-Proteinen und bestimmten Membranproteinen, die z.B. an Signalweiterleitung und Sekretion beteiligt sind. Die Untersuchung bakterieller FMMs trägt nicht nur dazu bei, die physiologische Relevanz der FMMs in Bakterien selbst zu verstehen, sondern auch um generelle Membranorganisationsprinzipien aufzuklären, die über Bakterien hinausgehen. 
In dieser Arbeit wurde daher ein bakterieller Modellorganismus benutzt, um Effekte von synthetischer Überproduktion von Raft-assoziierten Scaffold-Proteinen zu untersuchen. Diese Überexpression führt zu einer unüblichen Stabilisierung der Protease FtsH, die in den FMMs zu finden ist, was eine fehlerhafte Regulierung der Zielproteine von FtsH zur Folge hat. Demzufolge sind Entwicklungsdefekte und Anomalien in der Zellform die Konsequenzen, die im Umkehrschluss die Zellphysiologie negativ beeinträchtigen. Diese Ergebnisse können dazu dienen, Lipid-Raft Prozesse in Menschen besser zu verstehen, wo die Hochregulierung von Flotillin im Zusammenhang mit neurologischen Krankheiten steht.
Darüber hinaus zielt diese Arbeit darauf ab, das FMM-Proteom des humanen Pathogenes Staphylococcus aureus besser zu verstehen. Eine detaillierte, quantitative Massenspektrometrieanalyse hat ergeben, dass das Proteincargo der FMMs sich zwar verschiedenen Bedingungen anpasst, aber auch ein bestimmtes Kernproteom in allen getesteten Bedingungen beibehält. Als Fallstudie wurde gezeigt, dass die Assemblierung des Typ VII Sekretionssystems von den FMMs, und im Detail von der Aktivität des Scaffoldproteins Flotillin, abhängig ist. Dieses Sekretionssystem ist wichtig für die Virulenzausbildung dieses Pathogenes und die Sekretionseffizienz kann durch kleine Moleküle verringert werden, die die Aktivität von Flotillin inhibieren. Diese Strategie eröffnet neue Möglichkeiten für die Anwendung unkonventioneller, antimikrobieller Substanzen, um Staphylokokken-Infektionen zu behandeln.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Heubacillus
KW  - Membranlipide
KW  - Bacillus subtilis
KW  - lipid rafts
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-162037
ER  - 
TY  - THES
A1  - Raab, Annette
T1  - The role of Rgs2 in animal models of affective disorders
T1  - Über die Bedeutung von Rgs2 in Tiermodellen affektiver Störungen
N2  - Anxiety and depressive disorders result from a complex interplay of genetic and environmental factors and are common mutual comorbidities. On the level of cellular signaling, regulator of G protein signaling 2 (Rgs2) has been implicated in human and rodent anxiety as well as rodent depression. Rgs2 negatively regulates G protein-coupled receptor (GPCR) signaling by acting as a GTPase accelerating protein towards the Gα subunit. 
The present study investigates, whether mice with a homozygous Rgs2 deletion (Rgs2-/-) show behavioral alterations as well as an increased susceptibility to stressful life events related to human anxiety and depressive disorders and tries to elucidate molecular underlying’s of these changes. 
To this end, Rgs2-/- mice were characterized in an aversive-associative learning paradigm to evaluate learned fear as a model for the etiology of human anxiety disorders. Spatial learning and reward motivated spatial learning were evaluated to control for learning in non-aversive paradigms. Rgs2 deletion enhanced learning in all three paradigms, rendering increased learning upon deletion of Rgs2 not specific for aversive learning. These data support reports indicating increased long-term potentiation in Rgs2-/- mice and may predict treatment response to conditioning based behavior therapy in patients with polymorphisms associated with reduced RGS2 expression. Previous reports of increased innate anxiety were corroborated in three tests based on the approach-avoidance conflict. Interestingly, Rgs2-/- mice showed novelty-induced hypo-locomotion suggesting neophobia, which may translate to the clinical picture of agoraphobia in humans and reduced RGS2 expression in humans was associated with a higher incidence of panic disorder with agoraphobia. Depression-like behavior was more distinctive in female Rgs2-/- mice. Stress resilience, tested in an acute and a chronic stress paradigm, was also more distinctive in female Rgs2-/- mice, suggesting Rgs2 to contribute to sex specific effects of anxiety disorders and depression.
Rgs2 deletion was associated with GPCR expression changes of the adrenergic, serotonergic, dopaminergic and neuropeptide Y systems in the brain and heart as well as reduced monoaminergic neurotransmitter levels. Furthermore, the expression of two stress-related microRNAs was increased upon Rgs2 deletion. The aversive-associative learning paradigm induced a dynamic Rgs2 expression change. The observed molecular changes may contribute to the anxious and depressed phenotype as well as promote altered stress reactivity, while reflecting an alter basal stress level and a disrupted sympathetic tone. Dynamic Rgs2 expression may mediate changes in GPCR signaling duration during memory formation.
Taken together, Rgs2 deletion promotes increased anxiety-like and depression-like behavior, altered stress reactivity as well as increased cognitive function.
N2  - Angststörungen sowie Depressionserkrankungen entstehen in der Regel aus der Interaktion genetischer Faktoren mit Umwelteinflüssen und sind häufig gegenseitige Begleiterkrankungen. Das Protein, Regulator of G protein signaling 2 (Rgs2), wurde mit dem vermehrten Auftreten von Angststörungen im Menschen, sowie mit angstähnlichem sowie depressionsähnlichem Verhalten im Mausmodell assoziiert. Rgs2 beeinflusst auf zellulärer Ebene G Protein gekoppelte Signalwege, indem es die GTPase Aktivität der Gα Untereinheit beschleunigt.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Folgen einer homozygoten Rgs2-Defizienz im Mausmodell untersucht. In Anlehnung an die humanen Krankheitsbilder wurde angst- und depressions-ähnliches Verhalten, Stress Reaktivität und den phänotypischen Veränderungen zugrundeliegende molekulare Ursachen evaluiert.
Erlernte Furcht gilt als Model der Ätiologie humaner Angsterkrankungen. Aus diesem Grund, wurden Rgs2-/- Mäuse in einem aversiv-assoziativen Lernmodell, der sogenannten Furcht-Konditionierung, untersucht. Dabei zeigte sich erhöhtes Furchtlernen und Furchtgedächtnis in Rgs2-/- Mäusen. Um zu zeigen, dass die erhöhte kognitive Fähigkeit spezifisch für erlernte Furcht sei, wurde räumliches Lernen in zwei Modellen getestet. Rgs2-Defizienz verbesserte auch in diesen Modellen die Lernfähigkeit. Somit konnte gezeigt werden, dass verbesserte kognitive Fähigkeit nicht spezifisch für emotionales Lernen war. Diese Daten auf Verhaltensebene unterstützen bisherige Befunde von erhöhter Langzeit Potenzierung im Hippocampus von Rgs2-/- Mäusen. Im Menschen könnte eine durch Polymorphismen vermittelte reduzierte Rgs2 Expression das Therapieansprechen auf konditionierungsbasierte Verhaltenstherapien verbessern. Bisherige Befunde von erhöhter, angeborener Angst in Rgs2-/- Mäusen konnten in drei Tests, basierend auf dem Annäherungs-Vermeidungs-Konflikt, bestätigt werden. Interessanterweise, zeigten Rgs2-/- Mäuse in allen Tests verminderte Lokomotion in neuen, ungewohnten Umgebungen. Dies könnte auf Neophobie und somit auf das Krankheitsbild der Agoraphobie im Menschen hindeuten. Tatsächlich wurden RGS2 Polymorphismen bereits mit einer erhöhten Inzidenz von Panikstörung mit Agoraphobie assoziiert. Rgs2-/- Mäuse zeigten zudem depressionsähnliches Verhalten, welches in weiblichen Mäusen ausgeprägter war. Des Weiteren zeigten, insbesondere weibliche Rgs2-/- Mäuse, erhöhte Stress Resilienz nach akuter und chronischer Stressexposition. Rgs2 könnte somit ein Faktor der Geschlechtsspezifität von Angst und Depressionserkrankungen sein. 
Rgs2-Defizienz konnte mit Expressionsänderungen von G Protein gekoppelten Rezeptoren des adrenergen, serotonergen, dopaminergen und Neuropeptid Y Systems in Gehirn und Herz, sowie mit verminderten Spiegeln monoaminerger Neurotransmitter assoziiert werden. Diese Veränderungen könnten zu dem beobachteten ängstlichen sowie depressiven Phänotyp und der veränderten Stress Reaktivität beitragen. Des Weiteren war die Expression zweier, in der Stressreaktion involvierten, microRNAs erhöht. Dies könnte auf einen veränderten basalen Stress Level hindeuten. Furcht-Konditionierung löste dynamische Expressionsänderungen der Rgs2 mRNA aus. Somit könnte die GPCR Signaldauer während der Gedächtnisbildung durch Rgs2 moduliert werden. 
Zusammengefasst, führt Rgs2-Defizienz im Mausmodell zu erhöhtem angst- und depressions-ähnlichem Verhalten, veränderter Stress Reaktivität sowie erhöhter kognitiver Leistung.
KW  - Angst
KW  - Depression
KW  - Tiermodell
KW  - Rgs2
KW  - Regulator of G protein signaling 2
KW  - Animal model
KW  - Anxiety
KW  - Depression
KW  - Stress
KW  - Knockout
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-152550
ER  - 
TY  - THES
A1  - Langhammer, Romy
T1  - Metabolomic Imaging for Human Prostate Cancer Detection using MR Spectroscopy at 7T
T1  - Prostatakrebsdiagnostik mittels metabolomischer Bildgebung in Verwendung von Magnetresonanzspektroskopie mit 7T
N2  - BACKGROUND. Prostate cancer (PCa) remains a major health concern in men of the Western World. However, we still lack effective diagnostic tools a) for an effective screening with both high sensitivity and specificity, b) to guide biopsies and avoid histology sampling errors and c) to predict tumor aggressiveness in order to avoid overtreatment. Therefore, a more reliable, highly cancer-specific and ideally in vivo approach is needed. The present study has been designed in order to further develop and test the method of "metabolomic imaging" using magnetic resonance spectroscopy (MRS) at 7T to address those challenges.
METHODS. Thirty whole prostates with biopsy-proven PCa were in vitro analyzed with a 7T human MR scanner. A voxel grid containing the spectral information was overlaid with the MR image of the middle transverse cross-sectional plane of each case. Subsequent histopathological evaluation of the prostate specimen followed. After the spectral output was processed, all voxels were compared with a metabolomic PCa profile, which had been established within a preliminary study, in order to create a metabolomic map indicating MRS cancer-suspicious regions. Those regions were compared with the histologically identified tumor lesions regarding location.
RESULTS. Sixty-one percent of the histological cancer lesions were detected by metabolomic imaging. Among the cases with PCa on the examined slice, 75% were identified as cancerous. None of the tested features significantly differed between detected and undetected cancer lesions. A defined "Malignancy Index" (MI) significantly differentiated between MRS-suspicious lesions corresponding with a histological cancer lesion and benign lesions (p = 0.006) with an overall accuracy of 70%. The MI furthermore showed a positive correlation with the Gleason grade (p = 0.021).
CONCLUSION. A new approach within PCa diagnostics was developed with spectral analysis including the whole measureable metabolome - referred to as "metabolomics" - rather than focusing on single metabolites. The MI facilitates precise tumor detection and may additionally serve as a marker for tumor aggressiveness. Metabolomic imaging might contribute to a highly cancer-specific in vivo diagnostic protocol for PCa.
N2  - Diese Studie befasst sich mit der Diagnostik von Prostatakarzinomen mittels metabolomischer Bildgebung auf Grundlage der Magnetresonanzspektroskopie. An dreißig Organen mit gesichertem Prostatakarzinom wurde nach Prostatektomie in vitro ein Magnetic-Resonance-Spectroscopy-Imaging (MRSI)-Scan mit 7T durchgeführt. Die Auswertung der prostatischen Spektren erfolgte mittels eines in einer Vorstudie definierten Prostatakrebs-Profils, das die metabolomischen Daten des gesamten messbaren Metaboloms einbezog. Die Ergebnisse der metabolomischen Bildgebung wurden anschließend mit denen der histologischen Untersuchung nach dem MRSI-Scan verglichen.

61% der histologisch nachgewiesenen Krebsläsionen konnten mittels der metabolomischen Bildgebung detektiert werden. Ein "Malignancy Index" unterschied signifikant zwischen malignen MRSI-Läsionen sowie den falsch Positiven. Er dient nachweislich als möglicher Marker für Tumoraggressivität.

Mit der metabolomischen Bildgebung wurde ein Verfahren vorgestellt, das hochspezifisch für das Prostatakarzinom ist, eine Tumorlokalisation vor Biopsieentnahme ermöglicht sowie eine Abschätzung der Tumoraggressivität und möglichen Progression erlaubt. Dennoch sind weitere Studien erforderlich, um das Verfahren sowie insbesondere die Sensitivität zu verbessern.
KW  - Prostatakrebs
KW  - Protonen-NMR-Spektroskopie
KW  - Metabolomic Imaging
KW  - Magnetic Resonance Spectroscopy Imaging
KW  - Prostate cancer diagnostics
KW  - Metabolomics
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165772
ER  - 
TY  - THES
A1  - Prada Salcedo, Juan Pablo
T1  - Image Processing and other bioinformatic tools for Neurobiology
T1  - Bildbearbeitung und andere bioinformatische Werkzeuge für die Neurobiologie
N2  - Neurobiology is widely supported by bioinformatics. Due to the big amount of data generated from the biological side a computational approach is required. This thesis presents four different cases of bioinformatic tools applied to the service of Neurobiology.
The first two tools presented belong to the field of image processing. In the first case, we make use of an algorithm based on the wavelet transformation to assess calcium activity events in cultured neurons. We designed an open source tool to assist neurobiology researchers in the analysis of calcium imaging videos. Such analysis is usually done manually which is time consuming and highly subjective. Our tool speeds up the work and offers the possibility of an unbiased detection of the calcium events. Even more important is that our algorithm not only detects the neuron spiking activity but also local spontaneous activity which is normally discarded because it is considered irrelevant. We showed that this activity is determinant in the calcium dynamics in neurons and it is involved in important functions like signal modulation and memory and learning.
The second project is a segmentation task. In our case we are interested in segmenting the neuron nuclei in electron microscopy images of c.elegans. Marking these structures is necessary in order to reconstruct the connectome of the organism. C.elegans is a great study case due to the simplicity of its nervous system (only 502 neurons). This worm, despite its simplicity has taught us a lot about neuronal mechanisms. There is still a lot of information we can extract from the c.elegans, therein lies the importance of reconstructing its connectome. There is a current version of the c.elegans connectome but it was done by hand and on a single subject which leaves a big room for errors. By automatizing the segmentation of the electron microscopy images we guarantee an unbiased approach and we will be able to verify the connectome on several subjects.
For the third project we moved from image processing applications to biological modeling. Because of the high complexity of even small biological systems it is necessary to analyze them with the help of computational tools. The term in silico was coined to refer to such computational models of biological systems. We designed an in silico model of the TNF (Tumor necrosis factor) ligand and its two principal receptors. This biological system is of high relevance because it is involved in the inflammation process. Inflammation is of most importance as protection mechanism but it can also lead to complicated diseases (e.g. cancer). Chronic inflammation processes can be particularly dangerous in the brain. In order to better understand the dynamics that govern the TNF system we created a model using the BioNetGen language. This is a rule based language that allows one to simulate systems where multiple agents are governed by a single rule. Using our model we characterized the TNF system and hypothesized about the relation of the ligand with each of the two receptors. Our hypotheses can be later used to define drug targets in the system or possible treatments for chronic inflammation or lack of the inflammatory response.
The final project deals with the protein folding problem. In our organism proteins are folded all the time, because only in their folded conformation are proteins capable of doing their job (with some very few exceptions). This folding process presents a great challenge for science because it has been shown to be an NP problem. NP means non deterministic Polynomial time problem. This basically means that this kind of problems cannot be efficiently solved. Nevertheless, somehow the body is capable of folding a protein in just milliseconds. This phenomenon puzzles not only biologists but also mathematicians. In mathematics NP problems have been studied for a long time and it is known that given the solution to one NP problem we could solve many of them (i.e. NP-complete problems). If we manage to understand how nature solves the protein folding problem then we might be able to apply this solution to many other problems. Our research intends to contribute to this discussion. Unfortunately, not to explain how nature solves the protein folding problem, but to explain that it does not solve the problem at all. This seems contradictory since I just mentioned that the body folds proteins all the time, but our hypothesis is that the organisms have learned to solve a simplified version of the NP problem. Nature does not solve the protein folding problem in its full complexity. It simply solves a small instance of the problem. An instance which is as simple as a convex optimization problem. We formulate the protein folding problem as an optimization problem to illustrate our claim and present some toy examples to illustrate the formulation. If our hypothesis is true, it means that protein folding is a simple problem. So we just need to understand and model the conditions of the vicinity inside the cell at the moment the folding process occurs. Once we understand this starting conformation and its influence in the folding process we will be able to design treatments for amyloid diseases such as Alzheimer's and Parkinson's.
In summary this thesis project contributes to the neurobiology research field from four different fronts. Two are practical contributions with immediate benefits, such as the calcium imaging video analysis tool and the TNF in silico model. The neuron nuclei segmentation is a contribution for the near future. A step towards the full annotation of the c.elegans connectome and later for the reconstruction of the connectome of other species. And finally, the protein folding project is a first impulse to change the way we conceive the protein folding process in nature. We try to point future research in a novel direction, where the amino code is not the most relevant characteristic of the process but the conditions within the cell.
N2  - Neurobiologie wird durch Bioinformatik unterstützt, aufgrund der großen Datenmengen, die von biologischer Seite her anfallen, bedarf es eines rechnerischen Ansatzes, um diese Daten sinnvoll zu interpretieren. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden vier Werkzeuge aus dem Bereich der Bioinformatik für die Anwendung in der Neurobiologie vorgestellt. 
Die ersten beiden Werkzeuge gehören zum Bereich der digitalen Bildverarbeitung. Das erste Werkzeug nutzt einen Algorithmus basierend auf der Wavelet-Transformation, um Calciumaktivität in Neuronenkulturen zu bewerten. Hierzu wurde Open-Source-Software entwickelt, die Neurobiologen bei der Analyse von Videoaufnahmen unterstützt. Diese Analyse wird herkömmlicherweise manuell vorgenommen, sodass der Prozess zeitintensiv und sehr subjektiv ist. Die entwickelte Software beschleunigt den Arbeitsprozess und ermöglicht eine unverzerrte Detektion der Ereignisse in Bezug auf Calcium. Von noch größerer Bedeutsamkeit ist die Tatsache, dass der entwickelte Algorithmus nicht nur neuronale Spiking-Aktivität detektiert, sondern auch lokale Spontanaktivität, die herkömmlicherweise als irrelevant betrachtet und daher verworfen wird. Wir konnten zeigen, dass diese Spontanaktivität hohe Relevanz für die Dynamik von Calcium in den Neuronen besitzt und wahrscheinlich an wichtigen Funktionen beteiligt ist, wie der Signalmodulation, Lernen und Gedächtnis.
Beim zweiten Projekt handelt es sich um eine Segmentierungsaufgabe. Wir sind daran interessiert, die neuronalen Zellkerne in elektromikroskopischen Aufnahmen des C.elegans zu segmentieren. Die Kennzeichnung dieser Struktur ist notwendig, um das Konnektom dieses Organismus zu rekonstruieren. Als Studienobjekt eignet sich C.elegans aufgrund der Simplizität seines Nervensystems (er besteht lediglich aus 502 Neuronen). Trotz der Simplizität des Nervensystems dieses Wurms konnten wichtige Erkenntnisse im Hinblick auf neuronale Mechanismen durch die Untersuchung dieses Modellorganismus gewonnen werden. Daher ist die Bestimmung des Konnektoms bedeutsam. Es existiert bereits eine Version des Konnektoms, doch diese wurde händig für lediglich ein Subjekt rekonstruiert und ist daher möglicherweise fehlerbehaftet. Die automatisierte Segmentierung der elektronenmikroskopischen Aufnahmen ermöglicht einen weniger verzerrten Ansatz, der zudem die Verifizierung an mehreren Subjekten gestattet.
Das dritte Projekt dieser Dissertation ist ein Projekt zur Modellierung und Simulation eines biologischen Systems. Aufgrund der hohen Komplexität selbst kleinster biologischer Systeme ist die computergestützte Analyse notwendig. Der Begriff in silico wurde für die computergestützte Simulation biologischer Systeme geprägt. Wir haben ein in silico Modell des TNF (Tumornekrosefaktor) Ligand und seiner zwei Hauptrezeptoren entwickelt. Dieses biologische System ist von hoher Bedeutsamkeit, da es am Entzündungsprozess beteiligt ist, der höchste Wichtigkeit als Schutzmechanismus hat, aber es kann auch komplizierte Erkrankungen auslösen (beispielsweise Krebs), falls es zu einer chronischen Entzündungsreaktion kommt. Derartige Entzündungsprozesse können besonders gefährlich im Gehirn sein. Das System muss eine schwierige Balance zwischen protektiver Funktion und möglicher Krankheitsursache behalten. Um die Dynamiken besser zu verstehen, die das TNF System leiten, haben wir ein Modell mittels der BioNetGen Sprache erstellt. Diese regelbasierte Sprache ermöglicht es ein System zu simulieren, in dem multiple Agenten geleitet werden von einer Regel. Mithilfe unseres Modells charakterisieren wir das TNF System und stellen Hypothesen über die Beziehung des Liganden mit den beiden Rezeptoren auf. Diese Hypothesen können später genutzt werden, um mögliche Ziele im System für Arzneimittel, mögliche Behandlungen für chronische Entzündungen oder das Fehlen einer Entzündungsreaktion zu bestimmen.
Im abschießenden Projekt wird das Proteinfaltungsproblem behandelt. In unserem Organismus werden ständig Proteine gefaltet, denn nur im gefalteten Zustand können sie ihrer Aufgabe nachkommen (mit sehr wenigen Ausnahmen). Dieser Faltungsprozess stellt eine große Herausforderung für die Wissenschaft dar, weil gezeigt wurde, dass der Faltungsprozess ein NP Problem ist. NP steht dabei für nichtdeterministisch polynomielles Zeitproblem. Dies bedeutet im Grunde, dass es nicht effizient gelöst werden kann. Nichtsdestotrotz ist der Körper in der Lage, ein Protein in Millisekunden zu falten. Dieses Phänomen stellt nicht nur Biologen sondern auch Mathematiker vor Rätsel. In der Mathematik wurde diese Probleme schon lange studiert und es ist bekannt, dass die Kenntnis der Lösung eines NP Problems die Lösung vieler bedeuten würde (insbesondere NP-kompletter Probleme). Daher ist die Idee, dass viele Probleme gelöst werden könnten, durch das Verständnis davon, wie die Natur das Problem löst. Unsere Forschung zielt darauf ab, zu dieser Diskussion beizutragen, allerdings nicht durch die Erklärung davon, wie die Natur das Problem löst, sondern durch die Erklärung, dass die Natur das Problem nicht löst. Dies scheint zunächst widersprüchlich, da der Körper ständig Proteine faltet.  Unsere Hypothese besagt jedoch, dass der Organismus gelernt hat, eine vereinfachte Version des NP Problems zu lösen. Die Natur löst das Problem nicht in seiner vollen Komplexität, sondern nur eine kleine Instanz davon. Eine Instanz, die ein konvexes Optimierungsproblem darstellt. Wir formulieren das Proteinfaltungsproblem als konvexes Optimierungsproblem und zur Illustrierung unserer Behauptung nutzen wir theoretische Beispiele.
Wenn die Hypothese zutrifft, bedeutet dies, dass das Proteinfaltungsproblem ein einfaches ist und wir müssen lediglich die Ausgangskonstellation der Umgebung in der Zelle verstehen und modellieren, in dem Moment in dem die Faltung passiert. Sobald wir die Ausgangskonstellation und den Einfluss auf den Faltungsprozess verstehen, können wir Behandlungen für Amyloid-Krankheiten, wie Alzheimer-Demenz und Morbus Parkinson entwickeln.   

Zusammenfassend trägt die vorliegende Dissertation zu neurobiologischer Forschung durch vier Ansätze bei. Zwei sind praktische Beiträge mit sofortigem Nutzen für die Forschung, dazu zählen das Videoanalyse Tool für Calcium Aufnahmen und das TNF in silico Modell. Die neuronale Zellkernsegmentierung ist ein Beitrag für die nahe Zukunft – ein Schritt zur Vervollständigung des Konnektoms des C.elegans  und langfristig zur Rekonstruktion der Konnektome anderer Spezies. Und schließlich ist das Proteinfaltungsprojekt ein erster Impuls den Proteinfaltungsprozess anders zu denken. Wir versuchen zukünftige Forschung in eine andere Richtung zu lenken, wobei nicht der Aminosäurecode das relevanteste Charakteristikum des Prozesses ist, sondern vielmehr die Bedingungen innerhalb der Zelle.
KW  - Bildverarbeitung
KW  - Neurobiologie
KW  - Model simulation
KW  - Protein folding
KW  - Bioinformatik
KW  - Image Processing
KW  - Simulation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157721
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Breitenbach, Tim
T1  - Codes of examples for SQH method
N2  - Code examples for the paper "On the SQH Scheme to Solve Nonsmooth PDE Optimal Control Problems" by Tim Breitenbach and Alfio Borzì published in the journal "Numerical Functional Analysis and Optimization", in 2019, DOI: 10.1080/01630563.2019.1599911
KW  - Code examples
KW  - SQH method
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165669
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hügel, Markus
T1  - The control of nanomorphology in star-shaped mesogens
T1  - Die Steuerung der Nanomorphologie von sternförmigen Mesogenen
N2  - Stilbene-based star-shaped mesogens have been synthesized with and without fullerene guests. Thermotropic properties and the mechanism of space-filling in the mesophases of these systems have been examined.
N2  - Auf Stilben basierende sternförmige Mesogene wurden mit als auch ohne Fullerengäste synthetisiert. Die thermotropen Eigenschaften und der Mechanismus der Raumfüllung in den Mesophasen dieser Systeme wurden untersucht.
KW  - Flüssigkristall
KW  - Fullerene
KW  - Porphyrin
KW  - Mesogen
KW  - Raumfüllung
KW  - Dyade
KW  - Nanosegregation
KW  - Fulleren-Netzwerk
KW  - Mesogen
KW  - Space filling
KW  - Dyad
KW  - Nanosegregation
KW  - fullerene network
KW  - Hekate
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165321
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Böhnke, Julian
A1  - Brückner, Tobias
A1  - Hermann, Alexander
A1  - González-Belman, Oscar F.
A1  - Arrowsmith, Merle
A1  - Jiménez-Halla, J. Oscar C.
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Single and double activation of acetone by isolobal B≡N and B≡B triple bonds
JF  - Chemical Science
N2  - B≡N and B≡B triple bonds induce C-H activation of acetone to yield a (2-propenyloxy)aminoborane and an unsymmetrical 1-(2- propenyloxy)-2-hydrodiborene, respectively. DFT calculations showed that, despite their stark electronic differences, both the B≡N and B≡B triple bonds activate acetone via a similar coordination-deprotonation mechansim. In contrast, the reaction of acetone with a cAAC-supported diboracumulene yielded a unique 1,2,3-oxadiborole, which according to DFT calculations also proceeds via an unsymmetrical diborene, followed by intramolecular hydride migration and a second C-H activation of the enolate ligand.
KW  - acetone
KW  - diborynes
KW  - iminoboranes
KW  - boron
KW  - small-molecule activation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164286
VL  - 9
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Stoy, Andreas
A1  - Böhnke, Julian
A1  - Jiménez-Halla, J. Oscar C.
A1  - Dewhurst, Rian D.
A1  - Thiess, Torsten
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - CO\(_2\) Binding and Splitting by Boron–Boron Multiple Bonds
T2  - Angewandte Chemie, International Edition
N2  - CO\(_2\) is found to undergo room-temperature, ambient- pressure reactions with two species containing boron-boron multiple bonds, leading to incorporation of either one or two CO\(_2\) molecules. In one case, a thermally-unstable intermediate was structurally characterized, indicating the operation of an initial 2+2 cycloaddition mechanism in the reaction.
KW  - carbon dioxide
KW  - CO2 fixation
KW  - diborenes
KW  - diborynes
KW  - boron
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164265
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: A. Stoy, J. Böhnke, J. O. C. Jiménez‐Halla, R. D. Dewhurst, T. Thiess, H. Braunschweig, Angew. Chem. Int.Ed. 2018, 57,5947 –5951, which has been published in final form at DOI: 10.1002/anie.201802117. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Self-Archiving.
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Cid, Jessica
A1  - Hermann, Alexander
A1  - Radcliffe, James E.
A1  - Curless, Liam D.
A1  - Braunschweig, Holger
A1  - Ingleson, Michael J.
T1  - Synthesis of Unsymmetrical Diboron(5) Compounds and Their Conversion to Diboron(5) Cations
T2  - Organometallics
N2  - Reaction of bis-catecholatodiboron-NHC adducts, B\(_2\)Cat\(_2\)(NHC), (NHC = IMe (tetramethylimidazol-2-ylidene), IMes (1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene) or IDIPP (1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene)) with BCl3 results in the replacement of the catecholato group bound to the four coordinate boron with two chlorides to yield diboron(5) Lewis acid-base adducts of formula CatB-BCl\(_2\)(NHC). These compounds are precursors to diboron(5) monocations, accessed by adding AlCl\(_3\) or K[B(C\(_6\)F\(_5\))\(_4\)] as halide abstraction agents in the presence of a Lewis base. The substitution of the chlorides of CatB-BCl\(_2\)(NHC) for hydrides is achieved using Bu\(_3\)SnH and a halide abstracting agent to form 1,1-dihydrodiboron(5) compounds, CatB-BH\(_2\)(NHC). Attempts to generate diboron(4) monocations of formula [CatB-B(Y)(NHC)]\(^+\) (Y = Cl or H) led to the rapid formation of CatBY.
KW  - diboron
KW  - boronium cations
KW  - boron
KW  - Lewis acids
KW  - electrophiles
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164299
N1  - This document is the unedited Author's version of a Submitted Work that was subsequently accepted for publication in Organometallics, copyright © 2018 American Chemical Society after peer review. To access the final edited and published work see dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00288
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Arrowsmith, Merle
A1  - Mattock, James D.
A1  - Böhnke, Julian
A1  - Krummenacher, Ivo
A1  - Vargas, Alfredo
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Direct access to a cAAC-supported dihydrodiborene and its dianion
T2  - Chemical Communications
N2  - The two-fold reduction of (cAAC)BHX\(_2\) (cAAC = 1-(2,6-diisopropylphenyl)-3,3,5,5-tetramethylpyrrolidin-2-ylidene; X = Cl, Br) provides a facile, high-yielding route to the dihydrodiborene (cAAC)\(_2\)B\(_2\)H\(_2\). The (chloro)hydroboryl anion reduction intermediate was successfully isolated using a crown ether. Overreduction of the diborene to its dianion [(cAAC)\(_2\)B\(_2\)H\(_2\)]\(^{2−}\) causes a decrease in the B–B bond order whereas the B–C bond orders increase.
KW  - carbenes
KW  - diborenes
KW  - boron
KW  - main-group chemistry
KW  - diborynes
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164276
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: Chemical Communications, 2018, 54, 4669-4672 which has been published at DOI: 10.1039/C8CC01580E
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Chen, Xinyu
A1  - Maya, Yoshifumi
A1  - Eissler, Christoph
A1  - Hirano, Mitsuru
A1  - Nose, Naoko
A1  - Wakabayashi, Hiroshi
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Higuchi, Takahiro
T1  - The Impact of Ageing on 11C-Hydroxyephedrine Uptake in the Rat Heart
JF  - Scientific Reports
N2  - We aimed to explore the impact of ageing on 11C-Hydroxyephedrine (11C-HED) uptake in the healthy rat heart in a longitudinal setting. To investigate a potential cold mass effect, the influence of specific activity on cardiac 11C-HED uptake was evaluated: 11C-HED was synthesized by N-methylation of (−)-metaraminol as the free base (radiochemical purity >95%) and a wide range of specific activities (0.2–141.9 GBq/μmol) were prepared. \(^{11}\)C-HED (48.7±9.7MBq, ranged 0.2–60.4μg/kg cold mass) was injected in healthy Wistar Rats. Dynamic 23-frame PET images were obtained over 30 min. Time activity curves were generated for the blood input function and myocardial tissue. Cardiac 11C-HED retention index (%/min) was calculated as myocardial tissue activity at 20-30 min divided by the integral of the blood activity curves. Additionally, the impact of ageing on myocardial 11CHED uptake was investigated longitudinally by PET studies at different ages of healthy Wistar Rats. A dose-dependent reduction of cardiac 11C-HED uptake was observed: The estimated retention index as a marker of norepinephrine function decreased at a lower specific activity (higher amount of cold mass). This observed high affinity of 11C-HED to the neural norepinephrine transporter triggered a subsequent study: In a longitudinal setting, the 11C-HED retention index decreased with increasing age. An age-related decline of cardiac sympathetic innervation could be demonstrated. The herein observed cold mass effect might increase in succeeding scans and therefore, 11C-HED microPET studies should be planned with extreme caution if one single radiosynthesis is scheduled for multiple animals.
KW  - ageing
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - 11C-HED
KW  - 11C-Hydroxyephedrine
KW  - cardiac sympathetic nervous system
KW  - myocardial sympathetic innervation imaging
KW  - PET
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164826
SN  - 2281-5872
VL  - 8
IS  - 11120
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herbst, Nikolas Roman
T1  - Methods and Benchmarks for Auto-Scaling Mechanisms in Elastic Cloud Environments
T1  - Methoden und Messverfahren für Mechanismen des automatischen Skalierens in elastischen Cloudumgebungen
N2  - A key functionality of cloud systems are automated resource management mechanisms at the infrastructure level. As part of this, elastic scaling of allocated resources is realized by so-called auto-scalers that are supposed to match the current demand in a way that the performance remains stable while resources are efficiently used. 
The process of rating cloud infrastructure offerings in terms of the quality of their achieved elastic scaling remains undefined. Clear guidance for the selection and configuration of an auto-scaler for a given context is not available. Thus, existing operating solutions are optimized in a highly application specific way and usually kept undisclosed.  

The common state of practice is the use of simplistic threshold-based approaches. Due to their reactive nature they incur performance degradation during the minutes of provisioning delays. In the literature, a high-number of auto-scalers has been proposed trying to overcome the limitations of reactive mechanisms by employing proactive prediction methods. 
In this thesis, we identify potentials in automated cloud system resource management and its evaluation methodology. Specifically, we make the following contributions:

We propose a descriptive load profile modeling framework together with automated model extraction from recorded traces to enable reproducible workload generation with realistic load intensity variations. The proposed Descartes Load Intensity Model (DLIM) with its Limbo framework provides key functionality to stress and benchmark resource management approaches in a representative and fair manner.  

We propose a set of intuitive metrics for quantifying timing, stability and accuracy aspects of elasticity. Based on these metrics, we propose a novel approach for benchmarking the elasticity of Infrastructure-as-a-Service (IaaS) cloud platforms independent of the performance exhibited by the provisioned underlying resources.

We tackle the challenge of reducing the risk of relying on a single proactive auto-scaler by proposing a new self-aware auto-scaling mechanism, called Chameleon, combining multiple different proactive methods coupled with a reactive fallback mechanism.  
Chameleon employs on-demand, automated time series-based forecasting methods to predict the arriving load intensity in combination with run-time service demand estimation techniques to calculate the required resource consumption per work unit without the need for a detailed application instrumentation. It can also leverage application knowledge by solving product-form queueing networks used to derive optimized scaling actions. The Chameleon approach is first in resolving conflicts between reactive and proactive scaling decisions in an intelligent way.

We are confident that the contributions of this thesis will have a long-term impact on the way cloud resource management approaches are assessed. While this could result in an improved quality of autonomic management algorithms, we see and discuss arising challenges for future research in cloud resource management and its assessment methods: The adoption of containerization on top of virtual machine instances introduces another level of indirection. As a result, the nesting of virtual resources increases resource fragmentation and causes unreliable provisioning delays. Furthermore, virtualized compute resources tend to become more and more inhomogeneous associated with various priorities and trade-offs. Due to DevOps practices, cloud hosted service updates are released with a higher frequency which impacts the dynamics in user behavior.
N2  - Eine Schlüsselfunktionalität von Cloud-Systemen sind automatisierte Mechanismen zur Ressourcenverwaltung auf Infrastrukturebene. Als Teil hiervon wird das elastische Skalieren der allokierten Ressourcen durch eigene Mechanismen realisiert. Diese sind dafür verantwortlich, dass die dynamische Ressourcenzuteilung die aktuelle Nachfrage in einem Maße trifft, welches die Performance stabil hält und gleichzeitig Ressourcen effizient auslastet. 
Prozesse, welche die Bewertung der Qualität von elastischem Skalierungsverhalten in der Realität ermöglichen, sind derzeit nicht umfassend definiert. Folglich fehlt es an Leitfäden und Entscheidungskriterien bei der Auswahl und Konfiguration automatisch skalierender Mechanismen. In der Praxis zum Einsatz kommende Lösungen sind auf ihr Anwendungsszenario optimiert und werden in fast allen Fällen unter Verschluss gehalten. 
Mehrheitlich werden einfache, schwellenwertbasierte Regelungsansätze eingesetzt. Diese nehmen aufgrund ihres inhärent reaktiven Charakters verschlechterte Performance während der Bereitstellungsverzögerung im Minutenbereich in Kauf. In der Literatur wird eine große Anzahl an Mechanismen zur automatischen Skalierung vorgeschlagen, welche versuchen, diese Einschränkung durch Einsatz von Schätzverfahren zu umgehen. Diese können in Ansätze aus der Warteschlangentheorie, der Kontrolltheorie, der Zeitreihenanalyse und des maschinellen Lernens eingeteilt werden. Jedoch erfreuen sich prädiktive Mechanismen zum automatischen Skalieren aufgrund des damit verknüpften hohen Risikos, sich auf einzelne Schätzverfahren zu verlassen, bislang keines breiten Praxiseinsatzes.

Diese Dissertation identifiziert Potenziale im automatisierten Ressourcenmanagement von Cloud-Umgebungen und deren Bewertungsverfahren. Die Beiträge liegen konkret in den folgenden Punkten:

Es wird eine Sprache zur deskriptiven Modellierung von Lastintensitätsprofilen und deren automatischer Extraktion aus Aufzeichnungen entwickelt, um eine wiederholbare Generierung von realistischen und in ihrer Intensität variierenden Arbeitslasten zu ermöglichen. Das vorgeschlagene Descartes Lastintensitätsmodell (DLIM) zusammen mit dem Limbo Software-Werkzeug stellt hierbei Schlüsselfunktionalitäten zur repräsentativen Arbeitslastgenerierung und fairen Bewertung von Ressourcenmanagementansätzen zur Verfügung.
	
Es wird eine Gruppe intuitiver Metriken zur Quantifizierung der zeit-, genauigkeits- und stabilitätsbezogenen Qualitätsaspekte elastischen Verhaltens vorgeschlagen. Basierend auf diesen zwischenzeitlich von der Forschungsabteilung der Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) befürworteten Metriken, wird ein neuartiges Elastizitätsmessverfahren zur fairen Bewertung von Infrastruktur-Cloud-Dienstleistungen, unabhängig von der Leistungsfähigkeit der zugrunde liegenden Ressourcen, entwickelt. 
	
Durch die Entwicklung eines neuartigen, hybriden Ansatzes zum automatischen Skalieren, genannt Chameleon, wird das Risiko reduziert, welches sich aus dem Einsatz einzelner proaktiver Methoden automatischen Skalierens ergibt. Chameleon kombiniert mehrere verschiedene proaktive Methoden und ist mit einer reaktiven Rückfallebene gekoppelt. Dazu verwendet Chameleon bei Bedarf automatische Zeitreihenvorhersagen, um ankommende Arbeitslasten abzuschätzen. Ergänzend dazu kommen Techniken der Serviceanforderungsabschätzung zur Systemlaufzeit zum Einsatz, um den Ressourcenverbrauch einzelner Arbeitspakete in etwa zu bestimmen, ohne dass eine feingranulare Instrumentierung der Anwendung erforderlich ist. Abgesehen davon nutzt Chameleon anwendungsbezogenes Wissen, um Warteschlangennetze in Produktform zu lösen und optimale Skalierungsaktionen abzuleiten. Der Chameleon-Ansatz ist der erste seiner Art, welcher Konflikte zwischen reaktiven und proaktiven Skalierungsaktionen in intelligenter Art und Weise aufzulösen vermag.
	
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Beiträge dieser Dissertation auf lange Sicht die Art und Weise beeinflussen dürften, in welcher Ressourcenmanagementansätze in Cloudumgebungen bewertet werden. Ein Ergebnis wäre unter anderem eine verbesserte Qualität der Algorithmen für ein automatisches Ressourcenmanagement.
Als Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten werden aufkommende Herausforderungen identifiziert und diskutiert: Die Einführung der Containerisierung innerhalb von virtuellen Maschineninstanzen bewirkt eine weitere Ebene der Indirektion. Als Folge dieser  Verschachtelung der virtuellen Ressourcen wird die Fragmentierung erhöht und unzuverlässige Bereitstellungsverzögerungen verursacht. Außerdem tendieren die virtualisierten Rechenressourcen aufgrund von Priorisierung und Zielkonflikten mehr und mehr zu inhomogenen Systemlandschaften. Aufgrund von DevOps-Praktiken werden Softwareupdates von Diensten in Cloudumgebungen mit einer höheren Frequenz durchgeführt, welche sich auf das Benutzungsverhalten dynamisierend auswirken kann.
KW  - Cloud Computing
KW  - Benchmarking
KW  - Elasticity
KW  - Metrics
KW  - Auto-Scaling
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164314
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lorenz, Viola
T1  - Cellular regulation of the hemITAM-coupled platelet  receptor C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2): In vitro and in vivo studies in mice
T1  - Zelluläre Regulation des hemITAM-gekoppelten Thrombozytenrezeptors C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2):
In vitro und in vivo Studien in Mäusen
N2  - Platelet aggregation at sites of vascular injury is essential to limit posttraumatic blood loss, but may also cause acute ischemic disease states such as myocardial infarction or stroke. Stable thrombus formation requires a series of molecular events involving platelet receptors and intracellular signal transduction, which contribute to adhesion, activation and aggregation of platelets. In this thesis, the cellular regulation of platelet surface receptors and their involvement in thrombus formation was investigated using genetically modified mice. 
In the first part of the study, the functional relevance of the immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-coupled collagen receptor GPVI and of the recently identified hemITAM-bearing C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) for in vivo thrombus formation was analyzed. Megakaryocyte/ platelet-specific CLEC-2 knock out mice displayed a defective lymphatic development and were protected from occlusive arterial thrombus formation. These phenotypes were more pronounced in mice with a GPVI/CLEC-2 double deficiency. Hemostasis was not compromised in CLEC-2 or GPVI single-deficient animals, as they showed only mildly prolonged tail bleeding times. Combined depletion of both receptors resulted in markedly prolonged bleeding times revealing an unexpected redundant function of the two receptors in hemostasis as well as thrombosis. These findings might have important implications for the development of anti-CLEC-2/ anti-GPVI agents as therapeutics. 
In the second part, mechanisms underlying the cellular regulation of CLEC-2 were studied. Previous studies have shown that injection of the anti-CLEC-2 antibody INU1 results in complete immunodepletion of platelet CLEC-2 in mice, which is preceded by a severe transient thrombocytopenia thereby limiting its potential therapeutic use. It is demonstrated that INU1-induced CLEC-2 immunodepletion occurs through Src family kinase (SFK)-dependent receptor internalization in vitro and in vivo, presumably followed by intracellular degradation. In mice with spleen tyrosine kinase (Syk) deficiency, INU1-induced CLEC-2 internalization/ degradation was fully preserved, whereas the associated thrombocytopenia was largely prevented. These results show that CLEC-2 can be downregulated from the platelet surface through internalization in vitro and in vivo and that this can be mechanistically uncoupled from the associated antibody-induced thrombocytopenia. 
Since INU1 IgG induced a pronounced thrombocytopenia, the in vivo effects of monovalent INU1 F(ab) fragments were analyzed. Very unexpectedly, injection of the F(ab) fragments resulted in widespread thrombus formation leading to persistent neurological deficits of the animals. This intravascular thrombus formation is the result of CLEC-2-dependent platelet activation and aggregation. The mechanism underlying the thrombus formation is still unknown and depends potentially on binding of a yet unidentified ligand to F(ab)-opsonized CLEC-2 on platelets.
N2  - Die Aggregation von Thrombozyten ist ein essentielle Prozess, um Blutungen nach einer Gefäßverletzung zu stoppen. Sie kann aber auch zu akuten thrombotischen Erkrankungen, wie Herzinfarkt und Schlafanfall, führen. Die Bildung eines stabilen Thrombus ist ein dynamischer Prozess, der ein definiertes Zusammenspiel von thrombozytären Rezeptoren und intrazellulären Signalen benötigt, die zur Adhäsion, Aktivierung und Aggregation der Thrombozyten beitragen. In der hier vorliegenden Dissertation wurde zellulär Regulation von thrombozytären Oberflächenrezeptoren und ihre Beteiligung an der Thromben-Bildung mittels genetisch veränderter Mäuse untersucht. 
Im ersten Teil der Arbeit wurde die funktionelle Relevanz des immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-gekoppelten Kollagenrezeptors GPVI und des vor kurzem entdeckten hemITAM-gekoppelten C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) für die in vivo Thromben-Bildung charakterisiert. Mäuse mit einer Megakaryozyten/ Thrombozyten-spezifischen CLEC-2-Defizienz weisen Defekte in der Entwicklung ihrer lymphatischen Gefäße auf und sind vor arteriellen Gefäßverschlüssen geschützt. Dieser Phänotyp war in Mäusen mit einer Defizient GPVI und CLEC-2 verstärkt. GPVI oder CLEC-2-defiziente Mäuse zeigen eine normale Hämostase, da ihre Schwanzblutungszeiten nur minimal verlängert waren. Die gleichzeitige Defizienz beider Rezeptoren verlängerte die Blutungszeiten der Tiere allerdings erheblich. Das spricht dafür, dass beiden Rezeptoren eine unerwartete redundante Funktion sowohl in der Hämostase als auch während der pathologischen Thromben-Bildung haben. Diese Ergebnisse könnten für die Entwicklung neuer therapeutischen Wirkstoffen, die gegen GPVI und/ oder CLEC-2 gerichtet sind, bedeutsam sein. 
Im zweiten Teil der Arbeit wurde die zelluläre Regulation von CLEC-2 untersucht. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Behandlung von Mäusen mit dem gegen CLEC-2 gerichteten Antikörper INU1 zu einem spezifischen Verlust des Rezeptors in zirkulierenden Thrombozyten führt. Dieser Prozess, der „Immunodepletion“ genannt wird, ist von einer Thrombozytopenie begleitet, die das therapeutische Potential eines solchen Ansatzes reduziert. Im Verlauf der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die INU1-abhängige Immunodepletion in vitro und in vivo mittels src family kinase (SFK)-abängiger Internalisierung geschieht. Der Internalisierung ist vermutlich ein intrazellulärer Abbau nachgeschaltet. In Mäusen mit einer spleen tyrosine kinase (Syk) Defizienz war die INU1-abhängige Thrombozytopenie zum größten Teil verhindert, aber die Herabregulation durch Internalisierung von CLEC-2 blieb erhalten. Diese Ergebnisse zeigen, dass CLEC-2 in vitro und in vivo durch Internalisierung von der Thrombozyten-Oberfläche herabreguliert werden kann. Darüber hinaus kann dies von der Antikörper-vermittelten Thrombozytopenie mechanistisch entkoppelt werden. 
Da die Injektion von INU1 IgG eine starke Thrombozytopenie in der Tieren verursacht, sollen die in vivo Effekte von monovalenten INU1 F(ab) Fragmenten getestet werden. Unerwarteter weise führte die Injektion dieser F(ab) Fragmente zu einer systemischen Thromben-Bildung, die unter anderem neurologische Defizite in den Tieren auslösten. Diese intravaskuläre Thromben-Bildung ist ein Ergebnis von CLEC-2-abhängier Thrombozyten Aktivierung und Aggregation. Der Mechanismus, der dieser Thromben-Bildung zugrunde liegt, ist bisher noch nicht aufgeklärt. Möglicherweise wird er durch die Bindung eines unbekannten Liganden an das F(ab)-gebunde CLEC-2 auf Thrombozyten ausgelöst.
KW  - Thrombozytenaggregation
KW  - CLEC-2
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-116724
ER  - 
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A1  - Paul, Ursula Sofia Désirée
T1  - Studies on the Reactivity of Iridium Bis(phosphinite) Pincer Complexes towards Phosphines, Boranes and their Lewis Adducts and on the Reactivity of Cyclic (Alkyl)(Amino) Carbenes and Nickel Complexes thereof
T1  - Studien hinsichtlich der Reaktivität von Iridium bis(phosphinit)-Pincerkomplexen gegenüber Phosphanen, Boranen und deren Lewis Addukten und bezüglich der Reaktivität von zyklischen (Alkyl)(Amino) Carbenen und Nickelkomplexen davon
N2  - The first part of the present work provides an insight into the chemistry of iridium complexes bearing the bis(phosphinite) pincer ligand tBuPOCOP (k3-C6H3-1,3-(OPtBu2)2) towards primary boranes and phosphines as well as phosphine-borane Lewis adducts. It furthermore encloses some more detailed studies on their application as catalyst for the dehydrogenative coupling of the latter compounds. The results presented herein can be divided into three sections:
I.	synthesis and characterization of aryl dihydroborate ligated iridium(III) complexes 
II.	and aryl phosphine coordinated iridium(I) and dihydrido iridium(III) complexes,
III.	as well as studies on the reactivity of the parent iridium pincer complexes towards BH3 adducts of primary phosphines, which led to first results in the homogeneous catalytic dehydrocoupling of P-aryl substituted phosphine boranes mediated by such iridium pincer complexes.

The second part of the present work provides an insight into the chemistry of cyclic (alkyl)(amino) carbene-stabilized nickel complexes as well as it encloses some more detailed studies on the properties and reactivity of the free carbenes itself. The results presented herein can be divided into four sections:
I.	synthesis and characterization of cyclic (alkyl)(amino) carbene-stabilized nickel carbonyl complexes, 
II.	which allow the evaluation and quantification of the steric and electronic properties of these cyclic (alkyl)(amino) carbenes,
III.	first studies on the reactivity of these novel nickel complexes, and 
IV.	investigations on C–F and C–H bond activation at the carbene center of cyclic (alkyl)(amino) carbenes.
N2  - Der erste Abschnitt der vorliegenden Arbeit gibt einen vertieften Einblick in die Reaktivität von Iridiumkomplexen, die den bis(Phosphinit)-Pincer tBuPOCOP (k3-C6H3-1,3-(OPtBu2)2) als Liganden aufweisen, gegenüber primären Boranen und Phosphanen sowie gegenüber Phosphan-Boran-Lewis-Paaren. Desweiteren sind detailliertere Untersuchungen zu deren Anwendung als Katalysator zur dehydrogenativen Kupplung von Phosphanboranen enthalten. Die erhaltenen Ergebnisse lassen sich in drei Teilbereiche gliedern:
I.	Synthese und Charakterisierung von Iridium(III)-Komplexen, die Aryldihydroboratliganden tragen, 
II.	Arylphosphan-koordinierte Iridium(I)- und Iridium(III)-Komplexe,
III.	sowie Studien zur Reaktivität der zugrundeliegenden Iridiumpincerkomplexe gegenüber BH3-Addukten von primären Phosphanen. Diese führten zu ersten Ergebnissen in der homogen-katalytischen Dehydrokupplung von Phosphanboranen unter Verwendung der Iridiumpincerkomplexe als Katalysator.

Der zweite Abschnitt der vorliegenden Arbeit gibt einen Einblick in die Chemie von Nickelkomplexen, die durch zyklische (Alkyl)(Amino) Carbene (cAACs) stabilisiert werden. Desweiteren sind Untersuchungen zu den Eigenschaften und zur Reaktivität der freien Carbene selbst enthalten. Die erhaltenen Ergebnisse lassen sich in vier Teilbereiche gliedern:
I.	Synthese und Charakterisierung von Nickelkomplexen, die durch zyklische (Alkyl)(Amino) Carbene stabilisiert werden, 
II.	welche die Bestimmung und Quantifizierung von deren sterischen und elektronischen Eigenschaften zulassen,
III.	erste Studien zur Reaktivität dieser neuartigen Nickelkomplexe, sowie
IV.	Untersuchungen zur C–F- und C–H-Bindungsaktivierung am Carbenkohlenstoffatom der entsprechenden zyklische (Alkyl)(Amino) Carbene.
KW  - Iridiumkomplexe
KW  - Iridium bis(phosphinite) pincer complexes
KW  - cyclic (alkyl)(amino) carbenes
KW  - carbene-stabilized nickel complexes
KW  - Nickelkomplexe
KW  - Metallorganische Chemie
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-151963
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TY  - THES
A1  - Knauer, Kim
T1  - Vegetation Dynamics in West Africa - Spatio-temporal Data Fusion for the Monitoring of Agricultural Expansion
T1  - Vegetationsdynamik in Westafrika - Raumzeitliche Datenfusion zur Kartierung landwirtschaftlicher Expansion
N2  - West Africa is one of the fastest growing regions in the world with annual population growth rates of more than three percent for several countries. Since the 1950s, West Africa experienced a fivefold increase of inhabitants, from 71 to 353 million people in 2015 and it is expected that the region’s population will continue to grow to almost 800 million people by the year 2050. This strong trend has and will have serious consequences for food security since agricultural productivity is still on a comparatively low level in most countries of West Africa. In order to compensate for this low productivity, an expansion of agricultural areas is rapidly progressing. The mapping and monitoring of agricultural areas in West Africa is a difficult task even on the basis of remote sensing. The small scale extensive farming practices with a low level of agricultural inputs and mechanization make the delineation of cultivated land from other land cover and land use (LULC) types highly challenging. In addition, the frequent cloud coverage in the region considerably decreases the availability of earth observation datasets. For the accurate mapping of agricultural area in West Africa, high temporal as well as spatial resolution is necessary to delineate the small-sized fields and to obtain data from periods where different LULC types are distinguishable. However, such consistent time series are currently not available for West Africa. Thus, a spatio-temporal data fusion framework was developed in this thesis for the generation of high spatial and temporal resolution time series. 
Data fusion algorithms such as the Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model (ESTARFM) enjoyed increasing popularity during recent years but they have hardly been used for the application on larger scales. In order to make it applicable for this purpose and to increase the input data availability, especially in cloud-prone areas such as West Africa, the ESTARFM framework was developed in this thesis introducing several enhancements. An automatic filling of cloud gaps was included in the framework in order to use even partly cloud-covered Landsat images for the fusion without producing gaps on the output images. In addition, the ESTARFM algorithm was improved to automatically account for regional differences in the heterogeneity of the study region. Further improvements comprise the automation of the time series generation as well as the significant acceleration of the processing speed through parallelization. The performance of the developed ESTARFM framework was tested by fusing an 8-day NDVI time series from Landsat and MODIS data for a focus area of 98,000 km² in the border region between Burkina Faso and Ghana. The results of this test show the capability of the ESTARFM framework to accurately produce high temporal resolution time series while maintaining the spatial detail, even in such a heterogeneous and cloud-prone region. 
The successfully tested framework was subsequently applied to generate consistent time series as the basis for the mapping of agricultural area in Burkina Faso for the years 2001, 2007, and 2014. In a first step, high temporal (8-day) and high spatial (30 m) resolution NDVI time series for the entire country and the three years were derived with the ESTARFM framework. More than 500 Landsat scenes and 3000 MODIS scenes were automatically processed for this purpose. From the fused ESTARFM NDVI time series, phenological metrics were extracted and together with the single time steps of NDVI served as input for the delineation of rainfed agricultural areas, irrigated agricultural areas and plantations. The classification was conducted with the random forest algorithm at a 30 m spatial resolution for entire Burkina Faso and the three years 2001, 2007, and 2014. For the training and validation of the classifier, a randomly sampled reference dataset was generated from Google Earth images based on expert knowledge of the region. The overall classification accuracies of 92% (2001), 91% (2007), and 91% (2014) indicate the well-functioning of the developed methodology. The resulting maps show an expansion of agricultural area of 91% from about 61,000 km² in 2001 to 116,900 km² in 2014. While rainfed agricultural areas account for the major part of this increase, irrigated areas and plantations also spread considerably. Especially the expansion of irrigation systems and plantation area can be explained by the promotion through various national and international development projects. The increase of agricultural areas goes in line with the rapid population growth in most of Burkina Faso’s provinces which still had available land resources for an expansion of agricultural area. An analysis of the development of agricultural areas in the vicinity of protected areas highlighted the increased human pressure on these reserves. The protection of the remnant habitats for flora and fauna while at the same time improving food security for a rapidly growing population, are the major challenges for the region in the future. 
The developed ESTARFM framework showed great potential beyond its utilization for the mapping of agricultural area. Other large-scale research that requires a sufficiently high temporal and spatial resolution such as the monitoring of land degradation or the investigation of land surface phenology could greatly benefit from the application of this framework.
N2  - Westafrika ist eine der am schnellsten wachsenden Regionen der Welt. Das jährliche Bevölkerungswachstum liegt in mehreren Ländern der Region über drei Prozent. Seit den 1950er Jahren erlebte Westafrika eine fünffache Zunahme der Einwohner, von 71 auf 353 Millionen Menschen im Jahr 2015 und es wird erwartet, dass die Bevölkerung der Region bis zum Jahr 2050 auf fast 800 Millionen Menschen steigen wird. Dieser Trend hat ernsthafte Konsequenzen für die Nahrungsmittelsicherheit, da die landwirtschaftliche Produktivität in den meisten Ländern Westafrikas immer noch auf einem vergleichsweise niedrigen Niveau liegt. Um diese geringe Produktivität zu kompensieren, schreitet die Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen rasch voran. Die Kartierung und Überwachung der landwirtschaftlichen Gebiete in Westafrika ist eine schwierige Aufgabe, auch auf der Basis der Fernerkundung. Die kleinräumigen, extensiven Anbaumethoden mit geringem landwirtschaftlichen Input und mangelnder Mechanisierung stellen für die Abgrenzung der Anbauflächen von anderen Landbedeckungs- und Landnutzungstypen (LULC) eine große Herausforderung dar. Darüber hinaus wird die Verfügbarkeit von Erdbeobachtungsdaten durch häufige Wolkenbedeckung in der Region erheblich reduziert. Für die genaue Kartierung der landwirtschaftlichen Fläche in Westafrika ist eine hohe zeitliche sowie räumliche Auflösung notwendig, um die meist kleinen Felder abgrenzen zu können und Daten aus Zeiträumen zu erhalten, in denen unterschiedliche LULC-Typen unterscheidbar sind. Allerdings sind solch konsistente Zeitreihen für Westafrika derzeit nicht verfügbar. Daher wurde in dieser Arbeit ein raum-zeitliches Datenfusions-Framework entwickelt, um räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Zeitreihen zu erzeugen.
Daten-Fusions-Algorithmen wie das Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model (ESTARFM) erfreuten sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit, wurden aber kaum auf größeren Skalen verwendet. Um die Nutzbarkeit für diesen Zweck zu verbessern und die Verfügbarkeit der Eingangsdaten vor allem in wolkenreichen Gebieten wie Westafrika zu erhöhen, wurde das ESTARFM-Framework in dieser Arbeit entwickelt. In diesem Framework wurden mehrere Verbesserungen eingebaut. Ein automatisches Füllen von Wolkenlücken wurde eingefügt, um auch teilweise wolkenbedeckte Landsat-Bilder für die Fusion zu verwenden, ohne Lücken auf den Ausgabebildern zu erzeugen. Darüber hinaus wurde der ESTARFM-Algorithmus verbessert, um regionale Unterschiede in der Heterogenität der Studienregion automatisch zu berücksichtigen. Weitere Verbesserungen umfassen die Automatisierung der Zeitreihenerzeugung sowie die signifikante Beschleunigung der Prozessierungsgeschwindigkeit mittels Parallelisierung. Die Leistungsfähigkeit des entwickelten ESTARFM-Frameworks wurde durch die Fusion einer 8-tägigen NDVI-Zeitreihe aus Landsat- und MODIS-Daten für ein Fokusgebiet von 98.000 km² im Grenzgebiet zwischen Burkina Faso und Ghana getestet. Die Ergebnisse dieses Tests demonstrieren die Fähigkeit des ESTARFM-Frameworks, genaue, zeitlich hoch aufgelöste Zeitreihen zu erzeugen, die die räumlichen Details auch in einer solch heterogenen und wolkenreichen Region bewahren können.
Das erfolgreich getestete Framework wurde anschließend angewendet um konsistente Zeitreihen zu erzeugen, die als Grundlage für die Kartierung der landwirtschaftlichen Fläche in Burkina Faso für die Jahre 2001, 2007 und 2014 dienten. In einem ersten Schritt wurden mittels des ESTARFM-Frameworks zeitlich (8 Tage) und räumlich (30 m) hoch aufgelöste NDVI-Zeitreihen für das ganze Land und die drei Jahre abgeleitet. Mehr als 500 Landsat- und 3000 MODIS-Szenen wurden zu diesem Zweck automatisch verarbeitet. Aus den fusionierten ESTARFM NDVI-Zeitreihen wurden phänologische Metriken extrahiert und zusammen mit den einzelnen NDVI-Zeitschnitten als Basis für die Abgrenzung von Regenfeldbau, bewässerten landwirtschaftlichen Flächen und Plantagen genutzt. Die Klassifikation wurde mit dem Random-Forest-Algorithmus in einer räumlichen Auflösung von 30 m für ganz Burkina Faso und die drei Jahre 2001, 2007 und 2014 durchgeführt. Basierend auf Expertenkenntnissen der Region wurde ein zufällig beprobter Referenzdatensatz aus Google-Earth-Bildern generiert, der für die Kalibrierung und Validierung des Klassifikators diente. Die Klassifikationsgenauigkeiten von 92% (2001), 91% (2007) und 91% (2014) demonstrieren die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methodik. Die daraus erzeugten Karten zeigen eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Fläche um 91%, von etwa 61.000 km² im Jahr 2001 auf 116.900 km² im Jahr 2014. Während der Regenfeldbau den größten Teil dieser Zunahme ausmacht, haben sich auch bewässerte Flächen und Plantagen erheblich ausgebreitet. Insbesondere die Ausweitung der Bewässerungssysteme und der Plantagenfläche lässt sich mit der Förderung durch verschiedene nationale und internationale Entwicklungsprojekte erklären. Die Zunahme der landwirtschaftlichen Gebiete geht einher mit dem raschen Bevölkerungswachstum in den meisten Provinzen Burkina Fasos, welche noch über ungenutzte Landressourcen verfügen. Eine Analyse der Entwicklung der landwirtschaftlichen Fläche im Umland von Schutzgebieten verdeutlicht den erhöhten anthropogenen Druck auf diese Reservate. Der Schutz der verbliebenen Habitate für Flora und Fauna bei gleichzeitiger Verbesserung der Nahrungsmittelsicherheit für eine schnell wachsende Bevölkerung stellen die großen Herausforderungen für die Zukunft der Region dar.
Das entwickelte ESTARFM-Framework zeigt großes Potenzial für weitere Anwendungen, die über die Kartierung landwirtschaftlicher Fläche hinausgehen. Großflächige Forschung, die eine hinreichend hohe zeitliche und räumliche Auflösung erfordern, wie die Überwachung von Bodendegradation oder die Untersuchung von Phänologie der Landoberfläche, könnten von der Anwendung des ESTARFM-Framework erheblich profitieren.
KW  - Fernerkundung
KW  - Landwirtschaft
KW  - Westafrika
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164776
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TY  - THES
A1  - Pirner, Marlies
T1  - Kinetic modelling of gas mixtures
T1  - Kinetische Modellierung von Gasgemischen
N2  - This book deals with the kinetic modelling of gas mixtures. It extends the existing literature in mathematics for one species of gas to the case of gasmixtures. This is more realistic in applications. Thepresentedmodel for gas mixtures is proven to be consistentmeaning it satisfies theconservation laws, it admitsanentropy and an equilibriumstate. Furthermore, we can guarantee the existence, uniqueness and positivity of solutions. Moreover, the model is used for different applications, for example inplasma physics, for fluids with a small deviation from equilibrium and in the case of polyatomic gases.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung von Gasgemischen mittels einer kinetischen Beschreibung. Es werden Grundlagen über die Boltzmanngleichung für Gasgemische und die BGK-Aproximation präsentiert. Insbesondere wird auf deren Erweiterung auf Gasgemische eingegangen. Es wird ein Gasgemisch bestehend aus zwei Sorten von Gasen ohne chemische Reaktionen betrachtet. Das Gemisch wird mittels eines Systems kinetischer BGK-Gleichungen modelliert, welches je zwei Wechselwirkungsterme enthält, die den Impuls- und Energieaustausch berücksichtigen. Das hier vorgestellte Modell enthält einige von Physikern und Ingenieuren vorgeschlagene Modelle als Spezialfälle. Es wird gezeigt, dass das hier vorgeschlagene Modell die wesentlichen physikalischen Eigenschaften, wie Erhaltungseigenschaften, Positivität aller Temperaturen, das H-Theorem und Maxwellverteilungen im Gleichgewicht, erfüllt. Des Weiteren können die üblichen makroskopischen Gleichungen daraus hergeleitet werden. 

In der Literatur gibt es ein weiteres vorgeschlagenes Modell für Gasgemische mit nur einem Wechselwirkungsterm von Andries, Aoki und Perthame. In dieser Arbeit werden die Vorteile dieses Modells aus der Literatur und des hier vorgeschlagenen Modells diskutiert. Es wird die Nützlichkeit des hier vorgeschlagenen Modells illustriert, indem es dazu benutzt wird  eine unbekannte Funktion in dem makroskopischen Modell für Gasgemische von Dellacherie herzuleiten. Des Weiteren wird für jedes dieser beiden Modelle Existenz, Eindeutigkeit und Positivität der Lösungen gezeigt. 

Dann wird das hier vorgeschlagene Modell auf bestimmte physikalische Situationen angewandt: auf Elektronen und Ionen in einem Plasma, auf ein Gasgemisch, welches sich nicht im Gleichgewicht befindet und ein Gasgemisch bestehend aus Molekülen mit zusätzlichen inneren Freiheitsgraden. 

Als erste Anwendung wird das Modell für geladene Teilchen erweitert und auf ein Gemisch aus Elektronen und Ionen angewandt, welches sich teilweise im Gleichgewicht befindet, teilweise nicht. Man findet solch eine Konstellation zum Beispiel bei der Fusion in einem Tokamak. Das Modell, welches hier vorgestellt wird, wird hier benutzt, da es die Wechselwirkungen zwischen Teilchen von der gleichen Sorte und Wechselwirkungen zwischen Teilchen verschiedener Sorten separiert. Dann wird ein neues Modell mithilfe der Mikro-Makro-Zerlegung hergeleitet, welches numerisch in einem Regime angewandt wird, in dem Gase teilweise im Gleichgewicht sind, teilweise nicht. Es werden theoretische Ergebnisse vorgestellt, zum einen Konvergenzraten gegen das Gleichgewicht im räumlich homogenen Fall, zum anderen die Landau-Dämpfung für Gasgemische, um sie mit Ergebnissen aus numerischen Simulationen vergleichen zu können. 

Als zweite Anwendung wird ein Gasgemisch betrachtet, welches eine Abweichung vom Gleichgewichtszustand hat und makroskopisch mithilfe der Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben wird.  In dieser makroskopischen Beschreibung erwartet man vier physikalische Größen, die das physikalische Verhalten eines Gases beschreiben, den Diffusionskoeffizienten, den Viskositätskoeffizienten, die Wärmeleitfähigkeit und den thermischen Diffusionsparameter. Es wird eine Chapman-Enskog-Entwicklung des hier vorgestellten Modells durchgeführt, um drei dieser vier physikalischen Größen zu bestimmen. Zusatzlich werden mehrere mögliche Erweiterungen zu einem ES-BGK-Modell für Gasgemische vorgeschlagen um die vierte physikalische Größe zu bestimmen. Es wird eine Erweiterung präsentiert, die möglichst einfach gehalten ist, eine intuitive Erweiterung, die den Fall  einer Gassorte ähnelt und eine Erweiterung, die die physikalische Motivation des Physikers Holway, der das ES-BGK-Modell erfunden hat, berücksichtigt. Es wird gezeigt, dass die Erweiterungen die Erhaltungseigenschaften erfüllen, alle Temperaturen positiv sind und das H-Theorem erfüllt ist. 

Als dritte Anwendung wird das hier vorgestellte Modell  zu einem Modell für Moleküle mit zusätzlichen inneren Freiheitsgraden erweitert. Die zwei Gassorten dürfen dabei eine unterschiedliche Anzahl an inneren Freiheitsgraden haben und werden beschrieben durch ein System von kinetischen ES-BGK-Gleichungen. Es wird gezeigt, dass das Modell die Erhaltungseigenschaften erfülllt, dass alle Temperaturen positiv sind und dass das H-Theorem erfüllt ist. Für numerische Zwecke wird die Chu-Reduktion angewandt um die Komplexität des Modells zu reduzieren und eine Anwendung gezeigt, bei dem eine Gassorte keine inneren Freiheitsgrade hat und die andere Sorte zwei Rotationsfreiheitsgrade besitzt. 

Als letztes wird der Grenzwert des hier vorgestellten Modells zu den dissipativen Eulergleichungen bewiesen.
N2  - The present thesis considers the modelling of gas mixtures via a kinetic description. Fundamentals about the Boltzmann equation for gas mixtures and the BGK approximation are presented. Especially, issues in extending these models to gas mixtures are discussed. A non-reactive two component gas mixture is considered. The two species mixture is modelled by a system of kinetic BGK equations featuring two interaction terms to account for momentum and energy transfer between the two species. The model presented here contains several models from physicists and engineers as special cases. Consistency of this model is proven: conservation properties, positivity of all temperatures and the H-theorem.  The form in  global equilibrium as Maxwell distributions is specified. Moreover, the usual macroscopic conservation laws can be derived. 

In the literature, there is another type of BGK model for gas mixtures developed by Andries, Aoki and Perthame, which contains only one interaction term. In this thesis, the advantages of these two types of models are discussed and  the usefulness of the model presented here is shown by using this model to determine an unknown function in the energy exchange of the macroscopic equations for gas mixtures described in the literature by Dellacherie. In addition, for each of the two models  existence and uniqueness of mild solutions is shown. Moreover, positivity of classical solutions is proven.

Then, the model presented here is applied to three physical applications: a plasma consisting of ions and electrons, a gas mixture which deviates from equilibrium and a gas mixture consisting of polyatomic molecules.

First, the model  is extended to a model for charged particles. Then,  the equations of magnetohydrodynamics are  derived from this model. Next, we want to apply this extended model to a mixture of ions and electrons in a special physical constellation which can be found for example in a Tokamak. The mixture is partly in equilibrium in some regions, in some regions it deviates from equilibrium. The model presented in this thesis is taken for this purpose, since it has the advantage to separate the intra and interspecies interactions. Then, a new model based on a micro-macro decomposition is proposed in order to capture the physical regime of being partly in equilibrium, partly not. Theoretical results are presented, convergence rates to equilibrium in the space-homogeneous case and the Landau damping for mixtures, in order to compare it with numerical results. 

Second, the model presented here is applied to a gas mixture which deviates from equilibrium such that it is  described by Navier-Stokes equations on the macroscopic level. In this macroscopic description it is expected that four physical coefficients will show up, characterizing the physical behaviour of the gases, namely the diffusion coefficient, the viscosity coefficient, the heat conductivity and the thermal diffusion parameter. A Chapman-Enskog expansion of the model presented here is performed in order to capture three of these four physical coefficients. In addition,  several possible extensions to an ellipsoidal statistical model for gas mixtures are proposed in order to capture the fourth coefficient. Three extensions are proposed: An extension which is as simple as possible, an intuitive extension copying the one species case and an extension which takes into account the physical motivation of the physicist Holway who invented the ellipsoidal statistical model for one species. Consistency of the extended models like conservation properties, positivity of all temperatures and the H-theorem are proven.  The shape of global Maxwell distributions in equilibrium are specified.

Third, the model presented here is applied to polyatomic molecules. A multi component gas mixture with translational and internal energy degrees of freedom is considered. The two species are allowed to have different degrees of freedom in internal energy and are modelled by a system of kinetic ellipsoidal statistical equations. Consistency of this model is shown: conservation properties, positivity of the temperature, H-theorem  and the form of Maxwell distributions in equilibrium. For numerical purposes  the Chu reduction is applied to the developed model for polyatomic gases to reduce the complexity of the model and an application for a gas consisting of a mono-atomic and a diatomic gas is given.

Last, the limit from the model presented here to the dissipative Euler equations for gas mixtures  is proven.
KW  - Polyatomare Verbindungen
KW  - Gasgemisch
KW  - Transportkoeffizient
KW  - Plasma
KW  - multi-fluid mixture
KW  - kinetic description of gases
KW  - entropy inequality
KW  - transport coefficients
KW  - Modellierung
KW  - well posedness
KW  - plasma modelling
KW  - polyatomic molecules
KW  - hydrodynamic limits
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161077
SN  - 978-3-95826-080-1 (Print)
SN  - 978-3-95826-081-8 (Online)
N1  - Parallel erschienen als Druckausgabe in Würzburg University Press, ISBN 978-3-95826-080-1, 27,80 EUR.
PB  - Würzburg University Press
CY  - Würzburg
ET  - 1. Auflage
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Ilhan, Harun
A1  - Lehner, Sebastian
A1  - Papp, László
A1  - Zsótér, Norbert
A1  - Schatka, Imke
A1  - Muegge, Dirk O.
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Higuchi, Takahiro
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Bartenstein, Peter
A1  - Bengel, Frank
A1  - Essler, Markus
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Bundschuh, Ralph A.
T1  - Pre-therapy Somatostatin-Receptor-Based Heterogeneity Predicts Overall Survival in Pancreatic Neuroendocrine Tumor Patients Undergoing Peptide Receptor Radionuclide Therapy
T2  - Molecular Imaging and Biology
N2  - Purpose: Early identification of aggressive disease could improve decision-support in pancreatic neuroendocrine tumor (pNET) patients prior to peptide receptor radionuclide therapy (PRRT). The prognostic value of intratumoral textural features (TF) determined by baseline somatostatin receptor (SSTR)-PET before PRRT was analyzed.
Procedures: 31 patients with G1/G2 pNET were enrolled (G2, n=23/31). Prior to PRRT with [\(^{177}\)Lu]DOTATATE (mean, 3.6 cycles), baseline SSTR-PET/CT was performed. By segmentation of 162 (median per patient, 5) metastases, intratumoral TF were computed. The impact of conventional PET parameters  (SUV\(_{mean/max}\)), imaging-based TF as well as clinical parameters (Ki67, CgA) for prediction of both progression-free (PFS) and overall survival (OS) after PRRT was evaluated.
Results: Within a median follow-up of 3.7y, tumor progression was detected in 21 patients (median, 1.5y) and 13/31 deceased (median, 1.9y). In ROC analysis, the TF Entropy, reflecting derangement on a voxel-by-voxel level, demonstrated predictive capability for OS (cutoff=6.7, AUC=0.71, p=0.02). Of note, increasing Entropy could predict a longer survival (>6.7, OS=2.5y, 17/31), whereas less voxel-based derangement portended inferior outcome (<6.7, OS=1.9y, 14/31). These findings were supported in a G2 subanalysis (>6.9, OS=2.8y, 9/23 vs. <6.9, OS=1.9y, 14/23). Kaplan-Meier analysis revealed a significant distinction between high- and low-risk groups using Entropy (n=31, p<0.05). For those patients below the ROC-derived threshold, the relative risk of death after PRRT was 2.73 (n=31, p=0.04). Ki67 was negatively associated with PFS (p=0.002); however, SUVmean/max failed in prognostication (n.s.).
Conclusions: In contrast to conventional PET parameters, assessment of intratumoral heterogeneity demonstrated superior prognostic performance in pNET patients undergoing PRRT. This novel PET-based strategy of outcome prediction prior to PRRT might be useful for patient risk stratification.
KW  - Pancreas
KW  - Positronen-Emissions-Tomografie
KW  - PET
KW  - neuroendocrine tumor
KW  - tumor heterogeneity
KW  - [68Ga]
KW  - [177Lu]-DOTATATE/-DOTATOC
KW  - PET/CT
KW  - SSTR
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164624
UR  - https://link.springer.com/article/10.1007/s11307-018-1252-5
SN  - 1536-1632
N1  - This is a post-peer-review, pre-copyedit version of an article published in Molecular Imaging and Biology. The final authenticated version is available online at: http://dx.doi.org/s11307-018-1252-5
N1  - Die finale Version dieses Artikels steht unter https://doi.org/10.1007/s11307-018-1252-5 bzw. http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-167168 open access zur Verfügung.
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Glasgow, Rupert
T1  - Minimal Selfhood and the Origins of Consciousness
N2  - The aim of the book is to ground the logical origins of consciousness in what I have previously called the ‘minimal self’. The idea is that elementary forms of consciousness are logically dependent not, as is commonly assumed, on ownership of an anatomical brain or nervous system, but on the intrinsic reflexivity that defines minimal selfhood. The book seeks to trace the logical pathway by which minimal selfhood gives rise to the possible appearance of consciousness. It is argued that in specific circumstances it thus makes sense to ascribe elementary consciousness to certain predatory single-celled organisms such as amoebae and dinoflagellates as well as to some of the simpler animals. Such an argument involves establishing exactly what those specific circumstances are and determining how elementary consciousness differs in nature and scope from its more complex manifestations.
N2  - In Minimal Selfhood and the Origins of Consciousness, R.D.V. Glasgow seeks to ground the logical roots of consciousness in what he has previously called the 'minimal self'. The idea is that elementary forms of consciousness are logically dependent not, as is commonly assumed, on ownership of an anatomical brain or nervous system, but on the intrinsic reflexivity that defines minimal selfhood. The aim of the book is to trace the logical pathway by which minimal selfhood gives rise to the possible appearance of consciousness. It is argued that in specific circumstances it thus makes sense to ascribe elementary consciousness to certain predatory single-celled organisms such as amoebae and dinoflagellates as well as to some of the simpler animals. Such an argument involves establishing exactly what those specific circumstances are and determining how elementary consciousness differs in nature and scope from its more complex manifestations.
KW  - Selbst
KW  - Bewusstsein
KW  - self
KW  - consciousness
KW  - Logik
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157470
SN  - 978-3-95826-078-8 (Print)
SN  - 978-3-95826-079-5 (Online)
N1  - Parallel erschienen als Druckausgabe in Würzburg University Press, ISBN 978-3-95826-078-8, 28,90 EUR.
PB  - Würzburg University Press
CY  - Würzburg
ET  - 1. Auflage
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pedrotti, Lorenzo
T1  - The SnRK1-C/S1-bZIPs network: a signaling hub in Arabidopsis energy metabolism regulation
T1  - Das SnRK1-C/S1-bZIP-Netzwerk: ein Signalknoten in der Regulation des Arabidopsis Energie-Metabolismus
N2  - The control of energy homeostasis is of pivotal importance for all living organisms. In the last years emerged the idea that many stress responses that are apparently unrelated, are actually united by a common increase of the cellular energy demand. Therefore, the so called energy signaling is activated by many kind of stresses and is responsible for the activation of the general stress response. In Arabidopsis thaliana the protein family SnF1- related  protein  kinases  (SnRK1)  is  involved  in  the  regulation  of  many  physiological processes  but  is  more  known  for  its  involvement  in  the  regulation  of  the  energy homeostasis in response to various stresses. To the SnRK1 protein family belong SnRK1.1 (also known as KIN10), SnRK1.2 (KIN11), and SnRK1.3 (KIN12). SnRK1 exerts its function regulating directly the activity of metabolic enzymes or those of key transcription factors (TFs). The only TFs regulated by SnRK1 identified so far is the basic leucine zipper (bZIP) 63. bZIP63 belongs to the C group of bZIPs (C-bZIPs) protein family together with  bZIP9, bZIP10, and bZIP25. SnRK1.1 phosphorylates bZIP63 on three amino acids residues, serine (S) 29, S294, and S300. The phosphorylation of tbZIP63 is strongly related to the energy status of the plant, shifting from almost absent during the normal growth to strongly phosphorylated when the plant is exposed to extended dark. bZIPs normally bind the DNA as dimer in order to regulate the expression of their target genes. C-bZIPs preferentially form dimers with S1-bZIPs, constituting the so called C/S1- bZIPs network. The SnRk1 dependent phosphorylation of bZIP63 regulates its activation potential  and  its  dimerization  properties.  In  particular  bZIP63  shift  its  dimerization preferences  according  to  its  phosphorylation  status.  The  non-phosphorylated  form  of bZIP63  dimerize  bZIP1,  the  phosphorylates  ones,  instead,  forms  dimer  with  bZIP1, bZIP11, and bZIP63 its self. Together with bZIP63, S1-bZIPs are important mediator of part of the huge transcriptional reprogramming induced by SnRK1 in response to extended dark. S1-bZIPs regulate, indeed, the expression of 4'000 of the 10'000 SnRK1-regulated genes in response to energy deprivation. In particular S1-bZIPs are very important for the regulation of many genes encoding for enzymes involved in the amino acid metabolism and for their use as alternative energy source. After the exposition for some hours to extended dark, indeed, the plant make use of every energy substrate and amino acids are considered an important energy source together with lipids and proteins. Interestingly, S1- bZIPs regulate the expression of ETFQO. ETFQO is a unique protein that convoglia the electrons provenienti from the branch chain amino acids catabolism into the mitochondrial electron transport chain. The dimer formed between bZIP63 and bZIP2 recruits SnRK1.1 directly on the chromatin of ETFQO promoter. The recruitment of SnRK1 on ETFQO promoter is associated  with  its acetylation on  the lysine 14 of  the histone protein  3 (K14H3). This chromatin modification is normally asociated with an euchromatic status of the DNA and therefore with its transcriptional activation. Beside the particular case of the regulation of ETFQO gene, S1-bZIPs are involved in the regulation of many other genes activated in response of different stresses. bZIP1 is for example an important mediator of the salt stress response. In particular bZIP1 regulates the primary C- and N-metabolism. The expression of bZIP1, in response of both salt ans energy stress seems to be regulated by SnRK1, as it is the expression of bZIP53 and bZIP63.
Beside its involvement in the regulation of the energy stress response and salt response, SnRK1 is the primary activators of the lipids metabolism during see germination. SnRK1, indeed, controls the expression of CALEOSINs and OLEOSINs. Those proteins are very important for lipids remobilization from oil droplets. Without their expression seed germination and subsequent establishment do not take place because of the absence of fuel to sustain these highly energy costly processes, which entirely depend on the catabolism of seed storages.
N2  - Die Kontrolle der Energiehomöostase ist für alle lebenden Organismen von großer Bedeutung. In den letzten Jahren kam die Idee auf, dass viele Stressantworten, die scheinbar unabhängig voneinander sind, durch den Energiebedarf doch miteinander verbunden sind. Das sogenannte Energie-Signaling wird von vielen verschiedenen Stress- Arten aktiviert und ist verantwortlich für die Aktivierung der allgemeinen Stressantwort. In Arabidopsis thaliana ist die Proteinfamilie der SnF1-verwandten Proteinkinasen (SnRK1) an der Regulation vieler physiologischer Prozesse beteiligt. Auch bei der Regulation der Energiehomöostase als Folge von Stress spielen SnRK1-Kinasen eine wichtige Rolle. Proteine aus der SnRK1-Familie sind SnRK1.1, auch als KIN10 bezeichnet, SnRK1.2 (KIN11) und SnRK1.3 (KIN12). SnRK1-Proteine können die Aktivität von metabolischen Enzyme oder bestimmten Transkriptionsfaktoren (TF) direkt regulieren. Bislang wurde nur für den basischen Leucin-Zipper (bZIP) TF bZIP63 die Regulation durch SnRK1 gezeigt. bZIP63 gehört zur Gruppe C der bZIP Proteinfamilie (C-bZIP). Ebenfalls zu Gruppe C werden bZIP9, bZIP10 und bZIP25 zugeordnet. SnRK1.1 phosphoryliert das bZIP63- Protein an Serin (S) 29, S294 und S300. Der Grad der Phosphorylierung von bZIP63 steht in direktem Zusammenhang mit dem Energiehaushalt der Pflanze. Unter normalen Bedingungen wird bZIP63 kaum phosphoryliert, während bei verlängerter Nacht bZIP63 stark phosphoryliert wird. bZIP TF bilden untereinander Dimere aus und binden so an die DNA um die Expression ihrer Zielgene zu regulieren. C-bZIP TF bilden bevorzugt Dimere mit bZIP TF der Gruppe S1, bekannt als das C/S1-bZIP-Netzwerk. Die SnRK1-abhängige Phosphorylierung von bZIP63 steuert das Aktivierungspotential und die Dimerisierungseigenschaften. Besonders bei bZIP63 ändern sich die Dimerisierungspartner in Abhängigkeit des Phosphorylierungsgrads. Nicht-phosphoryliert dimerisiert bZIP61 mit bZIP1, im phosphorylierten Zustand dagegen bildet bZIP63 Dimere neben bZIP1 auch mit bZIP11 und bZIP63.
S1-bZIP	TF sowie bZIP63	sind wichtige Regulatoren der transkriptionellen Reprogrammierung, die durch SnRK1 bei verlängerter Dunkelheit induziert wird. S1-bZIP TF regulieren die Expression von 4'000 der 10'000 durch SnRK1 regulierten Gene in der Energieverarmungsantwort. Besonders S1-bZIP TF sind sehr wichtig für die Regulation vieler  Gene,  die  für  Enzyme  aus  dem  Aminosäuremetabolismus  codieren  und  als alternative Energiequelle der Pflanze bekannt sind. Wird die Nacht für einige Stunden verlängert, greift die Pflanze auf jede mögliche Energiequelle zurück. Als Energiequelle werden besonders Aminosäuren, aber auch Lipiden und Proteinen herangezogen.
Interessanterweise regulieren S1-bZIP TF die Expression von ETFQO. ETFQO ist ein besonderes Protein, das die Elektronen aus dem Metabolismus verzweigter Aminosäuren in die mitochondriale Elektronentransportkette steuert. Das Dimer aus bZIP63 und bZIP2 rekrutiert SnRK1.1 direkt an das Chromatin des ETFQO-Promotors. Dieser Rekrutierung folgt die Acetylierung des Histonproteins 3 (K14H3) am Lysin 14. Diese Modifikation des Chromatins führt normalerweise zu einem euchromatischen Status der DNA und der nachfolgenden transkriptionellen Aktivierung. Neben der Regulation des  ETFQO-Gens sind S1-bZIP TF auch an der Regulation von vielen anderen Genen in Folge von verschiedenen Stressen beteiligt. bZIP1 ist beispielsweise ein wichtiger Regulator der Antwort auf Salz-Stress. Auch der primäre Kohlenstoff- und Stickstoffmetabolismus werden von bZIP1 reguliert. Es wird angenommen, dass die Expression von bZIP1 wie auch von bZIP53 und bZIP63 in der Antwort auf Salzstress und Energieverarmung durch SnRK1 gesteuert wird. Abgesehen von der Regulation der Antwort auf Energieverarmung und Salzstress spielen SnRK1-Proteine auch bei der Aktivierung des Lipidmetabolismus während der Keimung eine Rolle. SnRK1 kontrolliert die Expression von CALEOSINs und OLEOSINs. Diese beiden Proteine sind sehr wichtig für die Mobilisierung von Lipiden aus Öltröpfchen. In Abwesenheit von SnRK1 finden aufgrund von Energiemangel weder die Keimung noch die nachfolgende Entwicklung statt.
KW  - Ackerschmalwand
KW  - Homöostase
KW  - Proteinkinasen
KW  - Stress-Syndrom
KW  - SnRK1
KW  - bZIPs
KW  - mitochondria
KW  - energy metabolism
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-116080
ER  - 
TY  - THES
A1  - König, Julia Maria
T1  - Fungal grass endophytes and their dependence on land-use intensity
T1  - Gras-Endophyten und ihre Abhängigkeit von der Landnutzungsintensität
N2  - Plant-associated fungi can affect the plants‘ interaction with herbivores and
other microorganisms. For example, many common forage grasses are infected
with Epichloë endophytes. The endophytes systemically colonize the aerial
parts of the plants. They produce bioprotective alkaloids that can negatively
affect insects and livestock feeding on the grasses, and interact with other
fungal species which living from the plants‘ nutrients. Environmental conditions
strongly influence Epichloë endophytes. Endophyte-mediated effects
on herbivores are more pronounced under increased temperatures and the
endophytes may benefit from land use in managed grasslands. Under the
framework of the large-scale German project “Biodiversity Exploratories”, I
investigated whether infection rates and alkaloid concentrations of Epichloë
festucae var. lolii in Lolium perenne (Chapter I) and Epichloë endophytes (E.
uncinata, E. siegelii) in Festuca pratensis (Chapter II) depend on land use and
season. Further I analysed, whether foliar fungal assemblages of L. perenne
are affected by the presence of Epichloë endophytes (Chapter IV).
N2  - Mit Pflanzen assoziierte Pilze können die Interaktionen von Pflanzen und
Herbivoren, als auch die Kommunikation mit anderen Mikroorganismen
beeinflussen. Viele Futter- und Weidegräser sind beispielsweise mit endophytischen
Pilzen der Gattung Epichloë infiziert, die die oberirdischen
Pflanzenteile der Gräser systemisch besiedeln. Diese Endophyten produzieren
bioaktive Alkaloide, die sich negativ auf Fraßfeinde wie Insekten,
aber auch Weidetiere, auswirken, und mit anderen pflanzen-assoziierten
Pilzarten interagieren. Epichloë Endophyten werden von ihrer äußeren Umwelt
stark beeinflusst. So treten die von den Epichloë Endophyten ausgehende
Effekte auf Herbivore meist unter erhöhten Temperaturen auf. In
agrar-genutzten Grünflächen profitieren die Endophyten möglicherweise
auch von der Landnutzung. Im Rahmen des deutschlandweiten Großprojekts
„Biodiversitätsexploratorien“ untersuchte ich die Infektionsfrequenzen
und Alkaloidkonzentrationen von Epichloë festucae var. lolii in Lolium
perenne (Kapitel II) und den Epichloë Endophyten in Festuca pratensis
(Kapitel III) in Abhängigkeit von der Landnutzung und Jahreszeit. Des Weiteren
untersuchte ich, ob das Auftreten bzw. die Abwesenheit von Epichloë
Endophyten einen Einfluss auf die Zusammensetzung der endophytischen
Pilzgemeinschaften in Blättern von L. perenne hat (Kapitel IV).
KW  - Endophytische Pilze
KW  - Landnutzung
KW  - fungal endophytes
KW  - endophytische Pilze
KW  - land use
KW  - alkaloids
KW  - Epichloe
KW  - Biodiversity Exploratories
KW  - Alkaloide
KW  - Biodiversitätsexploratorien
KW  - Gräser
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163890
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Andree, Christian
A1  - Javadi, Mehrbod S.
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Higuchi, Takahiro
A1  - Pomper, Martin G.
A1  - Gorin, Michael A.
A1  - Rowe, Steven P.
A1  - Pienta, Kenneth J.
T1  - A Voice From the Past: Re-Discovering the Virchow Node with PSMA-targeted \(^{18}\)F-DCFPyL PET Imaging
JF  - Urology - The Gold Journal
N2  - No abstract available.
KW  - 18F-DCFPyL
KW  - PET
KW  - PSMA-PET
KW  - Positron Emission Tomography
KW  - Prostate Cancer
KW  - Virchow Node
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164632
SN  - 0090-4295
VL  - 117
ER  - 
TY  - THES
A1  - Koch, Rainer
T1  - Sensor Fusion for Precise Mapping of Transparent and Specular Reflective Objects
T1  - Sensorfusion zur präzisen Kartierung von transparenten und reflektierender Objekten
N2  - Almost once a week broadcasts about earthquakes, hurricanes, tsunamis, or forest fires are filling the news. While oneself feels it is hard to watch such news, it is even harder for rescue troops to enter such areas. They need some skills to get a quick overview of the devastated area and find victims. Time is ticking, since the chance for survival shrinks the longer it takes till help is available. To coordinate the teams efficiently, all information needs to be collected at the command center. Therefore, teams investigate the destroyed houses and hollow spaces for victims. Doing so, they never can be sure that the building will not fully collapse while they
are inside. Here, rescue robots are welcome helpers, as they are replaceable and make work more secure. Unfortunately, rescue robots are not usable off-the-shelf, yet.
There is no doubt, that such a robot has to fulfil essential requirements to successfully accomplish a rescue mission. Apart from the mechanical requirements it has to be able to build
a 3D map of the environment. This is essential to navigate through rough terrain and fulfil manipulation tasks (e.g. open doors). To build a map and gather environmental information, robots are equipped with multiple sensors. Since laser scanners produce precise measurements and support a wide scanning range, they are common visual sensors utilized for mapping.
Unfortunately, they produce erroneous measurements when scanning transparent (e.g. glass, transparent plastic) or specular reflective objects (e.g. mirror, shiny metal). It is understood that such objects can be everywhere and a pre-manipulation to prevent their influences is impossible. Using additional sensors also bear risks.
The problem is that these objects are occasionally visible, based on the incident angle of the laser beam, the surface, and the type of object. Hence, for transparent objects, measurements might result from the object surface or objects behind it. For specular reflective objects, measurements might result from the object surface or a mirrored object. These mirrored objects are illustrated behind the surface which is wrong. To obtain a precise map, the surfaces need to
be recognised and mapped reliably. Otherwise, the robot navigates into it and crashes. Further, points behind the surface should be identified and treated based on the object type. Points behind a transparent surface should remain as they represent real objects. In contrast, Points behind a specular reflective surface should be erased. To do so, the object type needs to be classified. Unfortunately, none of the current approaches is capable to fulfil these requirements.
Therefore, the following thesis addresses this problem to detect transparent and specular reflective objects and to identify their influences. To give the reader a start up, the first chapters
describe: the theoretical background concerning propagation of light; sensor systems applied for range measurements; mapping approaches used in this work; and the state-of-the-art concerning detection and identification of transparent and specular reflective objects. Afterwards, the Reflection-Identification-Approach, which is the core of subject thesis is presented. It describes  2D and a 3D implementation to detect and classify such objects. Both are available as ROS-nodes. In the next chapter, various experiments demonstrate the applicability and reliability of these nodes. It proves that transparent and specular reflective objects can be detected and classified. Therefore, a Pre- and Post-Filter module is required in 2D. In 3D, classification is possible solely with the Pre-Filter. This is due to the higher amount of measurements. An
example shows that an updatable mapping module allows the robot navigation to rely on refined maps. Otherwise, two individual maps are build which require a fusion afterwards. Finally, the
last chapter summarizes the results and proposes suggestions for future work.
N2  - Fast schon wöchentlich füllen Meldungen über Erdbeben, Wirbelstürme, Tsunamis oder Wald-brände die Nachrichten. Es ist hart anzusehen, aber noch viel härter trifft es die Rettungskräfte, welche dort zum Einsatz gerufen werden. Diese müssen gut trainiert sein, um sich schnell einen Überblick verschaffen zu können und um den zerstörten Bereich nach Opfern zu durchsuchen.
Zeit ist hier ein seltenes Gut, denn die Überlebenschancen sinken, je länger es dauert bis Hilfe eintrifft. Für eine effektive Teamkoordination werden alle Informationen in der Einsatzzentrale
gesammelt. In Trupps wird nach Opfern gesucht. Hierfür werden die zerstörten Gebäude durchsucht und alle Hohlräume inspiziert. Dabei können die Helfer oft nicht darauf vertrauen, dass die Gebäude stabil sind und nicht noch vollständig kollabieren. Hier sind Rettungsroboter
eine willkommene Hilfe. Sie sind ersetzbar und können für gefährliche Aufgaben verwendet werden. Dies macht die Arbeit der Rettungstrupps sicherer. Allerdings gibt es solche Roboter noch nicht von der Stange.
Sie müssten gewisse Anforderungen erfüllen, dass sie in einem solchen Szenarien einsetztbar sind. Neben Ansprüchen an die Mechanik, müsste eine 3D-Karte des Einsatzgebietes erstellen werden. Diese ist Grundlage für eine erfolgreiche Navigation (durch unebenes Terrain), sowie zur Beeinflussung der Umgebung (z.B. Tür öffnen). Die Umgebungserfassung wird über Sen-soren am Roboter durchgeführt. Heutzutage werden bevorzugt Laserscanner dafür verwendet,
da sie präzise Messdaten liefern und über einen großen Messbereich verfügen. Unglücklicherweise werden Messdaten durch transparente (z.B. Glas, transparenter Kunststoff) und reflektierende Objekte (z.B. Spiegel, glänzendes Metall) verfälscht. Eine Vorbehandlung der Umgebung (z.B. abdecken der Flächen), um diese Einflüsse zu verhindern, ist verständlicherweise nicht möglich. Zusätzliche Sensoren zu verwenden birgt ebenfalls Nachteile.
Das Problem dieser Objekte liegt darin, dass sie nur teilweise sichtbar sind.
Dies ist abhängig vom Einfallwinkel des Laserstrahls auf die Oberfläche und vom Typ des Objektes.
Dementsprechend könnnen die Messwerte bei transparenten Flächen von der Oberfläche oder vom Objekten dahinter resultieren. Im Gegensatz dazu können die Messwerte bei reflektierenden Oberflächen von der Oberfläche selbst oder von einem gespiegelten Objekt resultieren.
Gespiegelte Objekte werden dabei hinter der reflektierenden Objerfläche dargestellt, was falsch ist. Um eine präzise Kartierung zu erlangen, müssen die Oberflächen zuverlässig eingetragen
werden. Andernfalls würde der Roboter in diese navigieren und kollidieren. Weiterhin sollten Punkte hinter der Oberfläche abhängig von der Oberfläche behandelt werden. Bei einer trans-
parenten Oberfläche müssen die Punkte in die Karte eingetragen werden, weil sie ein reelles Objekt darstellen. Im Gegensatz dazu, müssen bei einer reflektierenden Oberfläche die Messdaten dahinter gelöscht werden. Dafür ist eine Unterscheidung der Objekte zwingend. Diese Anforderungen erfüllen die momentan verfügbaren Algorithmen jedoch nicht.
Aus diesem Grund befasst sich folgende Doktorarbeit mit der Problematik der Erkennung und Identifizierung transparenter und spiegelnder Objekte, sowie deren Einflüsse. Um dem Leser einen Einstieg zu geben, beschreiben die ersten Kapitel: den theoretischen Hindergrund bezüglich des Verhaltens von Licht; Sensorsysteme für die Distanzmessung; Kartierungsalgorithmen, welche in dieser Arbeit verwendet wurden; und den Stand der Technik bezüglich der Erkennung von transparenten und spiegelndend Objekten. Danach wird der Reflection-Identification-Algorithmus, welcher Basis dieser Arbeit ist, präsentiert. Hier wird eine 2D und eine 3D Implementierung beschrieben. Beide sind als ROS-Knoten verfügbar. Das anschließende Kapitel diskutiert Experimente, welche die Anwendbarkeit und Zuverlässigkeit des Algorithmus verifizieren. Für den 2D-Fall ist ein Vor- und ein Nachfilter-Modul notwendig.
Nur mittels der Nachfilterung ist eine Klassifizierung der Objekte möglich. Im Gegensatz kann im 3D-Fall die Klassifizierung bereits mit der Vorfilterung erlangt werden. Dies beruht auf der höheren Anzahl an Messdaten. Weiterhin zeigt dieses Kapitel beispielhaft eine Adaptierung des TSD-SLAM Algorithmus, so dass der Roboter auf einer aktualisierten Karte navigieren kann.
Dies erspart die Erstellung von zwei unabhängigen Karten und eine anschließende Fusionierung.
Im letzten Kapitel werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick mit Anregungen zur Weiterarbeit gegeben.
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 16 
KW  - laserscanner
KW  - mapping
KW  - robotic
KW  - laser scanner
KW  - sensor fusion
KW  - transparent
KW  - specular reflective
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163462
SN  - 978-3-945459-25-6
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kropf, Jan
T1  - The Dual Olfactory Pathway in the Honeybee Brain: Sensory Supply and Electrophysiological Properties
T1  - Der duale olfaktorische Weg im Gehirn der Honigbiene: Sensorischer Eingang und elektrophysiologische Eigenschaften
N2  - The olfactory sense is of utmost importance for honeybees, Apis mellifera. Honeybees use olfaction for communication within the hive, for the identification of nest mates and non-nest mates, the localization of food sources, and in case of drones (males), for the detection of the queen and mating. Honeybees, therefore, can serve as excellent model systems for an integrative analysis of an elaborated olfactory system.
To efficiently filter odorants out of the air with their antennae, honeybees possess a multitude of sensilla that contain the olfactory sensory neurons (OSN). Three types of olfactory sensilla are known from honeybee worker antennae: Sensilla trichoidea, Sensilla basiconica and Sensilla placodea. In the sensilla, odorant receptors that are located in the dendritic arborizations of the OSNs transduce the odorant information into electrical information. Approximately 60.000 OSN axons project in two parallel bundles along the antenna into the brain. Before they enter the primary olfactory brain center, the antennal lobe (AL), they diverge into four distinct tracts (T1-T4). OSNs relay onto ~3.000-4.000 local interneurons (LN) and ~900 projection neurons (PN), the output neurons of the AL. The axons of the OSNs together with neurites from LNs and PNs form spheroidal neuropil units, the so-called glomeruli. OSN axons from the four AL input tracts (T1-T4) project into four glomerular clusters. LNs interconnect the AL glomeruli, whereas PNs relay the information to the next brain centers, the mushroom body (MB) - associated with sensory integration, learning and memory - and the lateral horn (LH). In honeybees, PNs project to the MBs and the LH via two separate tracts, the medial and the lateral antennal-lobe tract (m/lALT) which run in parallel in opposing directions. The mALT runs first to the MB and then to the LH, the lALT runs first to the LH and then to the MB. This dual olfactory pathway represents a feature unique to Hymenoptera. Interestingly, both tracts were shown to process information about similar sets of odorants by extracting different features. Individual mALT PNs are more odor specific than lALT PNs. On the other hand, lALT PNs have higher spontaneous and higher odor response action potential (AP) frequencies than mALT PNs. In the MBs, PNs form synapses with ~184.000 Kenyon cells (KC), which are the MB intrinsic neurons. KCs, in contrast to PNs, show almost no spontaneous activity and employ a spatially and temporally sparse code for odor coding. 
In manuscript I of my thesis, I investigated whether the differences in specificity of odor responses between m- and lALT are due to differences in the synaptic input. Therefore, I investigated the axonal projection patterns of OSNs housed in S. basiconica in honeybee workers and compared them with S. trichoidea and S. placodea using selective anterograde labeling with fluorescent tracers and confocal- microscopy analyses of axonal projections in AL glomeruli. Axons of S. basiconica-associated OSNs preferentially projected into the T3 input-tract cluster in the AL, whereas the two other types of sensilla did not show a preference for a specific glomerular cluster. T3- associated glomeruli had previously been shown to be innervated by mALT PNs. Interestingly, S. basiconica as well as a number of T3 glomeruli lack in drones. Therefore I set out to determine whether this was associated with the reduction of glomeruli innervated by mALT PNs. Retrograde tracing of mALT PNs in drones and counting of innervated glomeruli showed that the number of mALT-associated glomeruli was strongly reduced in drones compared to workers. The preferential projections of S. basiconica-associated OSNs into T3 glomeruli in female workers together with the reduction of mALT-associated glomeruli in drones support the presence of a female-specific olfactory subsystem that is partly innervated by OSNs from S. basiconica and is associated with mALT projection neurons. As mALT PNs were shown to be more odor specific, I suppose that already the OSNs in this subsystem are more odor specific than lALT associated OSNs. I conclude that this female-specific subsystem allows the worker honeybees to respond adequately to the enormous variety of odorants they experience during their lifetime. 
In manuscript II, I investigated the ion channel composition of mALT and lALT PNs and KCs in situ. This approach represents the first study dealing with the honeybee PN and KC ion channel composition under standard conditions in an intact brain preparation. With these recordings I set out to investigate the potential impact of intrinsic neuronal properties on the differences between m- and lALT PNs and on the sparse odor coding properties of KCs. In PNs, I identified a set of Na+ currents and diverse K+ currents depending on voltage and Na+ or Ca2+ that support relatively high spontaneous and odor response AP frequencies. This set of currents did not significantly differ between mALT and lALT PNs, but targets for potential modulation of currents leading to differences in AP frequencies were found between both types of PNs. In contrast to PNs, KCs have very prominent K+ currents, which are likely to contribute to the sparse response fashion observed in KCs. Furthermore, Ca2+ dependent K+ currents were found, which may be of importance for coincidence detection, learning and memory formation.
Finally, I conclude that the differences in odor specificity between m- and lALT PNs are due to their synaptic input from different sets of OSNs and potential processing by LNs. The differences in spontaneous activity between the two tracts may be caused by different neuronal modulation or, in addition, also by interaction with LNs. The temporally sparse representation of odors in KCs is very likely based on the intrinsic KC properties, whereas general excitability and spatial sparseness are likely to be regulated through GABAergic feedback neurons.
N2  - Der Geruchssinn ist für die Honigbiene, Apis mellifera, von größter Bedeutung. Honigbienen kommunizieren olfaktorisch, sie können Nestgenossinnen und koloniefremde Honigbienen aufgrund des Geruchs unterscheiden, sie suchen und erkennen Nahrungsquellen olfaktorisch, und Drohnen (männliche Honigbienen) finden die Königin mit Hilfe des Geruchssinns. Deshalb dient die Honigbiene als exzellentes Modell für die Untersuchung hochentwickelter olfaktorischer Systeme.
Honigbienen filtern Duftmoleküle mit ihren Antennen aus der Luft. Auf diesen Antennen sitzen Sensillen, die die olfaktorischen sensorischen Neurone (OSN) beinhalten. Drei verschiedene olfaktorische Sensillen existieren bei Arbeiterinnen: Sensilla trichoidea, Sensilla basiconica und Sensilla placodea. In diesen Sensillen sind olfaktorische Rezeptorproteine auf den Dendriten der OSN lokalisiert. Diese Duftrezeptoren wandeln die Duftinformationen in elektrische Informationen um. Die Axone von ca. 60.000 OSN ziehen in zwei Bündeln entlang der Antenne in das Gehirn. Bevor sie das erste olfaktorische Gehirnzentrum, den Antennallobus (AL), erreichen, spalten sie sich in vier distinkte Trakte (T1-T4) auf. Im AL verschalten sie auf 3.000-4.000 lokale Interneurone (LN) und auf etwa 900 Ausgangsneurone des AL, die Projektionsneurone (PN). Die axonalen Endigungen der OSN bilden mit Neuriten der PN und LN kugelförmige Strukturen, die so genannten Glomeruli. Die OSN aus den vier Trakten T1-T4 ziehen in vier zugehörige glomeruläre Cluster. LN verschalten die Information unter den AL Glomeruli, PN leiten olfaktorische Informationen zu den nächsten Gehirnstrukturen, den Pilzkörpern und dem lateralen Horn, weiter. Die Pilzkörper werden als Zentrum für sensorische Integration, Lernen und Gedächtnis gesehen. Die PN, die den AL mit dem Pilzkörper und dem lateralen Horn verbinden, verlaufen in Honigbienen parallel über zwei Bahnen, den medialen und den lateralen Antennallobustrakt (mALT/lALT), aber in entgegengesetzter Richtung. Dieser duale olfaktorische Signalweg wurde in dieser Ausprägung bisher nur in Hymenopteren gefunden. Interessanterweise prozessieren beide Trakte Informationen über die gleichen Düfte. Dabei sind mALT PN duftspezifischer und lALT PN haben höhere spontane Aktionspotentialfrequenzen sowie höhere Aktionspotentialfrequenzen in Antwort auf einen Duftreiz. Im Pilzkörper verschalten PN auf Kenyon Zellen (KC), die intrinsischen Neurone des Pilzkörpers. KC sind im Gegensatz zu PN fast nicht spontan aktiv und kodieren Informationen auf räumlicher und zeitlicher Ebene mit geringer Aktivität. Man spricht von einem so genannten "sparse code". 
Im ersten Manuskript meiner Doktorarbeit habe ich untersucht, ob die Unterschiede in der Spezifität der Duftantworten zwischen mALT und lALT PN zumindest zum Teil auf Unterschieden im sensorischen Eingang beruhen. Ich habe die axonalen Projektionen der OSN der S. basiconica in Honigbienen untersucht und mit den Projektionen von OSN in S. trichoidea und S. placodea verglichen. Dazu wurden die OSN in den S. basiconica anterograd mit Fluoreszenzmarkern gefärbt und mit mittels konfokaler Mikroskopie untersucht und quantifiziert. Die Axone von OSN aus S. basiconica ziehen präferentiell in das T3 Glomerulus Cluster, die Axone der anderen beiden Sensillentypen zeigen keine Präferenz für ein spezielles Cluster. Es wurde bereits gezeigt, dass die Glomeruli des T3 Clusters von mALT PN innerviert werden. Interessanterweise fehlen S. basiconica und Teile der T3 Glomeruli in Drohnen. Deshalb habe ich untersucht, ob die T3 Reduzierung in Drohnen mit einer Reduzierung der mALT Glomeruli einhergeht. Retrograde Färbungen der mALT PN in Drohnen zeigten, daß die Zahl der mALT Glomeruli in Drohnen gegenüber Arbeiterinnen deutlich reduziert ist. Die Präferenz der OSN der S. basiconica für das T3 Cluster und die reduzierte Anzahl von mALT Glomeruli in Drohnen weisen auf ein arbeiterinnenspezifisches olfaktorisches Subsystem hin, welches aus S. basiconica, T3 Glomeruli und einer Gruppe von mALT PN besteht. Da die mALT PN duftspezifischer als lALT PN sind, vermute ich, dass auch die OSN, die auf mALT PN verschalten, duftspezifischer antworten als OSN die auf lALT PN verschalten. Daraus schließe ich, daß dieses Subsystem den Arbeiterinnen ermöglicht, passend auf die enorme Breite an Duftstoffen zu reagieren, die diese im Laufe ihres arbeitsteiligen Lebens wahrnehmen müssen.
Im zweiten Manuskript meiner Doktorarbeit habe ich die Ionenkanalzusammensetzung der mALT PN, der lALT PN und der KC in situ untersucht. Mein Ansatz stellt die erste Studie dar, die die Ionenkanäle von Neuronen in der Honigbiene unter Standardbedingungen an einer intakten Gehirnpräparation untersucht. Mit diesen Messungen versuche ich die potentiellen bioelektrischen Grundlagen für Unterschiede in der Informationskodierung in mALT PN, lALT PN und Kenyon Zellen zu ergründen. In PN konnte ich eine Gruppe von Na+ Ionenkanälen und Na+ abhängigen, Ca2+ abhängigen sowie spannungsabhängigen K+ Ionenkanälen identifizieren, die die Grundlagen für hohe, spontane Aktionspotentialfrequenzen und hohe Duftantwortfrequenzen schaffen. Diese Ströme unterschieden sich nicht grundsätzlich zwischen m- und lALT PN. Jedoch wurden potentielle Ziele für neuronale Modulation gefunden, welche zu unterschiedlichen Aktionspotentialfrequenzen zwischen PN der beiden Trakte führen könnten. Im Gegensatz zu den PN wurden in Kenyon Zellen in der Relation sehr starke K+ Ionenströme gemessen. Diese dienen sehr wahrscheinlich der schnellen Terminierung von Duftantworten, also dem Erzeugen des zeitlichen "sparse code". Außerdem wurden Ca2+ abhängige K+ Kanäle gefunden, die für Koinzidenzdetektion, Lernen und Gedächtnis von Bedeutung sein können. 
In der Gesamtsicht folgere ich aus meinen Ergebnissen, dass die Unterschiede in der Duftspezifizität zwischen m- und lALT PN überwiegend auf deren sensorischen Eingängen von unterschiedlichen Populationen von OSN und der Verarbeitung über lokale Interneuronen im AL beruht. Die Unterschiede in der Spontanaktivität zwischen mALT und lALT basieren sehr wahrscheinlich auf neuronaler Modulation und/oder Interaktion mit LN. Die zeitliche Komponente des "sparse code" in KC entsteht höchstwahrscheinlich durch die intrinsischen elektrischen Eigenschaften der KC, wohingegen die generelle Erregbarkeit und der räumliche "sparse code" mit großer Wahrscheinlichkeit auf der Regulation durch GABAerge Neurone beruht.
KW  - Voltage-Clamp-Methode
KW  - Biene
KW  - Neuroanatomie
KW  - Neurobiology
KW  - Olfaction
KW  - Geruchssinn
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-108369
ER  - 
TY  - THES
A1  - Collenburg, Lena
T1  - The Role of Ceramides and Sphingomyelinases for Dynamic Membrane Processes in T Cells
T1  - Die Rolle von Ceramiden und Sphingomyelinasen für Dynamische Membranveränderungen in T-Zellen
N2  - Previous work of our group has established a role of sphingomyelinases in the regulation
of T cell responses to TCR or pathogen stimulation, and this became particularly
evident at the level of actin cytoskeletal dynamics. The formation of lipid membrane
microdomains is crucial for receptor clustering and signal induction, and therefore,
ceramide accumulation by membrane sphingomyelin breakdown is needed for signalling-
complex-assembly. Pathogen-induced overshooting of SMase activation substantially
impacted the formation of membrane protrusions, with T cell spreading as well as
a front/rear polarisation upon CD3/CD28 co-stimulation [103]. On the other hand, NSM
activation is part of the physiological TCR signal [67], indicating that a spatiotemporally
balanced NSM activation is crucial for its physiological function. It involves actin cytoskeletal
reorganisation and T cell polarisation. These two functions are also of central
importance in directional T cell migration and motility in tissues.
This thesis aims on defining the role of NSM in compartmentalisation of the T cell
membrane in polarisation and migration. Therefore, functional studies on the impact of
NSM activity in these processes had to be complemented by the development of tools
to study ceramide compartmentalisation in living T cells.
N2  - Sphingolipide sind wichtige Komponenten der Plasmamembran, und besonders Ceramid stellt das Grundgerüst für komplexere Sphingolipide dar. Darüber hinaus bildet Ceramid Mikrodomänen aus, die für die Organisation von Rezeptoren, z. B. dem T-Zell-Rezeptorkomplex entscheidend sind und somit die Funktion von T-Zellen beeinflussen.
In dieser Arbeit wurden neue azid-funktionalisierte Ceramide angewendet, die durch eine bio-orthogonale Click-Reaktion mit fluoreszenten Farbstoffmolekülen kovalent verbunden werden können. Dies ermöglicht die live-Verfolgung der Ceramide durch lebende und auch stimulierte Zellen, da die Aktivierbarkeit von T-Zellen durch die Zufütterung nicht beeinflusst wurde. Es konnte gezeigt werden, dass N\(_3\)-C\(_6\)-cer in die Plasmamembran interkaliert und sich in Mikrodomänen, die durch eine Aktivierung der ASM nach CD28 Bindung entstehen, bewegt. Darüber hinaus wurde N\(_3\)-C\(_6\)-cer aus dem Zentrum der immunologischen Synapse zwischen T-Zellen und dendritischen Zellen oder Mikrokügelchen ausgeschlossen, wie zuvor in fixierten und mit Antikörper gefärbten T-Zellen gezeigt wurde. In migrierenden T-Zellen sammelte sich das N\(_3\)-C\(_6\)-cer am hinteren Ende der Zelle und beeinflusste die Bewegung der Zellen nicht. Dies unterstreicht die Anwendbarkeit dieser neuen Methode, um die subzelluläre Verteilung von Ceramiden in Lebendzell-Experimenten zu untersuchen.
Sphingomyelinasen beeinflussen durch ihre Funktion die Verhältnisse von Sphingolipiden in der Plasmamembran und haben so Einfluss auf die Zytoskelettdynamik, die Zellpolarisation und die Rezeptororganisation. Es wurde bereits zuvor gezeigt, dass die neutrale Sphingomyelinase wichtig ist für die T-Zellaktivierung. Nun wurde darüber hinaus ihre Rolle in der gerichteten Migration und Adhäsion dargestellt. In vivo Hemmung der NSM reduzierte die frühe Wanderung von T-Zellen in die Lymphknoten, und detaillierte in vitro Analysen zeigten, dass die basale Aktivität der neutralen Sphingomyelinase für die gerichtete Migration entlang eines SDF-1\(\alpha\)-Gradienten notwendig ist. Darüber hinaus ist ihre Funktion wichtig für die T-Zell Polarisierung und hier besonders die Organisation von CXCR4 und pERM. Außerdem spielt die neutralen Sphingomyelinase eine Rolle in der Polymerisierung von F-Aktin nach einer Stimulation der T-Zellen mit SDF-1\(\alpha\). Auch die Adhäsion an das TNF\(\alpha\)/IFN\(\gamma\)-stimulierte Endothel sowie die Ausbildung und Organisation der offenen Form von LFA-1 hängen von der neutralen Sphingomyelinase ab. Für den Prozess der Transmigration war im Gegensatz hierzu nur die Funktion der sauren Sphingomyelinase von Bedeutung.
Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit die zentrale Rolle der Sphingomyelinasen für die T-Zell-Migration im ruhenden und stimulierten Zustand gezeigt werden. Die neutrale Sphingomyelinase reguliert die polarisierte Organisation von Rezeptoren und Zytoskelett-Komponenten, welche für eine gerichtete Migration und Adhäsion unabdingbar sind.
KW  - Ceramides
KW  - Sphingomyelinase
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-151161
ER  -