TY  - THES
A1  - Hrynevich, Andrei
T1  - Enhancement of geometric complexity and predictability of melt electrowriting for biomedical applications
T1  - Fortentwicklung von geometrischer Komplexität und Kalkulierbarkeit des Melt Electrowriting für biomedizinische Anwendungen
N2  - This thesis encompasses the development of the additive manufacturing technology melt electrowriting, in order to achieve the improved applicability in biomedical applications and design of scaffolds. Melt electrowriting is a process capable of producing highly resolved structures from microscale fibres. Nevertheless, there are parameters influencing the process and it has not been clear how they affect the printing result. In this thesis the influence of the processing and environmental parameters is investigated with the impact on their effect on the jet speed, fibre diameter and scaffold morphology, which has not been reported in the literature to date and significantly influences the printing quality. It was demonstrated that at higher ambient printing temperatures the fibres can be hampered to the extent that the individual fibres are completely molten together and increased air humidity intensifies this effect. It was also shown how such parameters as applied voltage, collector distance, feed pressure and polymer temperature influence the fibre diameter and critical translation speed. Based on these results, a detailed investigation of the fibre diameter control and printing of scaffolds with novel architectures was made. As an example, a 20-fold diameter ratio is obtained within one scaffold by changing the collector speed and the feed pressure during the printing process. Although the pressure change caused fibre diameter oscillations, different diameter fibres were successfully integrated into two scaffold designs, which were tested for mesenchymal stromal cell suspension and adipose tissue spheroid seeding. Further design and manufacturing aspects are discussed while jet attraction to the printed structures is illuminated in connection with the fibre positioning control of the multilayer scaffolds. The artefacts that appear with the increasing scaffold height of sinusoidal laydown patterns are counteracted by layer-by-layer path adjustment. For the prediction of a printing error of the first deposited layer, an algorithm is developed, that utilizes an empirical jet lag equation and the speed of fibre deposition. This model was able to predict the position of the printing fibre with up to ten times smaller error than the of the programmed path. The same model allows to qualitatively assess the fibre diameter change along the nonlinear pattern as well as to indicate the areas of the greatest pattern deformation with the growing scaffold height. Those results will be used in the later chapters for printing of the novel MEW structures for biomedical applications. In the final chapter the concept of multimodal scaffold was combined with the suspended fibre printing, for the manufacturing of the MEW scaffolds with controlled pore interconnectivity in three dimensions. Those scaffolds were proven to be a promising substate for the control of the neurite spreading of the chick DRG neurons.
N2  - Diese Arbeit umfasst die Entwicklung der additiven Fertigungstechnologie Schmelzelektroschreiben, um die verbesserte Anwendbarkeit in biomedizinischen Anwendungen und die Konstruktion von Gerüsten zu erreichen. Schmelzelektroschreiben ist ein Verfahren, das in der Lage ist, hochaufgelöste Strukturen aus mikroskaligen Fasern zu erzeugen. Dennoch gibt es Parameter, die den Prozess beeinflussen, und es ist nicht klar, wie sie sich auf das Druckergebnis auswirken. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Verarbeitungs- und Umweltparameter mit der Auswirkung auf deren Einfluss auf die Polymerstrahlgeschwindigkeit, den Faserdurchmesser und die Gerüstmorphologie untersucht, was bisher in der Literatur nicht berichtet wurde und die Druckqualität wesentlich beeinflusst. Es konnte gezeigt werden, dass bei höheren Umgebungstemperaturen die Entstehung von zylindrischen Fasern soweit behindert werden können, dass die einzelnen Fasern vollständig zusammengeschmolzen werden und eine erhöhte Luftfeuchtigkeit diesen Effekt verstärkt. Es wurde auch gezeigt, wie solche Parameter wie angelegte Spannung, Kollektorabstand, Vorschubdruck und Polymertemperatur den Faserdurchmesser und die kritische Translationsgeschwindigkeit beeinflussen. Basierend auf diesen Ergebnissen, wurde eine detaillierte Untersuchung der Faserdurchmessersteuerung durchgeführt und Gerüsten mit neuartigen Architekturen wurden gedruckt. Als Beispiel wird ein 20-fach Durchmesserverhältnis innerhalb eines Gerüstes durch die Änderung der Kollektorgeschwindigkeit und des Vorschubdrucks während eines Druckvorgangs erreicht. Obwohl die Vorschubdruckveränderung spürbare Oszillationen des Faserdurchmessers verursachte, wurden Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern erfolgreich in zwei Scaffoldmuster integriert, die für mesenchymale Stromazell und L929 Zellsuspension und die Aussaat von Fettgewebe-Sphäroiden getestet wurden. Weitere Design- und Herstellungsaspekte werden diskutiert, während die Polymerstrahlanziehung auf die gedruckten Strukturen in Verbindung mit der Faserpositionierungssteuerung der mehrschichtigen Scaffolds beleuchtet wird. Den Artefakten, die mit zunehmender Gerüsthöhe sinusförmiger Ablagemuster auftreten, wird durch schichtweise Anpassung von Verfahrweg des Kollektors entgegengewirkt. Für die Vorhersage eines Druckfehlers der ersten abgelegten Schicht wurde ein Algorithmus entwickelt, der die empirischen Zusammenhänge zwischen Kollektorgeschwindigkeit, Nachlauf, und die Geschwindigkeit der Faserablage verwendet. Dieses Modell war in der Lage die Position der gedruckten Faser mit einem bis zu zehnmal kleinerem Fehler als die Position auf dem programmierten Pfad vorherzusagen. Dasselbe Modell erlaubt es, die Änderung des Faserdurchmessers entlang des nichtlinearen Musters qualitativ zu bewerten und die Bereiche mit der größten Musterdeformation mit zunehmender Gerüsthöhe anzuzeigen. Diese Ergebnisse werden in anderen Kapiteln für den Druck der neuartigen MEW-Strukturen für biomedizinische Anwendungen verwendet. Im letzten Kapitel wurde das Konzept des multimodalen Gerüstes mit dem Druck von hängenden Fasern kombiniert, um MEW-Gerüste mit kontrollierter Porenvernetzung in drei Dimensionen herzustellen. Diese Gerüste erwiesen sich als vielversprechendes Substrat für die Kontrolle der Neuritenausbreitung der Nervenzellen aus Spinalganglien.
KW  - Elektrospinnen
KW  - 3D-druck
KW  - Tissue Engineering
KW  - Melt electrowriting
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247642
ER  - 
TY  - THES
A1  - Siewert, Aaron
T1  - Nucleotide analogs as rigid spin labels for DNA and RNA
T1  - Nukleotidanaloga als starre Spinmarker für DNA und RNA
N2  - Nucleic acids are one of the important classes of biomolecules together with carbohydrates, proteins and lipids. Both deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) are most well known for their respective roles in the storage and expression of genetic information. 
Over the course of the last decades, nucleic acids with a variety of other functions have been discovered in biological organisms or created artificially. Examples of these functional nucleic acids are riboswitches, aptamers and ribozymes. In order to gain information regarding their function, several analytical methods can be used.
Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy is one of several techniques which can be used to study nucleic acid structure and dynamics. However, EPR spectroscopy requires unpaired electrons and because nucleic acids themselves are not paramagnetic, the incorporation of spin labels which carry a radical is necessary.
Here, three new spin labels for the analysis of nucleic acids by EPR spectroscopy are presented. All of them share two important design features. First, the paramagnetic center is located at a nitroxide, flanked by ethyl groups to prevent nitroxide degradation, for example during solid phase synthesis. Furthermore, they were designed with rigidity as an important quality, in order to be useful for applications like pulsed electron double resonance (PELDOR) spectroscopy, where independent motion of the spin labels relative to the macromolecule has a noticeable negative effect on the precision of the measurements.
Benzi-spin is a spin label which differs from most previous examples of rigid spin labels in that rather than being based on a canonical nucleoside, with a specific base pairing partner, it is supposed to be a universal nucleoside which is sufficiently rigid for EPR measurements when placed opposite to a number of different nucleosides. Benzi-spin was successfully incorporated into a 20 nt oligonucleotide and its base pairing behavior with seven different nucleosides was examined by UV/VIS thermal denaturation and continuous wave (CW) EPR experiments. The results show only minor differences between the different nucleosides, thus confirming the ability of benzi-spin to act as a universally applicable spin label.
Lumi-spin is derived from lumichrome. It features a rigid scaffold, as well as a free 2'-hydroxy group, which should make it well suited for PELDOR experiments once it is incorporated into RNA oligonucleotides.
EÇr is based on the Ç family of spin labels, which contains the most well known rigid spin labels for nucleic acids to this day. It is essentially a version of EÇm with a free 2'-hydroxy group. It was converted to triphosphate EÇrTP and used for primer extension experiments to test the viability of enzymatic incorporation of rigid spin labels into oligonucleotides as an alternative to solid-phase synthesis. Incorporation into DNA by Therminator III DNA polymerase in both single-nucleotide and full-length primer extensions was achieved. 
All three of these spin labels represent further additions to the expanding toolbox of EPR spectroscopy on nucleic acids and might prove valuable for future research.
N2  - Nukleinsäuren sind neben den Kohlenhydraten, Proteinen und Lipiden eine der wichtigen Klassen von Biomolekülen. Sowohl Deoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA) sind am besten für ihre Funktionen bei der Speicherung und Expression der genetischen Informationen bekannt.  
Während der letzten Jahrzehnte wurden Nukleinsäuren mit einer Vielzahl von Funktionen in biologischen Organismen entdeckt oder künstlich hergestellt. Beispiele für diese funktionellen Nukleinsäuren sind Riboswitches, Aptamere und Ribozyme. Um Informationen über ihre Funktionsweisen zu erhalten, können verschiedene analytische Methoden verwendet werden. 
Elektronenspinresonanzspektroscopie (ESR) ist eine Analysetechnik, die Aufschluss über Struktur und Dynamik von Nukleinsäuren geben kann. Für ESR Messungen werden ungepaarte Elektronen benötigt, sodass nicht paramagnetische Verbindungen mit einem Spinmarker modifiziert werden müssen, der ein Radikal trägt. 
In dieser Arbeit werden drei neue Spinmarker für die ESR Analyse von Nukleinsäuren vorgestellt. Allen liegen zwei Designprinzipien zugrunde. Erstens wird als paramagnetische Verbindung ein Nitroxid verwendet, welches von Ethylgruppen flankiert wird um das Radikal zu stabilisieren, zum Beispiel gegen Reagenzien, die in der Festphasensynthese verwendet werden. Zweitens sind die Nitroxide Teil starrer Ringsysteme. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen wie Abstandsmessungen mittels Pulselektronendoppelresonanzspektroskopie (PELDOR), wo die Genauigkeit der Messung von Bewegungen der Spinmarker relativ zum Makromolekül beeinträchtigt wird. 
Benzi-spin unterscheidet sich von vielen anderen starren Spinmarkern dadurch, dass es nicht auf einem kanonischen Nukleosid mit einem spezifischen Bindungspartner basiert. Stattdessen handelt es sich um ein universelles Nukleosid, das unabhängig vom gegenüberliegenden Nukleosid starr genug für ESR Messungen ist. Benzi-spin wurde erfolgreich in ein Oligonucleotid eingebaut und seine Basenpaarung mit sieben verschiedenen Nukleosiden mittels UV/VIS Schmelzkurven und Continuous Wave (CW) ESR Experimenten untersucht. Die Ergebnisse zeigen nur geringe Unterschiede zwischen den verschiedenen Nukleosiden, was die Einsetzbarkeit von Benzi-spin als universeller Spinmarker bestätigt.  
Lumi-spin ist vom Lumichrom abgeleitet. Es zeichnet sich durch ein starres Gerüst und eine freie 2'-Hydroxygruppe aus, wodurch es gut für PELDOR Messungen in RNA geeignet sein sollte.  
EÇr gehört zur Ç Familie, welche die am besten bekannten starren Spinmarker für Nukleinsäuren enthält. Es handelt sich um eine Version von EÇm mit einer freien 2'-Hydroxygruppe. EÇr wurde zum Triphosphat EÇrTP konvertiert und für Primer Extension Experimente verwendet um die Möglichkeit des enzymatischen Einbaus starrer Spinmarker in Oligonukleotide als Alternative zur Festphasensynthese zu prüfen. Der Einbau in DNA mit Therminator III DNA Polymerase in Primer Extensions war erfolgreich. 
Alle drei Spinmarker erweitern die Möglichkeiten der ESR-spektroskopischen Untersuchung von Nukleinsäuren und können sich für zukünftige Forschung als nützlich erweisen.
KW  - Nucleinsäuren
KW  - DNS
KW  - RNS
KW  - Elektronenspinresonanzspektroskopie
KW  - Spin-Sonde
KW  - Nucleic acids
KW  - DNA
KW  - RNA
KW  - EPR spectroscopy
KW  - Spin labels
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247657
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Chen, Chunguang
A1  - Rawat, Divya
A1  - Samikannu, Balaji
A1  - Bender, Markus
A1  - Preissner, Klaus T.
A1  - Linn, Thomas
T1  - Platelet glycoprotein VI‐dependent thrombus stabilization is essential for the intraportal engraftment of pancreatic islets
JF  - American Journal of Transplantation
N2  - Platelet activation and thrombus formation have been implicated to be detrimental for intraportal pancreatic islet transplants. The platelet‐specific collagen receptor glycoprotein VI (GPVI) plays a key role in thrombosis through cellular activation and the subsequent release of secondary mediators. In aggregometry and in a microfluidic dynamic assay system modeling flow in the portal vein, pancreatic islets promoted platelet aggregation and triggered thrombus formation, respectively. While platelet GPVI deficiency did not affect the initiation of these events, it was found to destabilize platelet aggregates and thrombi in this process. Interestingly, while no major difference was detected in early thrombus formation after intraportal islet transplantation, genetic GPVI deficiency or acute anti‐GPVI treatment led to an inferior graft survival and function in both syngeneic mouse islet transplantation and xenogeneic human islet transplantation models. These results demonstrate that platelet GPVI signaling is indispensable in stable thrombus formation induced by pancreatic islets. GPVI deficiency resulted in thrombus destabilization and inferior islet engraftment indicating that thrombus formation is necessary for a successful intraportal islet transplantation in which platelets are active modulators.
KW  - basic (laboratory) research / science
KW  - coagulation and hemostasis
KW  - graft survival
KW  - islet transplantation
KW  - molecular biology
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224471
VL  - 21
SP  - 2079
EP  - 2089
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Cullmann, Katharina
A1  - Jahn, Magdalena
A1  - Spindler, Markus
A1  - Schenk, Franziska
A1  - Manukjan, Georgi
A1  - Mucci, Adele
A1  - Steinemann, Doris
A1  - Boller, Klaus
A1  - Schulze, Harald
A1  - Bender, Markus
A1  - Moritz, Thomas
A1  - Modlich, Ute
T1  - Forming megakaryocytes from murine‐induced pluripotent stem cells by the inducible overexpression of supporting factors
JF  - Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis
N2  - Background
Platelets are small anucleate cells that circulate in the blood in a resting state but can be activated by external cues. In case of need, platelets from blood donors can be transfused. As an alternative source, platelets can be produced from induced pluripotent stem cells (iPSCs); however, recovered numbers are low.

Objectives
To optimize megakaryocyte (MK) and platelet output from murine iPSCs, we investigated overexpression of the transcription factors GATA‐binding factor 1 (GATA1); nuclear factor, erythroid 2; and pre–B‐cell leukemia transcription factor 1 (Pbx1) and a hyperactive variant of the small guanosine triphosphatase RhoA (RhoAhc).

Methods
To avoid off‐target effects, we generated iPSCs carrying the reverse tetracycline‐responsive transactivator M2 (rtTA‐M2) in the Rosa26 locus and expressed the factors from Tet‐inducible gammaretroviral vectors. Differentiation of iPSCs was initiated by embryoid body (EB) formation. After EB dissociation, early hematopoietic progenitors were enriched and cocultivated on OP9 feeder cells with thrombopoietin and stem cell factor to induce megakaryocyte (MK) differentiation.

Results
Overexpression of GATA1 and Pbx1 increased MK output 2‐ to 2.5‐fold and allowed prolonged collection of MK. Cytologic and ultrastructural analyses identified typical MK with enlarged cells, multilobulated nuclei, granule structures, and an internal membrane system. However, GATA1 and Pbx1 expression did not improve MK maturation or platelet release, although in vitro–generated platelets were functional in spreading on fibrinogen or collagen‐related peptide.

Conclusion
We demonstrate that the use of rtTA‐M2 transgenic iPSCs transduced with Tet‐inducible retroviral vectors allowed for gene expression at later time points during differentiation. With this strategy we could identify factors that increased in vitro MK production.
KW  - genetic modification
KW  - iPS cells
KW  - megakaryocytes
KW  - retroviral vectors
KW  - Tet‐inducible system
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224565
VL  - 5
IS  - 1
SP  - 111
EP  - 124
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Boff, Samuel
A1  - Friedel, Anna
T1  - Dynamics of nest occupation and homing of solitary bees in painted trap nests
JF  - Ecological Entomology
N2  - 1. The oil‐collecting bee Centris analis (Fabricius, 1804) is an important pollinator for the Neotropical region. The species can be attracted to nest in human‐made cavities. Such trap nests or insect hotels offer the opportunity to study the behaviour of populations in semifield conditions.
2. We studied a newly established trap nest aggregation of C. analis in Mato Grosso do Sul, Brazil and tested the effect that differentially painted nesting options have on the rate of nest foundation, and on the ability of relocating the nest when returning from a foraging trip (homing behaviour). Moreover, we tested if the duration of foraging trips decreased with time.
3. We found that females preferred to nest in painted nests compared to unpainted nests, with blue nests being the most occupied ones, followed by purple, yellow, white, and green. Furthermore, bees improved their homing behaviour with time, however, nest colour did not seem to have an effect on this process. Moreover, we found that bees reduce the duration of their foraging trips with time. This could be an indicator of improved foraging efficiency through learning.
4. These findings could inform a new and fruitful line of research on the behaviour and ecology of trap nesting solitary bees.
KW  - foraging activities
KW  - nesting ecology
KW  - oil bees
KW  - painted nest preference
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224605
VL  - 46
IS  - 2
SP  - 496
EP  - 499
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Welker, Armin
A1  - Kersten, Christian
A1  - Müller, Christin
A1  - Madhugiri, Ramakanth
A1  - Zimmer, Collin
A1  - Müller, Patrick
A1  - Zimmermann, Robert
A1  - Hammerschmidt, Stefan
A1  - Maus, Hannah
A1  - Ziebuhr, John
A1  - Sotriffer, Christoph
A1  - Schirmeister, Tanja
T1  - Structure‐Activity Relationships of Benzamides and Isoindolines Designed as SARS‐CoV Protease Inhibitors Effective against SARS‐CoV‐2
JF  - ChemMedChem
N2  - Inhibition of coronavirus (CoV)‐encoded papain‐like cysteine proteases (PL\(^{pro}\)) represents an attractive strategy to treat infections by these important human pathogens. Herein we report on structure‐activity relationships (SAR) of the noncovalent active‐site directed inhibitor (R)‐5‐amino‐2‐methyl‐N‐(1‐(naphthalen‐1‐yl)ethyl) benzamide (2 b), which is known to bind into the S3 and S4 pockets of the SARS‐CoV PL\(^{pro}\). Moreover, we report the discovery of isoindolines as a new class of potent PL\(^{pro}\) inhibitors. The studies also provide a deeper understanding of the binding modes of this inhibitor class. Importantly, the inhibitors were also confirmed to inhibit SARS‐CoV‐2 replication in cell culture suggesting that, due to the high structural similarities of the target proteases, inhibitors identified against SARS‐CoV PL\(^{pro}\) are valuable starting points for the development of new pan‐coronaviral inhibitors.
KW  - antiviral agents
KW  - computational chemistry
KW  - drug design
KW  - protease inhibitors
KW  - structure-activity relationships
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225700
VL  - 16
IS  - 2
SP  - 340
EP  - 354
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Romero‐Olmedo, Addi J.
A1  - Schulz, Axel R.
A1  - Huber, Magdalena
A1  - Brehm, Corinna U.
A1  - Chang, Hyun‐Dong
A1  - Chiarolla, Cristina M.
A1  - Bopp, Tobias
A1  - Skevaki, Chrysanthi
A1  - Berberich‐Siebelt, Friederike
A1  - Radbruch, Andreas
A1  - Mei, Henrik E.
A1  - Lohoff, Michael
T1  - Deep phenotypical characterization of human CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) T cells by mass cytometry
JF  - European Journal of Immunology
N2  - CD56\(^{+}\) T cells are a group of pro‐inflammatory CD3\(^{+}\) lymphocytes with characteristics of natural killer cells, being involved in antimicrobial immune defense. Here, we performed deep phenotypic profiling of CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) cells in peripheral blood of normal human donors and individuals sensitized to birch‐pollen or/and house dust mite by high‐dimensional mass cytometry combined with manual and computational data analysis. A co‐regulation between major conventional T‐cell subsets and their respective CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) cell counterparts appeared restricted to CD8\(^{+}\), MAIT, and TCRγδ\(^{+}\) T‐cell compartments. Interestingly, we find a co‐regulation of several CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) cell subsets in allergic but not in healthy individuals. Moreover, using FlowSOM, we distinguished a variety of CD56\(^{+}\) T‐cell phenotypes demonstrating a hitherto underestimated heterogeneity among these cells. The novel CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) subset description comprises phenotypes superimposed with naive, memory, type 1, 2, and 17 differentiation stages, in part represented by a phenotypical continuum. Frequencies of two out of 19 CD3\(^{+}\)CD56\(^{+}\) FlowSOM clusters were significantly diminished in allergic individuals, demonstrating less frequent presence of cells with cytolytic, presumably protective, capacity in these donors consistent with defective expansion or their recruitment to the affected tissue. Our results contribute to defining specific cell populations to be targeted during therapy for allergic conditions.
KW  - allergy
KW  - CD56
KW  - human
KW  - mass cytometry
KW  - T cells
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225699
VL  - 51
IS  - 3
SP  - 672
EP  - 681
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sarma, Bhavishya
T1  - Merkel Cell Carcinoma: Investigations on its carcinogenesis and new therapeutic approaches
T1  - Merkelzellkarzinom: Untersuchungen zur Karzinogenese und neue Therapieansätze
N2  - Merkel cell carcinoma (MCC) is a rare and aggressive skin cancer with an increasing incidence. The majority of MCC cases (approximately 80%) are associated with the Merkel cell polyomavirus (MCPyV). This virus encodes for the MCPyV T antigens (small T (sT) and large T (LT)), which are oncoproteins that drive MCC carcinogenesis. However, the precise cells of the skin that are transformed by the T antigens are not known i.e., the cells of origin of MCC are yet to be discovered. Therefore, the first part of this study involved the generation and evaluation of a vector system that could be used to study MCC oncogenesis. To this end, a set of lentiviral vectors was cloned that allows independent, inducible expression of potential key factors in MCC oncogenesis. In addition, a CRISPR/Cas9 knock in was established that allows the coding sequence for a fluorescent protein to be placed under the control of the promoter of KRT20, one of the most crucial markers of MCC. The functionality of this KRT20 reporter was proven in the MCPyV-positive MCC cell line, WaGa. The different inducible vector systems (doxycycline-inducible MCPyV T antigens or MCPyV sT, RheoSwitch-inducible ATOH1 and IPTG-inducible dnMAML1 and GLI1) were found to have different efficacies in various cellular systems and in particular, a considerable reduction in efficiency was observed at times upon the interaction of several vectors in one cell. In the second and more important part of this study, the role of the well-established anti-malarial drug, artesunate, which possesses additional anti-tumor and anti-viral activity, in the treatment of MCPyV-positive MCC was analyzed. In our study, artesunate was found to be cytotoxic towards MCPyV-positive MCC cell lines in vitro and repressed tumor growth in vivo in a mouse model. Artesunate was also found to downregulate T antigen expression, which is critical for the proliferation of MCPyV-positive MCC cells. The repression of T antigen expression, however, was not the sole mechanism of artesunate’s cytotoxic action; instead, the MCPyV-positive MCC cell line, WaGa, was found to be even less sensitive to artesunate after shRNA knockdown of the T antigens. Since loss of membrane integrity occurred more rapidly than degradation/loss of genomic DNA under the influence of artesunate in four of five MCPyV-positive MCC cell lines examined, apoptosis, although widely described as a modus operandi for artesunate, did not appear to be a determinant of the cytotoxicity of artesunate against MCPyV-positive MCC cells. Instead, we were able to demonstrate that artesunate induced the recently described iron-dependent and lipid peroxide-associated form of cell death known as "ferroptosis". This was achieved primarily through the use of inhibitors that can suppress specific individual steps of the ferroptotic process. Thus, artesunate-induced cell death of MCPyV-positive MCC cells could be suppressed by iron chelators and by the inhibition of lipid peroxidation and lysosomal transport. Surprising results were obtained from the analysis of two proteins associated with the ferroptotic process, namely, ferroptosis suppressor protein 1 (FSP1) and tumor suppressor protein p53. Here, we showed that ectopically- 2 expressed FSP1 cannot suppress artesunate-induced ferroptosis in MCPyV-positive MCC cells and that p53 does not play a pro-ferroptotic role in artesunate-induced cell death of MCPyV-positive MCCs. Since artesunate did not suppress the interferon-γ-induced expression of immune-related molecules such as HLA and PD-L1 on the surface of MCPyV-positive MCCs, our study also provided the first positive evidence for its use in combinatorial immunotherapy. Overall, this study showed that artesunate appears to be an effective drug for the treatment of MCPyV-positive MCC and might also be considered for its use in combinatorial MCC immunotherapy in the future.
N2  - Das Merkelzellkarzinom (MCC) ist ein seltener und aggressiver Hautkrebs mit einer steigenden Inzidenz. Die Mehrzahl der MCC-Fälle (ca. 80%) sind mit dem Merkelzell-Polyomavirus (MCPyV) assoziiert. Dieses Virus kodiert für die MCPyV T Antigene (small T (sT) und Large T (LT)), die als Onkoproteine die MCC Karzinogenese vorantreiben. Unbekannt ist jedoch welche Zellen der Haut durch die T Antigene transformiert werden, was also die Ursprungszellen des MCC sind. Der erste Teil dieser Arbeit befasste sich daher mit der Generierung und Evaluierung eines Vektorsystems, das zur Untersuchung der MCC-Onkogenese genutzt werden könnte. Dazu wurde ein Set von lentiviralen Vektoren kloniert, das die voneinander unabhängige, induzierbare Expression von potentiellen Schlüsselfaktoren der MCC-Onkogenese erlaubt. Außerdem wurde ein CRISPR/Cas9 knock in etabliert, der es erlaubt die kodierende Sequenz für ein fluoreszierendes Protein unter die Kontrolle des Promoters von KRT20, dessen Expression eines der wichtigsten MCC Marker ist, zu bringen. Die Funktionalität dieses KRT20 Reporters konnte in einer MCPyV-positive MCC Linie, WaGa, nachgewiesen werden. Die verschiedenen induzierbaren Vektorsysteme (Doxycyclin-induzierbare MCPyV T Antigene bzw. MCPyV sT, RheoSwitch-induzierbare ATOH1, IPTG-induzierbares dnMAML1 und GLI1) zeigten sich unterschiedlich effektiv in unterschiedlichen Zellsystemen und insbesondere im Zusammenspiel mehrerer Vektoren in einer Zelle war die Induzierbarkeit teilweise erheblich reduziert. 
Im zweiten, und wichtigeren Teil dieser Arbeit, habe ich mich mit der Frage auseinandergesetzt, ob ein etabliertes Anti-Malaria-Medikament, dem zusätzlich anti-tumorale und anti-virale Aktivität zugeschrieben werden, sich für die Behandlung des MCPyV-positiven MCC anbieten könnte. In unserer Studie wurde festgestellt, dass Artesunat in vitro zytotoxisch auf MCPyV-positive MCC Zelllinien wirkt und in vivo im Mausmodell das Tumorwachstum verlangsamen kann. Es wurde zudem beobachtet, dass Artesunat die T Antigen Expression unterdrückt, das für die Proliferation von MCPyV-positiven MCC-Zellen entscheidend ist. Allerdings spielt die Repression der T Antigen Expression keine Rolle für den zytotoxischen Effekt von Artesunat, sondern es zeigte sich, dass die MCC-Zelllinie WaGa nach shRNA knockdown der T Antigene sogar weniger sensitiv gegenüber Artesunat war. Da unter dem Einfluss von Artesunat in vier von fünf untersuchten MCC Zelllinien der Verlust der Membranintegrität schneller eintrat als eine Degradation/Verlust der genomischen DNA scheint Apoptose, obwohl vielfach als Modus Operandi für Artesunat beschrieben, nicht bestimmend für die Zytotoxität von Artesunat gegenüber MCPyV-positiven MCC Zellen zu sein. Stattdessen konnten wir die kürzlich beschriebene eisenabhängige und Lipidperoxid-assoziierte Form des Zelltods, die sogenannte "Ferroptose", nachweisen. Dies gelang vor allem durch den Einsatz von Inhibitoren, die spezifische Einzelschritte des ferroptotischen Prozesses unterdrücken können. So ließ sich der durch Artesunat induzierte Zelltod von MCPyV-positiven Zellen durch Eisenchelatbildner und Inhibition der Lipidperoxidation und des lysosomalen Transports unterdrücken. Überraschende Ergebnisse lieferte die Analyze von zwei Proteinen, die mit dem ferroptotischen Prozess in Verbindung gebracht werden, nämlich dem Ferroptose-Suppressor-Protein 1 (FSP1) und dem Tumorsuppressor-Protein p53. Hier zeigte sich, dass ektopisch-exprimiertes FSP1 die Artesunat-induzierte Ferroptose in MCC Zellen nicht unterdrücken kann und dass p53 keine pro-ferroptotische Rolle beim Artesunat-induzierten Zelltod von MCPyV-positiven MCCs spielt. Da Artesunat die Interferon-γ induzierte Expression von immunrelevanten Molekülen wie HLA und PD-L1 auf der Oberfläche von MCPyV-positiven MCCs nicht unterdrückte, ergaben sich auch erste positive Hinweise auf seinen Einsatz in der kombinatorischen Immuntherapie. Insgesamt zeigte diese Studie, dass Artesunat ein wirksames Medikament für die Behandlung von MCPyV-positivem MCC zu sein scheint und in Zukunft auch für den Einsatz in der kombinatorischen MCC-Immuntherapie in Frage kommen könnte.
KW  - Merkel cell carcinoma
KW  - Merkel cell polyomavirus
KW  - Ferroptosis
KW  - Artesunate
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247402
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Doryab, Ali
A1  - Taskin, Mehmet Berat
A1  - Stahlhut, Philipp
A1  - Schröppel, Andreas
A1  - Wagner, Darcy E.
A1  - Groll, Jürgen
A1  - Schmid, Otmar
T1  - A Biomimetic, Copolymeric Membrane for Cell‐Stretch Experiments with Pulmonary Epithelial Cells at the Air‐Liquid Interface
JF  - Advanced Functional Materials
N2  - Chronic respiratory diseases are among the leading causes of death worldwide, but only symptomatic therapies are available for terminal illness. This in part reflects a lack of biomimetic in vitro models that can imitate the complex environment and physiology of the lung. Here, a copolymeric membrane consisting of poly(ε‐)caprolactone and gelatin with tunable properties, resembling the main characteristics of the alveolar basement membrane is introduced. The thin bioinspired membrane (≤5 μm) is stretchable (up to 25% linear strain) with appropriate surface wettability and porosity for culturing lung epithelial cells under air–liquid interface conditions. The unique biphasic concept of this membrane provides optimum characteristics for initial cell growth (phase I) and then switch to biomimetic properties for cyclic cell‐stretch experiments (phase II). It is showed that physiologic cyclic mechanical stretch improves formation of F‐actin cytoskeleton filaments and tight junctions while non‐physiologic over‐stretch induces cell apoptosis, activates inflammatory response (IL‐8), and impairs epithelial barrier integrity. It is also demonstrated that cyclic physiologic stretch can enhance the cellular uptake of nanoparticles. Since this membrane offers considerable advantages over currently used membranes, it may lead the way to more biomimetic in vitro models of the lung for translation of in vitro response studies into clinical outcome.
KW  - alveolar‐capillary barrier
KW  - cyclic mechanical stretch
KW  - hybrid polymers
KW  - in vitro cell‐stretch model
KW  - tunable ultra‐thin biphasic membrane
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225645
VL  - 31
IS  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hanft, Anna
A1  - Radacki, Krzysztof
A1  - Lichtenberg, Crispin
T1  - Cationic Bismuth Aminotroponiminates: Charge Controls Redox Properties
JF  - Chemistry – A European Journal
N2  - The behavior of the redox‐active aminotroponiminate (ATI) ligand in the coordination sphere of bismuth has been investigated in neutral and cationic compounds, [Bi(ATI)\(_{3}\)] and [Bi(ATI)\(_{2}\)L\(_{n}\)][A] (L=neutral ligand; n=0, 1; A=counteranion). Their coordination chemistry in solution and in the solid state has been analyzed through (variable‐temperature) NMR spectroscopy, line‐shape analysis, and single‐crystal X‐ray diffraction analyses, and their Lewis acidity has been evaluated by using the Gutmann–Beckett method (and modifications thereof). Cyclic voltammetry, in combination with DFT calculations, indicates that switching between ligand‐ and metal‐centered redox events is possible by altering the charge of the compounds from 0 in neutral species to +1 in cationic compounds. This adds important facets to the rich redox chemistry of ATIs and to the redox chemistry of bismuth compounds, which is, so far, largely unexplored.
KW  - aminotroponiminates
KW  - bismuth
KW  - cationic species
KW  - redox chemistry
KW  - redox-active ligands
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225669
VL  - 27
IS  - 20
SP  - 6230
EP  - 6239
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Budiman, Yudha P.
A1  - Lorenzen, Sabine
A1  - Liu, Zhiqiang
A1  - Radius, Udo
A1  - Marder, Todd B.
T1  - Base‐Free Pd‐Catalyzed C−Cl Borylation of Fluorinated Aryl Chlorides
JF  - Chemistry – A European Journal
N2  - Catalytic C−X borylation of aryl halides containing two ortho‐fluorines has been found to be challenging, as most previous methods require stoichiometric amounts of base and the polyfluorinated aryl boronates suffer from protodeboronation, which is accelerated by ortho‐fluorine substituents. Herein, we report that a combination of Pd(dba)2 (dba=dibenzylideneacetone) with SPhos (2‐dicyclohexylphosphino‐2’,6’‐dimethoxybiphenyl) as a ligand is efficient to catalyze the C‐Cl borylation of aryl chlorides containing two ortho‐fluorine substituents. This method, conducted under base‐free conditions, is compatible with the resulting di‐ortho‐fluorinated aryl boronate products which are sensitive to base.
KW  - boronate ester
KW  - borylation
KW  - cross-coupling
KW  - fluoroarene
KW  - palladium-catalyzed
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225687
VL  - 27
IS  - 11
SP  - 3869
EP  - 3874
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Weich, Alexander
A1  - Werner, Rudolf A.
A1  - Buck, Andreas K.
A1  - Hartrampf, Philipp E.
A1  - Serfling, Sebastian E.
A1  - Scheurlen, Michael
A1  - Wester, Hans-Jürgen
A1  - Meining, Alexander
A1  - Kircher, Stefan
A1  - Higuchi, Takahiro
A1  - Pomper, Martin G.
A1  - Rowe, Steven P.
A1  - Lapa, Constantin
A1  - Kircher, Malte
T1  - CXCR4-Directed PET/CT in Patients with Newly Diagnosed Neuroendocrine Carcinomas
JF  - Diagnostics
N2  - We aimed to elucidate the diagnostic potential of the C-X-C motif chemokine receptor 4 (CXCR4)-directed positron emission tomography (PET) tracer \(^{68}\)Ga-Pentixafor in patients with poorly differentiated neuroendocrine carcinomas (NEC), relative to the established reference standard \(^{18}\)F-FDG PET/computed tomography (CT). In our database, we retrospectively identified 11 treatment-naïve patients with histologically proven NEC, who underwent \(^{18}\)F-FDG and CXCR4-directed PET/CT for staging and therapy planning. The images were analyzed on a per-patient and per-lesion basis and compared to immunohistochemical staining (IHC) of CXCR4 from PET-guided biopsies. \(^{68}\)Ga-Pentixafor visualized tumor lesions in 10/11 subjects, while \(^{18}\)F-FDG revealed sites of disease in all 11 patients. Although weak to moderate CXCR4 expression could be corroborated by IHC in 10/11 cases, \(^{18}\)F-FDG PET/CT detected significantly more tumor lesions (102 vs. 42; total lesions, n = 107; p < 0.001). Semi-quantitative analysis revealed markedly higher 18F-FDG uptake as compared to \(^{68}\)Ga-Pentixafor (maximum and mean standardized uptake values (SUV) and tumor-to-background ratios (TBR) of cancerous lesions, SUVmax: 12.8 ± 9.8 vs. 5.2 ± 3.7; SUVmean: 7.4 ± 5.4 vs. 3.1 ± 3.2, p < 0.001; and, TBR 7.2 ± 7.9 vs. 3.4 ± 3.0, p < 0.001). Non-invasive imaging of CXCR4 expression in NEC is inferior to the reference standard \(^{18}\)F-FDG PET/CT.
KW  - CXCR4
KW  - NET
KW  - NEC
KW  - <sup>68</sup>Ga-Pentixafor
KW  - <sup>18</sup>F-FDG
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234231
SN  - 2075-4418
VL  - 11
IS  - 4
ER  - 
TY  - THES
A1  - Solger, Franziska
T1  - Central role of sphingolipids on the intracellular survival of \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) in epithelial cells
T1  - Die zentrale Rolle von Sphingolipiden auf das intrazelluläre Überleben von \(Neisseria\) \(gonorrhoeae\) in Epithelzellen
N2  - Neisseria gonorrhoeae are Gram-negative bacteria with diplococcal shape. As an obligate human pathogen, it is the causative agent of gonorrhoea, a sexually transmitted disease. Gonococci colonize a variety of mucosal tissues, mainly the urogenital tract in men and women. Occasionally N. gonorrhoeae invades the bloodstream, leading to disseminated gonococcal infection. These bacteria possess a repertoire of virulence factors, which expression patterns can be adapted to the environmental conditions of the host. Through the accumulation of antibiotic resistances and in absence of vaccines, some neisserial strains have the potential to spread globally and represent a major public health threat. Therefore, it is necessary to understand the exact molecular mechanisms underlying the successful infection and progression of gonococci within their host. This deeper understanding of neisserial infection and survival mechanisms is needed for the development of new therapeutic agents. 
In this work, the role of host-cell sphingolipids on the intracellular survival of N. gonorrhoeae was investigated. It was shown that different classes of sphingolipids strongly interact with invasive gonococci in epithelial cells. Therefore, novel and highly specific clickable sphingolipid analogues were applied to study these interactions with this pathogen. The formation of intra- and extracellular sphingosine vesicles, which were able to target gonococci, was observed. This direct interaction led to the uptake and incorporation of sphingosine into the neisserial membrane. Together with in vitro results, sphingosine was identified as a potential bactericidal reagent as part of the host cell defence. By using different classes of sphingolipids and their clickable analogues, essential structural features, which seem to trigger the bacterial uptake, were detected. Furthermore, effects of key enzymes of the sphingolipid signalling pathway were tested in a neutrophil infection model.
In conclusion, the combination of click chemistry and infection biology made it possible to shed some light on the dynamic interplay between cellular sphingosine and N. gonorrhoeae. Thereby, a possible “catch-and-kill” mechanism could have been observed.
N2  - Neisseria gonorrhoeae ist ein Gram-negatives Bakterium, welches als Diplokokke vorkommt. Als ein ausschließliches Humanpathogen sind Neisserien der Erreger für die sexuell übertragbare Infektionskrankheit Gonorrhö. Gonokokken besiedeln eine Vielzahl von Schleimhäuten, jedoch hauptsächlich den Urogenitaltrakt bei Männern und Frauen. Gelegentlich kann N. gonorrhoeae in die Blutbahn invadieren, was zu einer disseminierten Infektion führen kann. Diese Bakterien verfügen über ein Repertoire an Virulenzfaktoren, deren Expressionskombination den Umgebungsbedingungen des Wirts angepasst werden können. Durch die Anhäufung von Antibiotikaresistenzen und durch das Fehlen eines Impfstoffes, besteht die Gefahr, dass spezielle Neisserienstämme sich weltweit verbreiten und daher eine ernstzunehmende Bedrohung des Menschen sind. Daher ist es notwendig die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der erfolgreichen Infektion und Ausbreitung der Gonokokken im Wirt genauestens zu verstehen. Das detaillierte Wissen über die Neisserieninfektion und Überlebensmechanismen ist nötig für die Entwicklung neuer Therapieansätze. 
In dieser Arbeit wurde der Effekt von Sphingolipiden der Wirtszelle auf das intrazelluläre Überleben von N. gonorrhoeae untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Klassen von Sphingolipiden stark mit invasiven Gonokokken in Epithelzellen interagieren. Um dies zu tun, wurden neue und hochspezifische clickbare Sphingolipidanaloge eingesetzt, um deren Interaktionen mit diesem Pathogen zu studieren. Die Formation von intra- als auch extrazellulären Sphingosinvesikeln, welche Gonokokken gezielt erreichten, konnte beobachtet werden. Diese direkte Interaktion führte zu einer Aufnahme und Einbau des Sphingosins in die Neisserienmembran. Zusammen mit in vitro Ergebnissen, konnte Sphingosin als potenzieller und antibakterieller Bestandteil des zellulären Abwehrsystems identifiziert werden. Weiterhin wurde durch die Verwendung unterschiedlicher Sphingolipidklassen und deren clickbaren Analoge wichtige Strukturen erkannt, die die bakterielle Aufnahme auslösen. Des Weiteren wurden die Auswirkungen von Schlüsselenzymen des Sphingolipidsignalwegs in einem Infektionsmodell mit Neutrophilen getestet. 
Abschließend ist zu sagen, dass die Kombination aus Click Chemie und Infektionsbiologie es ermöglicht hat, die dynamischen Wechselwirkungen zwischen zellulären Sphingosin und N. gonorrhoeae zu beleuchten. Dadurch konnte ein möglicher „catch-and-kill”-Mechanismus entdeckt werden.
KW  - Neisseria gonorrhoeae
KW  - Sphingosinkinase
KW  - Sphingosinanaloga
KW  - Click-Chemie
KW  - sphingosine
KW  - sphingolipids
KW  - Neisseria
KW  - intracellular
KW  - vesicles
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247534
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riechelmann [verh. Steinbacher], Eva Katharina
T1  - Gaze interaction: Cognitive mechanisms of oculomotor action control
T1  - Blickinteraktion: Kognitive Mechanismen der okulomotorischen Handlungskontrolle
N2  - Humans use their eyes not only as visual input devices to perceive the environment, but also as an action tool in order to generate intended effects in their environment. For instance, glances are used to direct someone else's attention to a place of interest, indicating that gaze control is an important part of social communication. Previous research on gaze control in a social context mainly focused on the gaze recipient by asking how humans respond to perceived gaze (gaze cueing). So far, this perspective has hardly considered the actor’s point of view by neglecting to investigate what mental processes are involved when actors decide to perform an eye movement to trigger a gaze response in another person. Furthermore, eye movements are also used to affect the non-social environment, for instance when unlocking the smartphone with the help of the eyes. This and other observations demonstrate the necessity to consider gaze control in contexts other than social communication whilst at the same time focusing on commonalities and differences inherent to the nature of a social (vs. non-social) action context. Thus, the present work explores the cognitive mechanisms that control such goal-oriented eye movements in both social and non-social contexts. 
The experiments presented throughout this work are built on pre-established paradigms from both the oculomotor research domain and from basic cognitive psychology. These paradigms are based on the principle of ideomotor action control, which provides an explanatory framework for understanding how goal-oriented, intentional actions come into being. The ideomotor idea suggests that humans acquire associations between their actions and the resulting effects, which can be accessed in a bi-directional manner: Actions can trigger anticipations of their effects, but the anticipated resulting effects can also trigger the associated actions. According to ideomotor theory, action generation involves the mental anticipation of the intended effect (i.e., the action goal) to activate the associated motor pattern. The present experiments involve situations where participants control the gaze of a virtual face via their eye movements. The triggered gaze responses of the virtual face are consistent to the participant’s eye movements, representing visual action effects. Experimental situations are varied with respect to determinants of action-effect learning (e.g., contingency, contiguity, action mode during acquisition) in order to unravel the underlying dynamics of oculomotor control in these situations. In addition to faces, conditions involving changes in non-social objects were included to address the question of whether mechanisms underlying gaze control differ for social versus non-social context situations.
The results of the present work can be summarized into three major findings. 1. My data suggest that humans indeed acquire bi-directional associations between their eye movements and the subsequently perceived gaze response of another person, which in turn affect oculomotor action control via the anticipation of the intended effects. The observed results show for the first time that eye movements in a gaze-interaction scenario are represented in terms of their gaze response in others. This observation is in line with the ideomotor theory of action control. 2. The present series of experiments confirms and extends pioneering results of Huestegge and Kreutzfeldt (2012) with respect to the significant influence of action effects in gaze control. I have shown that the results of Huestegge and Kreutzfeldt (2012) can be replicated across different contexts with different stimulus material given that the perceived action effects were sufficiently salient. 3. Furthermore, I could show that mechanisms of gaze control in a social gaze-interaction context do not appear to be qualitatively different from those in a non-social context.
All in all, the results support recent theoretical claims emphasizing the role of anticipation-based action control in social interaction. Moreover, my results suggest that anticipation-based gaze control in a social context is based on the same general psychological mechanisms as ideomotor gaze control, and thus should be considered as an integral part rather than as a special form of ideomotor gaze control.
N2  - Der Mensch nutzt die Augen nicht nur zur Wahrnehmung seiner Umwelt, sondern auch als Handlungsinstrument, um intendierte Effekte in seiner Umwelt zu erzeugen. So werden Blicke beispielsweise dazu verwendet, die Aufmerksamkeit eines anderen auf einen bestimmten Ort zu lenken. Dies weist darauf hin, dass Blickkontrolle einen wichtigen Bestandteil in der sozialen Kommunikation darstellt. Die Forschung zu Blickkontrolle im sozialen Kontext hat sich bisher hauptsächlich auf den Blick-Empfänger konzentriert, um die Frage zu beantworten, wie Menschen auf wahrgenommene Blicke reagieren (Gaze Cueing). Dieser Ansatz hat dementsprechend bisher kaum den Standpunkt des Blick-Senders berücksichtigt. So wurde beispielsweise noch nicht untersucht, welche mentalen Prozesse der Ausübung einer Augenbewegung zugrunde liegen, die zum Ziel hat, bei einer anderen Person eine bestimmte Blickreaktion auszulösen. Darüber hinaus werden zielgerichtete Augenbewegungen auch im nicht-sozialen Kontext eingesetzt, beispielsweise beim Entsperren des Smartphones mithilfe der Augen. Diese und andere Beobachtungen zeigen allerdings klar die Notwendigkeit, Blickkontrolle sowohl in der sozialen Kommunikation als auch in anderen, nicht-sozialen Kontexten zu berücksichtigen und dabei gleichzeitig auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu achten, die der Natur eines sozialen (vs. nicht-sozialen) Handlungskontextes innewohnen. Die vorliegende Arbeit untersucht daher die kognitiven Mechanismen, die solchen zielgerichteten Blickbewegungen in sozialen wie in nicht-sozialen Kontexten zugrunde liegen. 
Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Experimente bauen auf bereits etablierten Paradigmen aus der Forschung zu Okulomotorik und zu basalen kognitiven Prozessen auf. Diese Paradigmen basieren auf dem Prinzip der ideomotorischen Handlungskontrolle, das eine Erklärung für die Entstehung zielgerichteter und beabsichtigter Handlungen liefert. Der ideomotorische Gedanke legt nahe, dass Menschen Assoziationen zwischen ihren Handlungen und den daraus resultierenden Effekten erwerben, die in zwei Richtungen wirken können: Eine Handlung kann die Antizipation ihrer Effekte auslösen, aber die aktive Antizipation eines Handlungseffektes kann auch die damit verbundene Handlung auslösen. Nach der ideomotorischen Theorie beinhaltet Handlungsgenerierung die mentale Antizipation des beabsichtigten Handlungseffektes, um das zugehörige motorische Muster zu aktivieren. Die vorliegenden Experimente beinhalten Situationen, in denen die Probanden den Blick eines virtuellen Gesichts mithilfe ihre eigenen Augenbewegungen steuern. Die im virtuellen Gesicht ausgelösten Blickreaktionen repräsentieren die visuellen Handlungseffekte. Die Situationen werden in Bezug auf die Determinanten von Handlungs-Effekt-Lernen (Kontingenz, Kontiguität, Handlungsmodus während des Lernens) variiert, um die zugrundeliegende Dynamik der okulomotorischen Handlungskontrolle in diesen Situationen zu verstehen. Zusätzlich zu den Gesichtern wurden Handlungseffekte in nicht-sozialen Objekten untersucht, um die Frage zu klären, ob sich die der Blickkontrolle zugrundeliegenden Mechanismen für soziale und nicht-soziale Kontextsituationen unterscheiden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit lassen sich in drei Hauptergebnisse zusammenfassen. 1. Meine Resultate legen nahe, dass Menschen bi-direktionale Assoziationen zwischen ihren Augenbewegungen und der darauf folgenden Blickreaktion einer anderen Person erwerben, was über die Antizipation der beabsichtigten Effekte die okulomotorische Handlungssteuerung beeinflusst. Die beobachteten Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass Augenbewegungen in einem Blickinteraktionsszenario in Form einer bei der anderen Person ausgelösten Blickreaktion repräsentiert werden. Diese Beobachtung steht im Einklang mit dem ideomotorischen Prinzip der Handlungskontrolle. 2. Die vorliegende Versuchsreihe belegt und erweitert die wegweisenden Ergebnisse von Huestegge und Kreutzfeldt (2012) in Bezug auf den bedeutenden Einfluss von Handlungseffekten in der okulomotorischen Handlungskontrolle. Ich konnte zeigen, dass sich die Ergebnisse von Huestegge und Kreutzfeldt (2012) über verschiedene Kontexte mit unterschiedlichem Stimulus-Material replizieren lassen unter der Bedingung, dass die wahrgenommenen Handlungseffekte ausreichend stark ausgeprägt waren. 3. Zudem konnte ich zeigen, dass sich Mechanismen der Blickkontrolle in einem sozialen Blickinteraktionskontext vermutlich nicht qualitativ von denen in einem nicht-sozialen Kontext unterscheiden.
Zusammenfassend unterstützen die Ergebnisse die jüngsten theoretischen Überlegungen, die die Rolle von antizipativen Prozessen in der Handlungssteuerung in sozialen Interaktionskontexten betonen. Darüber hinaus legen meine Ergebnisse nahe, dass antizipationsbasierte Blickkontrolle im sozialen Kontext auf den gleichen allgemeinen psychologischen Mechanismen wie ideomotorische Blickkontrolle basiert und somit als integraler Bestandteil, und nicht als eine spezielle Form der ideomotorischen Blickkontrolle, betrachtet werden sollte.
KW  - Verhaltenskontrolle
KW  - Blickbewegung
KW  - Kognition
KW  - Ideomotorische Blickkontrolle
KW  - Soziomotorische Blickkontrolle
KW  - Blickinteraktion
KW  - Soziale Handlungseffekte
KW  - Effektantizipation
KW  - Ideomotor gaze control
KW  - Sociomotor gaze control
KW  - Gaze interaction
KW  - Social action effects
KW  - Effect anticipation
KW  - Ideomotorik
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-215279
ER  - 
TY  - THES
A1  - Karimi, Sohail Mehmood
T1  - A Comparative Study on Guard Cell Function of the Glycophyte \(Arabidopsis\) \(thaliana\) and the Halophyte \(Thellungiella\) \(salsuginea\) Under Saline Growth Conditions
T1  - Eine vergleichende Studie zur Schließzellfunktion des Glycophyten \(Arabidopsis\) \(thaliana\) und des Halophyten \(Thellungiella\) \(salsuginea\) unter salinen Wachstumsbedingungen
N2  - The greatest problems faced during the 21st century is climate change which is a big threat to food security due to increasing number of people. The increase in extreme weather events, such as drought and heat, makes it difficult to cultivate conventional crops that are not stress tolerant. As a result, increasing irrigation of arable land leads to additional salinization of soils with plant-toxic sodium and chloride ions. Knowledge about the adaptation strategies of salt-tolerant plants to salt stress as well as detailed knowledge about the control of transpiration water loss of these plants are therefore important to guarantee productive agriculture in the future. In the present study, I have characterized salt sensitive and salt tolerant plant species at physiological, phenotypic and transcriptomic level under short (1x salt) and long-time (3x) saline growth conditions. Two approaches used for long-time saline growth conditions (i.e increasing saline conditions (3x salt) and constant high saline conditions (3x 200 mM salt) were successfully developed in the natural plant growth medium i.e soil. Salt sensitive plants, A. thaliana, were able to survive and successfully set seeds at the toxic concentrations on the increasing saline growth mediums, with minor changes in the phenotype. However, under constant high saline conditions they could not survive. This was due to keeping low potassium, and high salt ions (sodium and chloride) in the photosynthetic tissue i.e leaf. Similarly, high potassium and low salt ions in salt tolerant T. salsuginea on both saline environments were the key for survival of this plant species. Being salt tolerant, T. salsuginea always kept high potassium levels and low sodium (during 1x) and chloride levels (during both 1x and 3x) in the leaf tissue.
A strict control over transpirational water loss via stomata (formed by pair of guard cells) is important to maintain plant water balance. Aperture size of the stomata is regulated by the turgidity of the guard cells. More turgid the guard cells, bigger the apertures are and hence more transpiration. Under osmotic stress, the water loss is reduced which was evident in the salt sensitive A. thaliana plants under both short and long-time saline growth conditions. As the osmotic stress was only increased during long time saline growth conditions in T. salsuginea therefore, water loss was also decreased only under these saline conditions. Environmental CO2 assimilation also takes place via stomata in plants which then is used for photosynthesis. Stomatal apertures also influence CO2 assimilation. As the light absorbing photosynthetic pigments were more affected in A. thaliana, therefore photosynthetic activity of the whole plant was also reduced. Similarly, both short and long-time saline growth conditions also reduced the effective quantum yield of A. thaliana guard cells. Growth of the plant is dependent on energy which comes from photosynthesis. Reduced environmental CO2 assimilation would affect photosynthesis and hence growth, which was clearly observed in A. thaliana guard cells under long-time saline growth conditions. 
Major differences in both guard cells types were observed in their chloride and potassium levels. Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDXA) suggested strict control of chloride accumulation in T. salsuginea guard cells as the levels remain unchanged under all conditions. Similarly, use of sodium in place of potassium for osmotic adjustments seems to be dependent on Na+/K+ rations in both guard cell types. Increased salt ions and reduced potassium levels in A. thaliana guard cells posed negative effect on photochemistry which in turn increased ROS metabolism and reduced energy related pathways at transcriptomic level in this plant species. Moreover, photosynthesis was strongly affected in A. thaliana guard cells both at transcriptomic and physiological levels. Similarly, global phytohormones induced changes were more evident in A. thaliana guard cells especially on 3x salt medium. Among all phytohormones, genes under the control of auxin were more differentially expressed in A. thaliana guard cells which suggests wide changes in growth and development in this plant species under salinity.
Phytohormone, ABA is vital for closing the stomata under abiotic stress conditions. Increased levels of ABA during saline conditions led to efflux of potassium and counter anions (chloride, malate, nitrate) from the guard cells which caused the outward flow of water and hence reduction in turgor pressure. Reduced turgor pressure led to reduced water loss and CO2 assimilation especially in A. thaliana. Guard cells of both plant species synthesized ABA during saline conditions which was reflected from transcriptomic data and ABA quantification in the guard cells. ABA induced signaling in both plant species varied at the ABA receptor (PYL/PYR) levels where totally contrasting responses were observed. PYL2, PYL8 and PYL9 were specific to A. thaliana, furthermore, PYL2 was found to be differentially expressed only under 3x salt growth conditions thus suggesting its role during long term salt stress in this plant species. Protein phosphatases, which negatively regulate ABA signaling on one hand and act as ABA sensor on the other hand were found to be more differentially expressed in A. thaliana than T. salsuginea guard cells, which suggests their diverse role in both plant species under saline conditions. Differential expression of more ABA signaling players in long time saline conditions was prominent which could be because of darkness, as it is well known that rapid closure of stomata under dark conditions require ABA signaling. Moreover, representation of these components in dark also suggests that plants become more sensitive to dark under saline conditions which is also evident from the transpiration rates. 
Altogether, increased salt ions in A. thaliana guard cells and leaves led to pigment degradation and ABA induced reduction in transpiration which in turn influenced its growth. In contrast, T. salsuginea is the salt excluder and therefore keeps low levels of salt ions especially the chloride both in leaves and guard cells which mildly affects its growth. Guard cells of A. thaliana encounter severe energy problems at physiological and transcriptomic level. Main differences in the ABA signalling between both plant species were observed at the ABA receptor level.
N2  - Das größte Problem des 21. Jahrhunderts ist der Klimawandel, der aufgrund der wachsenden Zahl von Menschen eine große Bedrohung für die Ernährungssicherheit darstellt. Die Zunahme extremer Wetterereignisse wie Dürre und Hitze erschwert den Anbau konventioneller, nicht stressresistenter Pflanzen. Eine zunehmende Bewässerung von Ackerland führt daher zu einer zusätzlichen Versalzung der Böden mit pflanzentoxischen Natrium- und Chloridionen. Kenntnisse über die Anpassungsstrategien salztoleranter Pflanzen an Salzstress sowie detaillierte Kenntnisse über die Kontrolle des Wasserverlusts durch Transpiration dieser Pflanzen sind daher wichtig, um eine produktive Landwirtschaft auch in Zukunft zu gewährleisten. In der vorliegenden Studie habe ich salzempfindliche und salztolerante Pflanzenarten auf physiologischer, phänotypischer und transkriptioneller Ebene unter kurzen (1x Salz) und langen (3x) Salzwachstumsbedingungen charakterisiert. In dem natürlichen Pflanzenwachstumsmedium, dh. dem Boden, wurden zwei Ansätze erfolgreich entwickelt, die für lang anhaltende Salzwachstumsbedingungen (dh zunehmende Salzbedingungen (3x Salz) und konstant hohe Salzbedingungen (3x 200 mM Salz) verwendet wurden. Die Pflanzen waren in der Lage, Samen bei den toxischen Konzentrationen auf den ansteigenden Salzwachstumsmedien zu überleben und erfolgreich zu setzen, wobei geringfügige Änderungen des Phänotyps auftraten. Unter konstant hohen Salzbedingungen konnten sie jedoch nicht überleben. Dies lag daran, dass wenig Kalium und hohe Salzionen vorhanden waren (Natrium und Chlorid) im photosynthetischen Gewebe, dh im Blatt. Ebenso stellten hohe Kalium- und niedrige Salzionen in salztoleranten T. salsuginea in beiden salzhaltigen Umgebungen den Schlüssel zum Überleben dieser Pflanzenart dar. Da T. salsuginea salztolerant war, blieb der Kaliumspiegel stets hoch und der Natrium- (während 1x) und Chloridspiegel (während 1x und 3x) im Blattgewebe niedrig.
	Eine strikte Kontrolle des transpirationelen Wasserverlusts über Stomata (gebildet von zwei Schließzellen) ist wichtig, um den Wasserhaushalt der Pflanzen aufrechtzuerhalten. Die Öffnungsgröße der Stomata wird durch den Turgor der Schutzzellen reguliert. Je praller die Schließzellen, desto größer die Öffnungen und damit die Transpiration. Unter osmotischem Stress wird der Wasserverlust verringert, was bei den salzempfindlichen A. thaliana-Pflanzen sowohl unter kurz- als auch langfristigen Salzwachstumsbedingungen offensichtlich war. Da der osmotische Stress in T. salsuginea nur über einen langen Zeitraum unter Salzwachstumsbedingungen anstieg, verringerte sich auch der Wasserverlust nur unter diesen Salzbedingungen. Die Aufnahme von CO2 in die Umwelt erfolgt auch über die Stomata und wird dann für die Photosynthese verwendet. Stomata beeinflussen daher auch die CO2-Assimilation. Da die lichtabsorbierenden photosynthetischen Pigmente in A. thaliana stärker betroffen waren, war auch die photosynthetische Aktivität der gesamten Pflanze verringert. In ähnlicher Weise verringerten sowohl kurz- als auch langzeitige Salzwachstumsbedingungen auch die effektive Quantenausbeute von A. thaliana-Schließzellen. Das Wachstum der Pflanze hängt von der Energie ab, die aus der Photosynthese stammt. Eine verringerte CO2-Assimilation aus der Umwelt würde die Photosynthese und damit das Wachstum beeinträchtigen, was bei A. thaliana-Schließzellenn unter lang andauerenden Salzwachstumsbedingungen deutlich zu beobachten war.
	Wesentliche Unterschiede bei beiden Schließzelltypen wurden in ihren Chlorid- und Kaliumspiegeln beobachtet. Die energiedispersive Röntgenanalyse (EDXA) ergab eine strikte Kontrolle der Chloridakkumulation in T. salsuginea Schließzellen, da die Chloridkonzentrationen unter allen Bedingungen unverändert bleiben. In ähnlicher Weise scheint die Verwendung von Natrium anstelle von Kalium für osmotische Anpassungen von Na + / K + -Verhältnissen in beiden Schließzelltypen abhängig zu sein. Erhöhte Salzionen und verringerte Kaliumspiegel in A. thaliana-Schließzellen wirkten sich negativ auf die Photochemie aus, was wiederum den ROS-Metabolismus erhöhte und die energiebezogenen Wege auf transkriptomischem Niveau bei dieser Pflanzenart verringerte. Darüber hinaus war die Photosynthese in A. thaliana-Schließzellen sowohl auf transkriptioneller als auch auf physiologischer Ebene stark beeinträchtigt. In ähnlicher Weise waren globale Phytohormon-induzierte Veränderungen in A. thaliana-Schließzellen, insbesondere auf 3 × Salzmedium, deutlicher. Unter allen Phytohormonen wurden Gene unter der Kontrolle von Auxin in A. thaliana-Schließzellen differenzierter exprimiert, was auf weitreichende Veränderungen im Wachstum und in der Entwicklung dieser Pflanzenart unter Salzgehalt hindeutet.
	Das Phytohormon ABA ist für das Schließen der Stomata unter abiotischen Stressbedingungen von entscheidender Bedeutung. Erhöhte ABA-Spiegel unter Salzbedingungen führten zum Austritt von Kalium und Gegenanionen (Chlorid, Malat, Nitrat) aus den Schließzellen, was den Wasserfluss nach außen und damit eine Verringerung des Turgordrucks bewirkte. Reduzierter Turgordruck führte insbesondere bei A. thaliana zu einem geringeren Wasserverlust und einer geringeren CO2-Aufnahme. Die Schließzellen beider Pflanzenarten synthetisierten ABA unter Salzbedingungen, was sich aus den Transkriptomdaten und der ABA-Quantifizierung in den Schließzellen widerspiegelte. Die ABA-induzierte Signalübertragung in beiden Pflanzenarten variierte bei den ABA-Rezeptor- (PYL / PYR-) Spiegeln, bei denen völlig unterschiedliche Reaktionen beobachtet wurden. PYL2, PYL8 und PYL9 waren spezifisch für A. thaliana. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass PYL2 nur unter dreifachen Salzwachstumsbedingungen unterschiedlich exprimiert wird, was auf seine Rolle bei langfristigem Salzstress bei dieser Pflanzenart hindeutet. Es wurde gefunden, dass Proteinphosphatasen, die einerseits die ABA-Signalübertragung negativ regulieren und andererseits als ABA-Sensor wirken, in A. thaliana differenzierter exprimiert werden als in T. salsuginea-Schließzellen, was auf ihre vielfältige Rolle in beiden Pflanzenarten unter Salzbedingungen hindeutet. Eine differenzierte Expression von mehr ABA-Signalgebern unter Bedingungen mit langer Salzwasserbewässerung war auffällig, was auf Dunkelheit zurückzuführen sein könnte, da bekanntlich ein schnelles Schließen der Stomata unter dunklen Bedingungen eine ABA-Signalgebung erfordert. Darüber hinaus deutet die Darstellung dieser Komponenten im Dunkeln auch darauf hin, dass Pflanzen unter salzhaltigen Bedingungen empfindlicher gegenüber Dunkelheit werden, was auch aus den Transpirationsraten hervorgeht.
	Insgesamt führten erhöhte Salzionen in A. thaliana-Schließzzellen und Blättern zu einem Pigmentabbau und einer durch ABA verursachten Reduktion der Transpiration, was deren Wachstum beeinflusste. Im Gegensatz dazu ist T. salsuginea in der Lage Salz auszuschließen und hält daher geringe Mengen an Salzionen, insbesondere das Chlorid sowohl in Blättern als auch in Schließzellen, dass sein Wachstum geringfügig beeinflusst. Schließzellen von A. thaliana stoßen auf physiologischer und transkriptomischer Ebene auf schwerwiegende Energieprobleme. Hauptunterschiede in der ABA-Signalgebung zwischen beiden Pflanzenarten wurden auf der ABA-Rezeptorebene beobachtet.
KW  - Glycophyten
KW  - Halophyten
KW  - salinen Wachstumsbedingungen
KW  - Schließzellfunktion
KW  - Transkriptomik anlyze
KW  - Halophytes
KW  - glycophytes
KW  - salt stress
KW  - guard cells
KW  - transcriptomic analysis
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-190942
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kehrberger, Sandra
T1  - Effects of climate warming on the timing of flowering and emergence in a tritrophic relationship: plants - bees - parasitoids
T1  - Auswirkungen der Klimaerwärmung auf die zeitliche Regulierung der Blüte und des Schlupfes in einer tritrophischen Beziehung: Pflanzen - Bienen - Parasitoide
N2  - The right timing of phenological events is crucial for species fitness. Species should be highly synchronized with mutualists, but desynchronized with antagonists. With climate warming phenological events advance in many species. However, often species do not respond uniformly to warming temperatures. Species-specific responses to climate warming can lead to asynchrony or even temporal mismatch of interacting species. A temporal mismatch between mutualists, which benefit from each other, can have negative consequences for both interaction partners. For host-parasitoid interactions temporal asynchrony can benefit the host species, if it can temporally escape its parasitoid, with negative consequences for the parasitoid species, but benefit the parasitoid species if it increases synchrony with its host, which can negatively affect the host species. Knowledge about the drivers of phenology and the species-specific responses to these drivers are important to predict future effects of climate change on trophic interactions. In this dissertation I investigated how different drivers act on early flowering phenology and how climate warming affects the tritrophic relationship of two spring bees (Osmia cornuta & Osmia bicornis), an early spring plant (Pulsatilla vulgaris), which is one of the major food plants of the spring bees, and three main parasitoids of the spring bees (Cacoxenus indagator, Anthrax anthrax, Monodontomerus). 
In Chapter II I present a study in which I investigated how different drivers and their change over the season affect the reproductive success of an early spring plant. For that I recorded on eight calcareous grasslands around Würzburg, Germany the intra-seasonal changes in pollinator availability, number of co-flowering plants and weather conditions and studied how they affect flower visitation rates, floral longevity and seed set of the early spring plant P. vulgaris. I show that bee abundances and the number of hours, which allowed pollinator foraging, were low at the beginning of the season, but increased over time. However, flower visitation rates and estimated total number of bee visits were higher on early flowers of P. vulgaris than later flowers. Flower visitation rates were also positively related to seed set. Over time and with increasing competition for pollinators by increasing numbers of co-flowering plants flower visitation rates decreased. My data shows that a major driver for early flowering dates seems to be low interspecific competition for pollinators, but not low pollinator abundances and unfavourable weather conditions. 
Chapter III presents a study in which I investigated the effects of temperature on solitary bee emergence and on the flowering of their food plant and of co-flowering plants in the field. Therefore I placed bee cocoons of two spring bees (O. cornuta & O. bicornis) on eleven calcareous grasslands which differed in mean site temperature. On seven of these grasslands the early spring plant P. vulgaris occurred. I show that warmer temperatures advanced mean emergence in O. cornuta males. However, O. bicornis males and females of both species did not shift their emergence. Compared to the bees P. vulgaris advanced its flowering phenology more strongly with warmer temperatures. Co-flowering plants did not shift flowering onset. I suggest that with climate warming the first flowers of P. vulgaris face an increased risk of pollinator limitation whereas for bees a shift in floral resources may occur.
In Chapter IV I present a study in which I investigated the effects of climate warming on host-parasitoid relationships. I studied how temperature and photoperiod affect emergence phenology in two spring bees (O. cornuta & O. bicornis) and three of their main parasitoids (C. indagator, A. anthrax, Monodontomerus). In a climate chamber experiment with a crossed design I exposed cocoons within nest cavities and cocoons outside of nest cavities to two different temperature regimes (long-term mean of Würzburg, Germany and long-term mean of Würzburg + 4 °C) and three photoperiods (Würzburg vs. Snåsa, Norway vs. constant darkness) and recorded the time of bee and parasitoid emergence. I show that warmer temperatures advanced emergence in all studied species, but bees advanced less strongly than parasitoids. Consequently, the time period between female bee emergence and parasitoid emergence decreased in the warm temperature treatment compared to the cold one. Photoperiod influenced the time of emergence only in cocoons outside of nest cavities (except O. bicornis male emergence). The data also shows that the effect of photoperiod compared to the effect of temperature on emergence phenology was much weaker. I suggest that with climate warming the synchrony of emergence phenologies of bees and their parasitoids will amplify. Therefore, parasitism rates in solitary bees might increase which can negatively affect reproductive success and population size. 
In this dissertation I show that for early flowering spring plants low interspecific competition for pollinators with co-flowering plants is a major driver of flowering phenology, whereas other drivers, like low pollinator abundances and unfavourable weather conditions are only of minor importance. With climate warming the strength of different drivers, which act on the timing of phenological events, can change, like temperature. I show that warmer temperatures advance early spring plant flowering more strongly than bee emergence and flowering phenology of later co-flowering plants. Furthermore, I show that warmer temperatures advance parasitoid emergence more strongly than bee emergence. Whereas temperature changes can lead to non-uniform temporal shifts, I demonstrate that geographic range shifts and with that altered photoperiods will not change emergence phenology in bees and their parasitoids. In the tritrophic system I investigated in this dissertation climate warming may negatively affect the reproductive success of the early spring plant and the spring bees but not of the parasitoids, which may even benefit from warming temperatures.
N2  - Der richtige Zeitpunkt von phänologischen Ereignissen ist maßgeblich für das Überleben und die Fortpflanzung einer Art. Arten sollten eine möglichst hohe Synchronisation mit Mutualisten aufweisen, aber eine möglichst geringe mit Antagonisten. Die Klimaerwärmung führt dazu, dass sich bei vielen Arten phänologische Ereignisse verfrühen. Allerdings reagieren Arten unterschiedlich auf wärmere Temperaturen. Artspezifische Reaktionen auf die Klimaerwärmung können zu Asynchronität oder sogar zu zeitlicher Diskrepanz bei interagierenden Arten führen. Eine zeitliche Diskrepanz zwischen Mutualisten, die voneinander profitieren, kann sich negativ auf beide Interaktionspartner auswirken. Bei Wirt-Parasitoid Beziehungen kann der Wirt von einer zeitlichen Diskrepanz profitieren, wenn er seinem Parasitoid zeitlich entfliehen kann, was wiederum negative Folgen für den Parasitoid haben kann. Jedoch kann der Parasitoid profitieren, wenn er die Synchronisation mit seinem Wirt erhöhen kann, was wiederum den Wirt negativ beeinflussen kann. Das Wissen über die Treiber von phänologischen Ereignissen und die artspezifischen Reaktionen auf diese Treiber sind von Bedeutung um die Auswirkungen des Klimawandels auf trophische Beziehungen vorherzusagen. In meiner Doktorarbeit habe ich untersucht, wie verschiedene Treiber mit einer frühen Blüte zusammenhängen und wie der Klimawandel die tritrophische Beziehung von zwei Frühlingsbienen (Osmia cornuta & Osmia bicornis), einer Frühlingspflanzenart (Pulsatilla vulgaris), die eine der wichtigen Futterpflanzen der Bienen ist, und der drei Hauptparasitoiden der Frühlingsbienen (Cacoxenus indagator, Anthrax anthrax, Monodontomerus) beeinflusst.
In Kapitel II präsentiere ich eine Studie, in der ich den Einfluss verschiedener Treiber und ihre saisonale Veränderung auf den Fortpflanzungserfolg einer Frühlingspflanzenart untersucht habe. Dazu habe ich auf acht Kalkmagerrasen bei Würzburg (Deutschland) die innersaisonalen Veränderungen der Bestäuberverfügbarkeit, der Anzahl an gleichzeitig blühenden Pflanzenarten und die Wetterbedingungen aufgezeichnet. Des Weiteren habe ich erforscht wie diese Faktoren die Blütenbesuchsrate, die Blütenlanglebigkeit und den Samenansatz der Frühlingspflanze P. vulgaris beeinflussen. Ich konnte zeigen, dass die Anzahl an Bienen und die Anzahl an Stunden, die ein Furagieren von Bestäubern ermöglicht hätten, am Anfang der Saison niedrig waren und mit der Zeit zunahmen. Jedoch war die Blütenbesuchsrate und die geschätzte Anzahl an Bienenbesuchen höher bei frühen als bei späten P. vulgaris Blüten. Die Blütenbesuchsrate wirkte sich auch positiv auf den Samenansatz aus. Die Blütenbesuchsrate nahm mit der Zeit und mit zunehmender Konkurrenz um Bestäuber durch eine zunehmende Anzahl an gleichzeitig blühenden Pflanzenarten ab. Meine Daten zeigen, dass ein Hauptreiber von frühen Blühzeitpunkten die geringe zwischenartliche Konkurrenz um Bestäuber ist, aber nicht die niedrige Bestäuberanzahl und ungünstige Wetterbedingungen. 
Kapitel III präsentiert eine Studie, in welcher ich die Auswirkungen der Temperatur auf den Schlupf von Solitärbienen und die Blüte ihrer Futterpflanzen und gleichzeitig blühenden Pflanzen im Freiland untersucht habe. Dafür habe ich Bienenkokons von zwei Frühlingsbienen (O. cornuta & O. bicornis) auf elf Kalkmagerrasen, die sich in der mittleren Flächentemperatur unterschieden, platziert. Auf sieben dieser Kalkmagerrasen kam die Frühlingspflanzenart P. vulgaris vor. Ich konnte zeigen, dass wärmere Temperaturen den mittleren Schlupf von O. cornuta Männchen verfrühen. Die Männchen von O. bicornis und die Weibchen beider Arten haben ihren Schlupfzeitpunkt jedoch nicht verschoben. Im Vergleich zu den Bienen verfrühte P. vulgaris seine Blühphänologie bei warmen Temperaturen stärker. Die gleichzeitig blühenden Pflanzenarten verschoben ihren Blühbeginn nicht. Die Daten zeigen, dass wärmere Temperaturen den Bienenschlupf weniger stark verfrühen als die Blüte ihrer Futterpflanze. Das lässt darauf schließen, dass mit dem Klimawandel die ersten Blüten von P. vulgaris ein erhöhtes Risiko haben nicht bestäubt zu werden, während die Bienen möglicherweise auf andere Blühressourcen ausweichen müssen. 
Kapitel IV beschreibt eine Studie, in welcher ich die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf Wirt-Parasitoid Beziehungen untersucht habe. Dabei habe ich die Auswirkungen von Temperatur und Photoperiode auf die Schlupfphänologie zweier Frühlingsbienen (O. cornuta & O. bicornis) und drei ihrer Hauptparasitoide (C. indagator, A. anthrax, Monodontomerus) erforscht. In einem Klimakammerexperiment mit gekreuztem Design habe ich Kokons in Nesthöhlen und Kokons außerhalb von Nesthöhlen, zwei verschiedenen Temperaturregimen (Langzeitmittel von Würzburg, Deutschland und Langzeitmittel von Würzburg + 4 °C) und drei Photoperioden (Würzburg, Deutschland contra Snåsa, Norwegen contra Dauerdunkel) ausgesetzt und die Zeitpunkte des Bienen- und Parasitoidenschlupfes aufgezeichnet. Ich konnte zeigen, dass warme Temperaturen in allen untersuchten Arten den Schlupfzeitpunkt verfrühten, jedoch bei den Bienen weniger stark als bei den Parasitoiden. Eine Folge daraus ist, dass sich die Zeitspanne zwischen dem Schlupf der Bienenweibchen und dem Schlupf der Parasitoide im warmen Temperaturregime im Vergleich zum kalten verkürzte. Die Photoperiode hatte auf den Zeitpunkt des Schlupfes nur in Kokons außerhalb von Nisthöhlen einen Effekt (außer beim Schlupf von O. bicornis Männchen). Die Daten zeigen auch, dass der Effekt der Photoperiode auf die Schlupfphänologie im Vergleich zu dem Effekt der Temperatur viel schwächer war. Daraus schließe ich, dass sich im Zuge der Klimaerwärmung die Synchronisation der Schlupfphänologien von Bienen und ihren Parasitoiden verstärken wird. Eine Folge davon könnten erhöhte Parasitierungsraten bei Solitärbienen sein, welche den Reproduktionserfolg und die Populationsgröße negativ beeinflussen können.
In dieser Doktorarbeit habe ich gezeigt, dass einer der Haupttreiber einer frühen Blüte bei Frühlingspflanzen geringe zwischenartliche Konkurrenz um Bestäuber mit später gleichzeitig blühenden Pflanzenarten ist, während andere Treiber, wie geringe Bestäuberabundanzen und ungünstige Wetterbedingungen nur von geringer Bedeutung sind. Im Zuge des Klimawandels könnte sich die Stärke verschiedener Treiber, die den Zeitpunkt von phänologischen Ereignissen beeinflussen, verändern. Ich konnte außerdem zeigen, dass wärmere Temperaturen die Blüte von frühen Frühlingspflanzen stärker verfrühen, als den Schlupf von Bienen und die Blüte von später gleichzeitig blühenden Pflanzenarten. Des Weiteren zeigte ich, dass wärmere Temperaturen den Schlupf von Parasitoiden stärker verfrühen als den Schlupf der Bienen. Ich konnte zeigen, dass während Temperaturveränderungen zu verschieden starken zeitlichen Verschiebungen führen können, Verschiebungen von geografischen Verbreitungsgebieten und damit geänderten Photoperioden die Schlupfphänologie von Bienen und ihren Parasitoiden wahrscheinlich nicht ändern werden. In dem tritrophischen System, das ich in dieser Doktorarbeit untersucht habe, könnte die Erwärmung des Klimas den Fortpflanzungserfolg der frühen Frühlingspflanze und der Frühlingsbienen negativ beeinflussen, aber wahrscheinlich nicht die der Parasitoide, die vielleicht sogar davon profitieren können.
KW  - Biene <Gattung>
KW  - Klimaänderung
KW  - Interaktion
KW  - Parasitoid
KW  - Pflanzen
KW  - Klimaerwärmung
KW  - Mutualismus
KW  - Antagonismus
KW  - Synchronisation
KW  - Phänologie
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213932
ER  - 
TY  - THES
A1  - Anton, Selma
T1  - Characterization of cAMP nanodomains surrounding the human Glucagon-like peptide 1 receptor using FRET-based reporters
T1  - Charakterisierung der Rezeptor-assoziierten cAMP Nanodomänen des humanen Glucagon-like peptide 1 Rezeptors mittels FRET-basierter Sensoren
N2  - Cyclic adenosine monophosphate (cAMP), the ubiquitous second messenger produced upon stimulation of GPCRs which couple to the stimulatory GS protein, orchestrates an array of physiological processes including cardiac function, neuronal plasticity, immune responses, cellular proliferation and apoptosis. By interacting with various effector proteins, among others protein kinase A (PKA) and exchange proteins directly activated by cAMP (Epac), it triggers signaling cascades for the cellular response. Although the functional outcomes of GSPCR-activation are very diverse depending on the extracellular stimulus, they are all mediated exclusively by this single second messenger. Thus, the question arises how specificity in such responses may be attained. A hypothesis to explain signaling specificity is that cellular signaling architecture, and thus precise operation of cAMP in space and time would appear to be essential to achieve signaling specificity. Compartments with elevated cAMP levels would allow specific signal relay from receptors to effectors within a micro- or nanometer range, setting the molecular basis for signaling specificity. Although the paradigm of signaling compartmentation gains continuous recognition and is thoroughly being investigated, the molecular composition of such compartments and how they are maintained remains to be elucidated. In addition, such compartments would require very restricted diffusion of cAMP, but all direct measurements have indicated that it can diffuse in cells almost freely.
In this work, we present the identification and characterize of a cAMP signaling compartment at a GSPCR. We created a Förster resonance energy transfer (FRET)-based receptor-sensor conjugate, allowing us to study cAMP dynamics in direct vicinity of the human glucagone-like peptide 1 receptor (hGLP1R). Additional targeting of analogous sensors to the plasma membrane and the cytosol enables assessment of cAMP dynamics in different subcellular regions. We compare both basal and stimulated cAMP levels and study cAMP crosstalk of different receptors. With the design of novel receptor nanorulers up to 60nm in length, which allow mapping cAMP levels in nanometer distance from the hGLP1R, we identify a cAMP nanodomain surrounding it. Further, we show that phosphodiesterases (PDEs), the only enzymes known to degrade cAMP, are decisive in constraining cAMP diffusion into the cytosol thereby maintaining a cAMP gradient. Following the discovery of this nanodomain, we sought to investigate whether downstream effectors such as PKA are present and active within the domain, additionally studying the role of A-kinase anchoring proteins (AKAPs) in targeting PKA to the receptor compartment. We demonstrate that GLP1-produced cAMP signals translate into local nanodomain-restricted PKA phosphorylation and determine that AKAP-tethering is essential for nanodomain PKA.
Taken together, our results provide evidence for the existence of a dynamic, receptor associated cAMP nanodomain and give prospect for which key proteins are likely to be involved in its formation. These conditions would allow cAMP to exert its function in a spatially and temporally restricted manner, setting the basis for a cell to achieve signaling specificity. Understanding the molecular mechanism of cAMP signaling would allow modulation and thus regulation of GPCR signaling, taking advantage of it for pharmacological treatment.
N2  - G Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) stellen eine große und sehr vielfältige Familie an Membranproteinen dar, deren primäre Funktion die Signalübertragung von extrazellulären Stimuli in intrazelluläre Signale ist. Dank ihrer breiten Expression im gesamten menschlichen Körper regulieren sie unterschiedliche zelluläre Prozesse und damit deren physiologische Funktion, unter anderem die Sinnesempfindung, zelluläre Kommunikation und Neurotransmission. GPCRs stehen im Zusammenhang mit unterschiedlichen Erkrankungen wie Herzinsuffizienz, Krebs, neurologischen Funktionsstörungen und diverser metabolischer Krankheiten, weswegen sie als Ziele („Targets“) zur Behandlung verschiedener Erkrankungen erforscht und genutzt werden. Aufgrund ihrer Expression auf der Zelloberfläche sind sie leicht zugänglich, und die Diversität ihrer Liganden begünstigt zusätzlich ihre Nutzung als pharmakologische Targets. Heutzutage vermitteln bereits 30% aller weltweit zugelassenen Arzneistoffe ihre Wirkung an GPCRs.
GPCRs üben ihre Funktion aus, indem sie hauptsächlich an G Proteine binden, welche wiederum die Produktion sogenannter second messenger in Gang setzen. cAMP ist das Hauptsignalmolekül der Rezeptoren, welche an das stimulatorische GS Protein koppeln. cAMP überträgt hunderte ankommende Signale in einer hochspezifischen Weise, indem es an unterschiedliche Effektorproteine bindet, welche sich in bestimmten zellulären Regionen befinden. Dadurch koordiniert dieses Signalmolekül eine Vielzahl zellulärer Prozesse, angefangen bei der Regulierung von Ionenkanalaktivität über die Kontraktilität glatter- und quergestreifter Muskulatur bis hin zur Genexpression, Zellproliferation und Apoptose. Durch die pleiotropen Effekte, welche durch cAMP reguliert werden, stellt sich die Frage, wie GS-gekoppelte Rezeptoren Signalspezifität erreichen, obwohl sie ihre Funktion durch dieses eine Signalmolekül ausführen.
Ursprünglich ging man von einer uneingeschränkten Diffusion und dadurch homogenen Verteilung von cAMP in der Zelle aus. Diese Vorstellung ist jedoch nicht mit der Signalisierungsspezifität von GPCRs vereinbar, da unter diesen Umständen cAMP unselektiv all seine Effektorproteine in der gesamten Zelle aktivieren könnte. Daher entstand die Hypothese der cAMP-Kompartimentierung, wobei die Zelle lokal begrenzte Bereiche mit hohen oder niedrigen cAMP Konzentrationen umfassen würde. Jedoch gab es bisher keinerlei Beweise für die Existenz und die molekulare Zusammensetzung mutmaßlicher Domänen. Folglich setzten wir uns als Ziel, hochkonzentrierte cAMP-Kompartimente in der Zelle zu lokalisieren, ihre räumliche Dimension aufzuklären und ihre Rolle zur Realisierung zellulärer Signalisierungsspezifität zu ermitteln. Im Rahmen der vorliegenden Studie setzten wir einen Förster resonance energy transfer (FRET)-basierten cAMP Sensor ein, fusionierten ihn mit dem humanen glucagone-like peptide 1 Rezeptor (hGLP1R) als Prototyp eines GS-koppelnden Rezeptors, um cAMP am Ursprung des Signals zu messen. Mittels dieser Sensoren weisen wir eine Rezeptor-umgebende begrenzte cAMP Domäne nach, welche eine erhöhte cAMP Konzenztration aufweist (Figure ‎3.10). Bei Stimulation des Rezeptors mit GLP1 Konzenztrationen beginnend bei 10 fM entsteht eine Rezeptordomäne mit lokal erhöhten cAMP Konzentrationen, welche getrennt von Plasmamembran und Cytosol ist. Wir zeigen, dass das hGLP1R-Kompartiment geschützt ist vor cAMP Signalen, welche an weiteren, unabhängigen GS-gekoppelten Rezeptoren ihren Ursprung haben (Figure ‎3.11). Um die räumliche Dimension dieser Domäne zu untersuchen, verwendeten wir Nanolinker der Länge 30- und 60 nm als Abstandhalter zwischen Rezeptor und Sensor (Figure ‎3.12) und zeigen dabei, dass sich die Domäne über eine Länge von 60 Nanometern erstreckt, wobei ein abnehmender cAMP-Gradient erkennbar ist. Weiterhin beweisen wir, dass Phosphodiesterasen (PDEs) Schlüsselfaktoren für die Bildung des cAMP-Gradienten um den Rezeptor herum sind, indem sie die Diffusion ins Cytosol beschränken (Figure ‎3.13). Darüber hinaus zeigen wir (Figure ‎3.15), dass Rezeptor-spezifische cAMP Signale PKA-Phosphorylierung in der Rezeptordomäne auslösen und, dass AKAPs elementar für nanodomänen PKA-Aktivität sind, wohingegen die cytosolische PKA-Phosphorylierung unabhängig von AKAP-Targeting der PKA ist (Figure ‎3.16). 
Zusammenfassend beweisen unsere Ergebnisse die Existenz einer Rezeptor-umgebenden Nanodomäne mit erhöhten cAMP Spiegeln eines GS-gekoppelten Rezeptors. Zeitgleiche Studien in unserer Gruppe zeigen, dass cAMP in der Zelle weitgehend gebunden vorliegt und diffusionslimitiert ist. Dies stellt den Nachweis für eine eingeschränkte Diffusion als molekulare Voraussetzung für die Bildung von Signalkompartimenten dar. Wir gehen davon aus, dass unsere Ergebnisse ein Ausgangspunkt für die Aufklärung von Rezeptoren als Quelle für Signalkompartimente darstellen, jedoch bedarf es weiterer Studien, um die präzise molekulare Zusammensetzung und die beteiligten Proteine dieser Signaldomäne zu untersuchen. Das Grundverständnis der Signalisierungskaskaden auf molekularer Ebene könnte es uns ermöglichen, die zellulären Reaktionen zu manipulieren, um eine Fehlfunktion der Signalisierung in erkrankten Zellen wiederherzustellen. Da der hGLP1R entscheidend für Aufrechterhaltung ausgeglichener Blutglucosespiegel ist, würde die Erfassung der molekularen Details der kompartimentalisierten Signalübertragung die Feinabstimmung der Rezeptorsignale ermöglichen, um ihn als spezifisches Target zur Behandlung von Diabetes Mellitus einzusetzen.
KW  - FRET
KW  - cAMP
KW  - compartments
KW  - GPCR
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-190695
ER  - 
TY  - THES
A1  - Busch, Albert Franz Jakob
T1  - Modification of angiogenesis to abrogate abdominal aortic aneurysm growth
T1  - Modifikation von Angiogenese um das Wachstum abdominaler Aortenaneurysmen zu beeinflussen
N2  - Introduction: Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a pathological saccular enlargement most often of the infrarenal aorta. Eventual rupture is fatal, making preemptive surgical therapy upon a diameter threshold of >50mm the treatment of choice. The pathophysiology, especially the initial trigger aortic remodeling is still largely unknown. However, some characteristic features involved in aneurysm growth have been established, such as medial angiogenesis, low-grade inflammation, vascular smooth muscle cell (VSMC) phenotype switch, extracellular remodeling, altered hemodynamics and an eventual humoral immune answer. Currently, no medical treatment options are available. RNA therapeutics and drug repurposing offer new possibilities to overcome this shortage. Using such to target angiogenesis in the aneurysm wall and investigate their potential mechanisms is the aim of this thesis. Material and Methods: We test our hypothesis by targeting the long non-coding RNA H19 and re-use the anti-cancer drug Lenvatinib in two murine inducible AAA models and one preclinical large animal model in the LDLR-/- pig. Furthermore, a H19-/- mouse is included to verify the results. AAA and control samples from a human biobank along with a primary human cell culture are used to verify results ex vivo by qPCR, WesternBlot, live cell imaging, histo- and immunohistochemistry along with gene array analysis, RNA knockdown, pull-down- and promotor assays. Results: H19 is significantly upregulated in AAA mice models and its knockdown limited aneurysm growth. It is well known that H19 interacts with several transcription factors. We found that cytoplasmic interaction between H19 and hypoxia-inducible factor 1-alpha (HIF1α) increased apoptosis in cultured SMCs associated with sequential p53 stabilization. In contrast, the knockdown of H19 was associated with markedly decreased apoptotic cell rates. Our data underline that HIF1α was essential in mediating the pro-apoptotic effects of H19. Secondly, Lenvatinib was applied both systemically and locally by endovascular means in mice with an established AAA. The drug significantly halted aneurysm growth and array analysis revealed myosin heavy chain 11 (MYH11) as the most differentially regulated target. This was shown to be up regulated after Lenvatinib treatment of primary AAA smooth muscle cells suggesting a salvage mechanism to obtain a contractile phenotype based on gene expression and immunohistochemistry. The same results were shown upon a local endovascular Lenvatinib-coated balloon angioplasty in the established aneurysmatic lesion of a novel atherosclerotic LDLR-/- Yucatan minipig model. Decreased phosphorylation of extracellular-signal regulated kinases 1-2 (ERK1-2) is the downstream effect of Lenvatinib-specific blockage of the vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR2). Conclusion: Taking into account the heterogeneity of the disease, inhibition of VSMC phenotype switch, extracellular remodeling and angiogenesis seem promising targets in some if not all AAA patients. Together with surveillance and surgical therapy, these new non-invasive treatment strategies would allow for a more personalized approach to treat this disease.
N2  - Einleitung:  Das abdominale Aortenaneurysma (AAA) ist eine Erweiterung der infrarenalen Aorta. Die größte Gefahr ist eine Ruptur, sodass eine präemptive chirurgische Ausschaltung ab 50mm Durchmesser empfohlen wird. Insbesondere die initialen Triggermechanismen zur AAA Entstehung sind weiterhin unklar. Einige charakteristische Eigenschaften des Aneurysmawachstums sind z.B. Angiogenese in der Media, low-grade Entzündung, die vascular smooth muscle cell (VSMC) Phänotyp-Änderung, Remodelling der extrazellulären Matrix, eine veränderte Hämodynamik und eine humorale Immunantwort. Gegenwärtig sind neben den chirurgischen, keine medikamentösen Therapiealternativen vorhanden. RNA-Therapien und drug repurposing könnten dies ändern. Ziel dieser Arbeit ist die Beeinflussung der Angiogenese, um das Wachstum von AAAs zu verändern.
Material und Methoden: Um diese Hypothese zu überprüfen wurden zwei verschiedene Ansätze verfolgt: Inhibition der long non-coding RNA H19 und die Verwendung von Lenvatinib in zwei Mausmodellen mit induzierbarem AAA und einem präklinischen Großtiermodell im LDLR-/- Schwein. Zusätzlich wurden Versuche in einer H19-/- Maus durchgeführt. AAA und Kontrollen aus einer humanen Biobank in Kombination mit der Verwendung einer primären Zellkultur aus AAA Patientenproben, wurden mittels qPCR, WesternBlot, live cell imaging, Histo- und Immunhistochemie sowie Microarray Analysen und RNA knockdown untersucht. 
Ergebnisse: Wir zeigen, dass experimenteller knockdown von H19, mittels antisense Oligonukleotiden (LNA-GapmeRs) in vivo das AAA Wachstum signifikant einschränkt. In vitro reduziert dieser knockdown deutlich die Apoptoserate von menschlichen aortalen VSMCs. Mittels array Analyse wurde hypoxia-inducible factor 1-alpha (HIF1α) als Zielgen identifiziert. Zytoplasmatische Interaktion zwischen H19 und HIF1α führt zu einer Stabilisierung von p53. Dieser Mechanismus konnte auch in H19-/- Mäusen bestätigt werden, die nach AAA Induktion kein Aneurysma entwickelten. 
Zweitens konnte Lenvatinib sowohl bei systemischer, wie auch bei lokaler Applikation in Mäusen mit etabliertem AAA deren Wachstum signifikant einschränken. In einer Microarray Analyse wurde hier myosin heavy chain 11 (MYH11) als am deutlichsten verändertes Gen identifiziert. In primären humanen AAA Zellen war dies nach Lenvatinib Behandlung deutlich hochreguliert und deutet damit einen Erhalt des kontraktilen VSMC Phänotyps an. Der gleiche Effekt konnte im Großtiermodell nach lokaler endovaskulärer Behandlung mit einem Lenvatinib-coated balloon in einem neuen LDLR-/- Yucatan minipig Modell gezeigt werden. Reduzierte Phophorylierung von ERK1-2 ist das Ergebnis der Lenvatinib-spezifischen Blockade von vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR2). 
Schlussfolgerung: Zieht man die Heterogenität der Erkrankung AAA in Betracht, ist die Inhibition von VSMC Phänotyp Änderung, Remodelling der Matrix und Angiogenese möglicherweise ein guter Mechanismus um die Aneurysmen einiger Patienten zu behandeln. Diese neuen Ansätze werden möglicherweise in Kombination mit Überwachung und chirurgischer Therapie einen personalisierten Ansatz in der Therapie erlauben.
KW  - Aortenaneurysma
KW  - drug repurposing
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241356
ER  - 
TY  - THES
A1  - Renner, Rebecca
T1  - Aggregation, Chirality and Reduction of Nonplanar Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
T1  - Aggregation, Chiralität und Reduktion Nichtplanarer Polyzyklischer Aromatischer Kohlenwasserstoffe
N2  - Within this thesis the interactions between novel corannulene derivatives in solution as well as in the solid state by changing the imide residue of a literature known extended corannulene dicarboximide were investigated, in order to obtain a better understanding of the packing and possible charge transport in potential applications. Accordingly, the goal of the work was to synthesize and investigate an electron-poor corannulene bis(dicarboximide) based on previously published work but with higher solubility and less steric encumbrance in imide position to enable self-assembly in solution.
To obtain further insights into the conformational stability, structure and chiroptical properties of heavily twisted PBIs another aim of this thesis was the design, synthesis, and optoelectronic investigation of various fourfold directly arylated PBIs  by substitution in bay position with smaller hydrocarbons with different steric demand, i.e., benzene, naphthalene and pyrene, which should be separable by chiral high performance liquid chromatography (HPLC).
As of yet, no concise study concerning the optical and electronic properties of differently core-substituted PBIs in the neutral as well as the mono- and dianionic state in solution is available, which also elucidates the origin of the different optical transitions observed in the absorption and emission spectra. Thus, in this thesis, the investigation of five PBI derivatives with different frontier energetic levels to produce a reference work of reduced PBIs was tackled.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen zwischen neuartigen Corannulen-Derivaten sowohl in Lösung als auch im festen Zustand durch Veränderung des Imid-Restes eines literaturbekannten annulierten Corannulen-Dicarboximids untersucht, um ein besseres Verständnis der Packung und des möglichen Ladungstransports in potentiellen Anwendungen zu erhalten. Dementsprechend war es das Ziel der Arbeit, ein elektronenarmes Corannulenbis(dicarboximid) zu synthetisieren und zu untersuchen, das auf bereits veröffentlichten Arbeiten basiert, jedoch eine höhere Löslichkeit und weniger sterischen Anspruch in der Imidposition aufweist, um die Selbstorganisation in Lösung zu ermöglichen.
Um weitere Einblicke in die Konformationsstabilität, Struktur und chiroptischen Eigenschaften von stark verdrillten PBIs zu erhalten, war ein weiteres Ziel dieser Arbeit das Design, die Synthese und die optoelektronische Untersuchung verschiedener vierfach direkt arylierter PBIs durch Substitution in Bucht-Position mit kleineren Kohlenwasserstoffen mit unterschiedlichen sterischen Anforderungen, z.B. Phenyl, Naphthalin und Pyren, die durch chirale Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) trennbar sein sollten.
Bisher gibt es noch keine übersichtliche Studie über die optischen und elektronischen Eigenschaften von unterschiedlich kernsubstituierten PBIs im neutralen sowie mono- und dianionischen Zustand in Lösung, die auch den Ursprung der unterschiedlichen optischen Übergänge in den Absorptions- und Emissionsspektren aufklärt. In dieser Arbeit wurde daher die Untersuchung von fünf PBI-Derivaten mit unterschiedlichen energetischen Eigenschaften in Angriff genommen, um ein Referenzwerk reduzierter PBIs zu erstellen.
KW  - Corannulene
KW  - Polycyclische Aromaten
KW  - Perylenbisdicarboximide <Perylen-3,4:9,10-bis(dicarboximide)>
KW  - Aggregation
KW  - Chirality
KW  - Reduction
KW  - Perylenbisdicarboximide
KW  - Supramolekulare Chemie
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247000
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Mönius, Katja
T1  - Eigenvalues of zero-divisor graphs of finite commutative rings
JF  - Journal of Algebraic Combinatorics
N2  - We investigate eigenvalues of the zero-divisor graph Γ(R) of finite commutative rings R and study the interplay between these eigenvalues, the ring-theoretic properties of R and the graph-theoretic properties of Γ(R). The graph Γ(R) is defined as the graph with vertex set consisting of all nonzero zero-divisors of R and adjacent vertices x, y whenever xy=0. We provide formulas for the nullity of Γ(R), i.e., the multiplicity of the eigenvalue 0 of Γ(R). Moreover, we precisely determine the spectra of \(\Gamma ({\mathbb {Z}}_p \times {\mathbb {Z}}_p \times {\mathbb {Z}}_p)\) and \(\Gamma ({\mathbb {Z}}_p \times {\mathbb {Z}}_p \times {\mathbb {Z}}_p \times {\mathbb {Z}}_p)\) for a prime number p. We introduce a graph product ×Γ with the property that Γ(R)≅Γ(R\(_1\))×Γ⋯×ΓΓ(R\(_r\)) whenever R≅R\(_1\)×⋯×R\(_r\). With this product, we find relations between the number of vertices of the zero-divisor graph Γ(R), the compressed zero-divisor graph, the structure of the ring R and the eigenvalues of Γ(R).
KW  - EJMA-D-19-00287
KW  - Zero-divisor graphs
KW  - Graph eigenvalues
KW  - Graphnullity
KW  - Graph products
KW  - Local rings
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-232792
SN  - 0925-9899
VL  - 54
ER  - 
TY  - THES
A1  - Miesler, Tobias Hans-Herbert
T1  - Development of diagnostic systems targeting the human tongue as a 24/7 available detector
T1  - Entwicklung von diagnostischen Systemen, welche die menschliche Zunge als 24/7 verfügbaren Detektor nutzen
N2  - To diagnose diseases correctly requires not only trained and skilled personnel, but also cost-intensive and complex equipment. Rapid tests can help with the initial evaluation, but result generation can also take up to several hours, depending on the test system. At this point, novel bioresponsive diagnostic systems are used, responding to the disease related shift of biological processes. They monitor changes in the biological environment and can react to them e.g. with the release of substances. This can be used in drug delivery formulations but can also help to diagnose diseases occurring in the oral cavity and inform patients of their state of health. The tongue is herein used as a 24/7 available detector.
In section I of this work, the foundation for the development of these diagnostic systems was laid. A suitable flavoring agent was found, which is stable, can be coupled to the N-terminus of peptides and has a strongly conceivable taste. For the optimization of the protease-sensitive linker (PSL), an analytical system was established (PICS assay), which determines protease-specific cleavable amino acid sequences. In order to replace the PMMA particles previously required, an acetyl protecting group was introduced N-terminally as it protects peptides and proteins in the human body from degradation by human aminopeptidase. The new synthesized flavor was examined with a NIH cell line for cytotoxicity and with an electronic tongue setup for its bitterness.
Section II deals with the structure of a system which detects severe inflammations in the oral cavity, e.g. PA. The established PICS assay was used to confirm the previously used PSL sequence in its application. Using solid phase peptide synthesis, 3 linkers were synthesized which respond to the elevated MMP concentrations present in inflammation. The resulting peptides were acetylated and coupled with HATU/DIPEA to the modified denatonium. Cutting experiments with MMPs over different concentration and time ranges confirmed the response of the diagnostic sensor to these enzymes. The obtained construct was examined for cell toxicity by WST assay. The masked bitterness of the sensors was confirmed by an electronic tongue setup.
To address non-human proteases (and thereby infections), section III focuses on the establishment of detection system of a cysteine protease SpeB expressed by Streptococcus pyogenes. The in-house expression of SpeB using E. coli cells was established for this purpose. An analysis of the SpeB cleavage sites was performed using a PICS assay setup. Four constructs with different PSL were synthesized analogous to section II. Cleavage experiments with the expressed and purified SpeB showed a response of two constructs to the protease. In addition, a system was established to quantify the concentration of SpeB in human saliva using western blot technique with subsequent quantification. 
In section IV a compound was synthesized which can now be coupled to a flavor. The final coupled construct is able to detect present NA activity specifically from influenza A and B. The market for existing influenza diagnostics was explored to determine the need for such a system. A neuraminic acid was modified in positions 4 and 7 and protected in such a way that subsequent coupling via the hydroxy-group in position 2 was selectively possible. 
In summary, this results in a diagnostic platform that can be used anywhere, by anyone and at any time. This represents a new dimension in the rapid diagnosis of inflammations and bacterial or viral infections.
N2  - Krankheiten korrekt zu diagnostizieren erfordert nicht nur geschultes und ausgebildetes Personal, sondern zudem auch kostenintensive und komplexe Geräte. Schnelltests helfen bei der ersten Auswertung, können aber je nach Testsystem dennoch bis zu einigen Stunden in Anspruch nehmen, bevor ein Ergebnis vorliegt. An dieser Stelle werden neuartige, , sogenannte bioresponsive diagnostische Systeme eingesetzt. Sie überwachen Ihre biologische Umgebung und können auf Veränderung dieser z.B. mit der Freisetzung von Substanzen reagieren. Durch das in dieser Arbeit entwickelte diagnostische System können Veränderungen im Mundraum erkannt und Patienten über ihren Gesundheitszustand in Kenntnis gesetzt werden. Hierbei wird die Zunge als 24/7 verfügbarer Detektor genutzt.
Im Abschnitt I wurde das Fundament zur Entwicklung dieser diagnostischen Systeme gelegt. Ein geeigneter Geschmacksstoff wurde gefunden, welcher stabil, koppelbar an Peptide und geschmacklich gut wahrnehmbar ist um ein positives Testresultat anzuzeigen. Für die Optimierung des Protease-sensitiven Linkers (PSL) wurde ein System etabliert (PICS-Assay), welches in der Lage ist eine Protease-spezifische Aminosäure-Schneidsequenz zu bestimmen. Um den im vorherigen System benötigten PMMA-Partikel zu ersetzen, wurde eine Acetylschutzgruppe am N-terminus eingeführt, welche die gleiche schützende Funktion wie ein solcher Partikel gegen den Abbau von Peptiden und Proteinen durch die körpereigene Aminopeptidase besitzt. Das gesamte Konstrukt wurde mit einer NIH-Zelllinie auf toxikologische Aspekte hin untersucht und die Maskierung des Geschmacks im ungeschnittenen Zustand mittels elektronischer Zunge überprüft.
Abschnitt II handelt vom Aufbau eines Systems, welches schwerwiegende Entzündungen im Mundraum, wie sie z.B. bei einer Parodontitis vorliegen detektiert. Der etablierte PICS-Assay wurde genutzt, die vorher verwendete PSL-Sequenz in ihrer Anwendung zu bestätigen. Mittels Festphasen-Peptidsynthese wurden drei Linker synthetisiert, welche auf die erhöhten MMP-Konzentrationen, welche bei Entzündungen vorliegen ansprechen. Die erhaltenen Peptide wurden acetyliert und mit HATU/DIPEA an das modifizierte Denatonium gekoppelt. Schneidversuche dieser Modelsysteme mit MMP‘s über verschiedene Konzentrations- und Zeitbereiche bestätigten das Ansprechen des diagnostischen Sensors auf diese Enzyme. Das erhaltene Konstrukt wurde mittels WST-Assay auf Zelltoxizität hin untersucht.
Um auch non-humane Proteasen, welche auf Infektionen hinweisen, adressieren zu können konzentriert sich Abschnitt III auf die Etablierung eines Nachweis-Systems der Cystein-Protease SpeB, welches von Streptococcus pyogenes exprimiert wird. Hierzu wurde die hauseigene Exprimierung von SpeB mittels E. Coli Zellen etabliert. Vom gewonnenen SpeB wurde eine Analyse der Schnittstelle mittels PICS-Assay durchgeführt. Vier Konstrukte mit verschiedenen PSL wurden analog zu Abschnitt II synthetisiert. Schneidversuche mit dem exprimierten SpeB zeigten ein Ansprechen von zwei Konstrukten auf die Protease. Zudem wurde ein System etabliert um mittels Western Blot die Konzentration von SpeB im menschlichen Speichel zu quantifizieren. 
Im Abschnitt IV wurde eine Verbindung synthetisiert, welche an einen Geschmacksstoff gekoppelt werden kann. Das gesamte diagnostische System ist im Stande Influenza-Viren nachzuweisen. Der Markt zur bestehenden Influenza Diagnostik wurde exploriert um die Notwendigkeit eines solchen Systems zu ermitteln. Eine Neuraminsäure wurde in Position 4 und 7 modifiziert und so geschützt, das nachfolgendes Koppeln über die Hydroxygruppe in Position 2 selektiv möglich wurde. 
Zusammengefasst ergibt sich eine diagnostische Plattform, welche überall, von jedem und jederzeit angewandt werden. Dies stellt eine neue Dimension der Schnelldiagnostik von Entzündungen und bakteriellen oder viralen Infektionen dar.
KW  - Diagnostik
KW  - Schnelltest
KW  - Sensoren
KW  - Zunge
KW  - Kaugummi
KW  - Point-of-Care-testing
KW  - Tongue
KW  - Chewing Gum
KW  - Sensors
KW  - Zunge
KW  - Kaugummi
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-214490
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jansch, Charline
T1  - Effects of SLC2A3 copy number variants on neurodevelopment and glucose metabolism in ADHD patient-specific neurons
T1  - Effekte der SLC2A3 Kopienzahlvarianten auf Neuroentwicklung und Glukosemetabolismus in ADHS Patienten-spezifischen Neuronen
N2  - Neuropsychiatric disorders, such as attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), represent a burden which deeply impair the patient’s life. Neurobiological research has therefore increasingly focused on the examination of brain neurotransmitter systems, such as the serotonin (5-HT) system, since a dysfunction has been repeatedly implicated in the pathology of these diseases. However, investigation of functional human neurons in vitro has been restricted by technical limitations for a long time until the discovery of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) revolutionized the field of experimental disease models. Since the pathogenesis of neuropsychiatric disorders involves a complex genetic component, genome-wide association studies (GWAS) revealed numerous risk genes that are associated with an increased risk for ADHD. For instance, the novel ADHD candidate gene SLC2A3 which encodes the glucose transporter-3 (GLUT3), facilitates the transport of glucose across plasma membranes and is essential for the high energy demand of several cell types, such as stem cells and neurons. Specifically, copy number variants (CNVs) of SLC2A3 might therefore impact cerebral glucose metabolism as well as the assembly of synaptic proteins in human neurons which might contribute to the pathogenesis of ADHD. 
We hypothesized that an altered SLC2A3 gene dosage in human neurons can exert diverse protective or detrimental effects on neurodevelopmental processes as well as the coping of glucometabolic stress events, such as hypo- and hyperglycaemic conditions. The generation of specific iPSC lines from ADHD patients and healthy probands served as basis to efficiently differentiate stem cells into 5-HT specific neurons. Using this neuronal culture, we were able to examine effects of SLC2A3 CNVs on the basal expression of SCL2A3 and GLUT3 in human neurons. Furthermore, the focus was on potentially altered coping of the cells with glucose deprivation and the treatment with specific high- and low glycaemic media. 
High-resolution fluorescence imaging in combination with electrophysiological and molecular biological techniques showed that:
    1) The generated human iPSCs are fully reprogrammed human stem cells showing typical characteristics of embryonic stem cell-like morphology, growth behaviour, the ability to differentiate into different cell types of the human body and the expression of pluripotency-specific markers. 
    2) The neuronal subtype derived from our stem cells display typical characteristics of 5-HT specific median and dorsal neurons and forms synapses reflected by the expression of pre- and postsynaptic proteins. 
    3) Even if SLC2A3 CNVs influence SLC2A3 and GLUT3 basal expression, no significant alterations in gene and protein expression caused by hyper- and hypoglycaemic conditions, nor in the assembly of proteins associated with synapse formation could be observed in human iPSC-derived neurons.
N2  - Neuropsychiatrische Erkrankungen, wie das Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitäts-Syndrom (ADHS), stellen eine Belastung dar, die das Leben des Patienten schwerwiegend beeinträchtigen. Die neurobiologische Forschung hat sich deshalb zunehmend auf die Untersuchung der Neurotransmittersysteme des Gehirns, wie das serotonerge (5-HT) System fokussiert, da eine Dysfunktion wiederholt in Zusammenhang mit der Pathogenese solcher Erkrankungen gebracht wurde. Die in vitro-Untersuchung funktioneller humaner Neurone war jedoch lange Zeit durch technische Limitierungen eingeschränkt, bis die Entdeckung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (iPSCs) das Feld der experimentellen Krankheitsmodelle revolutionierte. Da die Pathogenese neuropsychiatrischer Erkrankungen eine komplexe genetische Komponente einschließt, haben genomweite Assoziationsstudien zahlreiche Risikogene aufgedeckt, die mit einem erhöhten Risiko für ADHS assoziiert werden. Das Kandidatengen SLC2A3, das den Glukosetransporter-3 (GLUT3) codiert, ermöglicht beispielsweise den Transport von Glukose über Plasmamembranen und ist somit essenziell für die hohe Energieanforderung verschiedenster Zelltypen, wie etwa Stammzellen und Neurone. Im Besonderen könnten die Kopienzahlvarianten (CNVs) des Gens SLC2A3 daher den cerebralen Glukosemetabolismus, sowie die Ansammlung synaptischer Proteine beeinflussen und so zur Pathogenese des ADHS beitragen.
Wir nahmen an, dass eine veränderte SLC2A3-Gendosis in humanen Neuronen diverse protektive oder schädliche Effekte auf Neuroentwicklungsprozesse, sowie den Umgang mit glukometabolischen Stress-Ereignissen, wie etwa hypo- und hyperglykämische Bedingungen haben könnte. Die Generierung spezieller iPSC-Linien von ADHS-Patienten und gesunden Probanden diente als Basis, um Stammzellen effizient in 5-HT spezifische Neurone zu differenzieren. Diese neuronale Kultur ermöglichte uns die Untersuchung der Effekte der SLC2A3 CNVs auf die Basalexpression von SLC2A3 und GLUT3 in humanen Neuronen. Des Weiteren war der Focus auf einen potenziell veränderten Umgang der Zellen mit Glukoseentzug und der Behandlung mit speziellen hoch- und niederglykämischen Medien.    
Hochauflösende Fluoreszenzaufnahmen in Kombination mit elektrophysiologischen und molekularbiologischen Techniken zeigten, dass:
    1) Die generierten human iPSCs vollständig reprogrammierte humane Stammzellen sind, die die typischen Merkmale der embryonalen Stammzell-Morphologie, des Wachstumsverhaltes, der Fähigkeit in verschiedenste Zelltypen des menschlichen Körpers zu differenzieren und der Expression Pluripotenz-assoziierter Marker aufweisen. 
    2) Der neuronale Subtyp, der aus unseren Stammzellen generiert wurde, die typischen Charakteristiken medianer und dorsaler 5-HT Neurone aufweist und Synapsen formt, verdeutlicht durch die Expression prä- und postsynaptischer Proteine. 
    3) Selbst wenn die SLC2A3 CNVs einen Einfluss auf die basale Gen- und Proteinexpression haben, zeigte sich jedoch in humanen iPSC-erzeugten Neuronen keine signifikante Veränderung der Gen- und Proteinexpression aufgrund hyper- und hypoglykämischer Konditionen, noch der Ansammlung der Proteine, die mit der Formation der Synapsen assoziiert sind.
KW  - Stammzelle
KW  - Induzierte pluripotente Stammzelle
KW  - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom
KW  - Kopienzahlvariation
KW  - Duplikation
KW  - SLC2A3
KW  - Deletion
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216201
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TY  - THES
A1  - von Wardenburg, Niels Oliver
T1  - Investigations into the Pathogenic Antibody-Antigen-Interference of Glycine Receptor Autoantibodies
T1  - Untersuchungen zur pathogenen Antikörper-Antigen-Interferenz von Autoantikörpern gegen den Glycinrezeptor
N2  - Anti-glycine receptor (GlyR) autoantibodies belong to the novel group of autoantibodies that target neuronal cell-surface antigens (NCS), which are accompanied with various neurologic and neuropsychiatric conditions. The inhibitory ionotropic GlyR is one of the major inhibitory neurotransmitter receptors and therefore involved in maintaining homeostasis of neuronal excitation levels at brain stem and spinal cord. Anti-GlyR autoantibodies are associated with progressive encephalomyelitis with rigidity and myoclonus or stiff person syndrome. These neuromotor disorders are characterized by exaggerated startle, muscle stiffness, and painful spasms, leading to immobility and fatal outcome in some cases. It was hypothesized that imbalance of motoneuronal inhibition by functional impairment of GlyR and receptor internalization are direct consequences of antibody-antigen interference. Here, serum samples of four patients were tested for anti-GlyR autoantibodies and were used for the analysis of the functional impact on the electrophysiological properties of recombinant GlyRs, transiently expressed in HEK293 cells. Furthermore, the recognition pattern of anti- GlyR autoantibodies to human, zebrafish and chimeric GlyRα1 located the epitope to the far N-terminal region. The pathogenicity of anti-GlyR autoantibodies and thereby the autoimmunologic etiology of the disease was confirmed by passive transfer of patient serum to zebrafish (Danio rerio) larvae, that yielded an abnormal escape response – a brain stem reflex that corresponds to the exaggerated startle of afflicted patients. The phenotype was accompanied by profound reduction of GlyR clusters in spinal cord cryosections of treated zebrafish larvae. Together, these novel insights into the pathogenicity of GlyR autoantibodies confirm the concept of a novel neurologic autoimmune disease and might contribute to the development of innovative therapeutic strategies.
N2  - GlyR Autoantikörper sind mit dem Stiff-Person-Syndrom assoziiert, insbesondere mit der schwerverlaufenden Variante der Progressiven Enzephalopathie mit Rigidität und Myoklonus. Diese Studie hat sich als Ziel gesetzt, die Pathogenität der Autoantikörper sowie deren pathogenen Eigenschaften mit Hilfe der Patch-Clamp-Methode sowie eines passiven Transfers der Erkrankung auf Zebrafischlarven zu erklären. ...
KW  - stiff person syndrome
KW  - glycine receptor autoantibodies
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247217
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TY  - THES
A1  - Gamache [geb. Rupp], Mira Theresa
T1  - Ligand Design for Ru(II) Photosensitizers in Photocatalytic Hydrogen Evolution
T1  - Ligandendesign für Ru(II)-Photosensibilisatoren in der photokatalytischen Wasserstoffentwicklung
T1  - Conception de ligands pour les photosensibilisateurs de Ru(II) dans l'évolution photocatalytique de l'hydrogène
N2  - This thesis investigates different ligand designs for Ru(II) complexes and the activity of the complexes as photosensitizer (PS) in photocatalytic hydrogen evolution. The catalytic system typically contains a catalyst, a sacrificial electron donor (SED) and a PS, which needs to exhibit strong absorption and luminescence, as well as reversible redox behavior. Electron-withdrawing pyridine substituents on the terpyridine metal ion receptor result in an increase of excited-state lifetime and quantum yield (Φ = 74*10-5; τ = 3.8 ns) and lead to complex III-C1 exhibiting activity as PS. While the turn-over frequency (TOFmax) and turn-over number (TON) are relatively low (TOFmax = 57 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(44 h) = 134 mmolH2 molPS-1), the catalytic system is long-lived, losing only 20% of its activity over the course of 12 days. Interestingly, the heteroleptic design in III-C1 proves to be beneficial for the performance as PS, despite III-C1 having comparable photophysical and electrochemical properties as the homoleptic complex IV-C2 (TOFmax = 35 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(24 h) = 14 mmolH2 molPS-1). Reductive quenching of the excited PS by the SED is identified as rate-limiting step in both cases.
Hence, the ligands are designed to be more electron-accepting either via N-methylation of the peripheral pyridine substituents or introduction of a pyrimidine ring in the metal ion receptor, leading to increased excited-state lifetimes (τ = 9–40 ns) and luminescence quantum yields (Φ = 40–400*10-5). However, the more electron-accepting character of the ligands also results in anodically shifted reduction potentials, leading to a lack of driving force for the electron transfer from the reduced PS to the catalyst. Hence, this electron transfer step is found to be a limiting factor to the overall performance of the PS. While higher TOFmax in hydrogen evolution experiments are observed for pyrimidine-containing PS (TOFmax = 300–715 mmolH2 molPS-1 min-1), the longevity for these systems is reduced with half-life times of 2–6 h.
Expansion of the pyrimidine-containing ligands to dinuclear complexes yields a stronger absorptivity (ε = 100–135*103 L mol-1 cm-1), increased luminescence (τ = 90–125 ns, Φ = 210–350*10-5) and can also result in higher TOFmax given sufficient driving force for electron transfer to the catalyst (TOFmax = 1500 mmolH2 molPS-1 min-1). When comparing complexes with similar driving forces, stronger luminescence is reflected in a higher TOFmax. Besides thermodynamic considerations, kinetic effects and electron transfer efficiency are assumed to impact the observed activity in hydrogen evolution. In summary, this work shows that targeted ligand design can make the previously disregarded group of Ru(II) complexes with tridentate ligands attractive candidates for use as PS in photocatalytic hydrogen evolution.
N2  - In dieser Arbeit werden verschiedene Liganden für Ru(II)-Komplexe und die Aktivität der Komplexe als Photosensibilisatoren (PS) in der photokatalytischen Wasserstoffentwicklung untersucht. Das katalytische System besteht typischerweise aus einem Katalysator, einem Opferelektronendonator (SED) und einem PS, welcher eine starke Absorption und Lumineszenz sowie ein reversibles Redoxverhalten aufweisen sollte. Elektronenziehende Pyridin-Substituenten am Terpyridin-Metallionenrezeptor resultieren in einer Erhöhung der Lebensdauer des angeregten Zustands sowie der Quantenausbeute (Φ = 74*10-5; τ = 3.8 ns), was dazu führt, dass Komplex III-C1 als PS aktiv ist. Während die Wechselzahl (TOFmax) und der Umsatz (TON) relativ niedrig sind (TOFmax = 57 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(44 h) = 134 mmolH2 molPS 1), ist das katalytische System langlebig und verliert im Laufe von 12 Tagen nur 20% seiner Aktivität. Das heteroleptische Design in III-C1 erweist sich als vorteilhaft für die Leistung als PS, obwohl III-C1 vergleichbare photophysikalische und elektrochemische Eigenschaften besitzt wie der homoleptische Komplex IV-C2 (TOFmax = 35 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(24 h) = 14 mmolH2 molPS-1). In beiden Fällen erweist sich das reduktive Lumineszenzlöschen des angeregten PS durch den SED als geschwindigkeitsbestimmender Schritt.
Daher werden die Liganden entweder durch N-Methylierung der peripheren Pyridin-Substituenten oder durch Einführung eines Pyrimidinrings in den Metallionenrezeptor elektronenziehender gestaltet, was zu erhöhten Lebensdauern des angeregten Zustands (τ = 9–40 ns) und Lumineszenzquantenausbeuten (Φ = 40–400*10-5) führt. Der stärker elektronenziehende Charakter der Liganden führt allerdings auch zu anodisch verschobenen Reduktionspotentialen, wodurch die treibende Kraft für den Elektronentransfer vom reduzierten PS zum Katalysator reduziert wird. Daher erweist sich dieser Elektronentransferschritt als ein limitierender Faktor für die Gesamtleistung des PS. Während höhere TOFmax in Wasserstoffproduktionsexperimenten für Pyrimidin-haltige PS beobachtet werden (TOFmax = 300–715 mmolH2 molPS-1 min-1), ist die Langlebigkeit für diese Systeme mit Halbwertszeiten von 2–6 h deutlich reduziert.
Die Erweiterung der Pyrimidin-haltigen Liganden zu zweikernigen Komplexen führt zu einem stärkeren Absorptionsvermögen (ε = 100–135*103 L mol-1 cm-1), erhöhter Lumineszenz (τ = 90–125 ns, Φ = 210–350*10-5) und kann bei ausreichender treibender Kraft für den Elektronentransfer zum Katalysator auch zu einer höheren TOFmax führen (TOFmax = 1500 mmolH2 molPS-1 min-1). Beim Vergleich von Komplexen mit ähnlichen treibenden Kräften spiegelt sich die stärkere Lumineszenz in einem höheren TOFmax wider. Es wird angenommen, dass neben thermodynamischen Faktoren auch kinetische Effekte und die Effizienz des Elektronentransfers die beobachtete Aktivität bei der Wasserstoffentwicklung beeinflussen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass gezieltes Ligandendesign die bisher vernachlässigte Gruppe der Ru(II)-Komplexe mit tridentaten Liganden zu attraktiven Kandidaten für den Einsatz als PS in der photokatalytischen Wasserstoffentwicklung machen kann.
N2  - Cette thèse étudie la conception de différentes ligands pour les complexes de Ru(II) et leur activité comme photosensibilisateur (PS) dans l'évolution photocatalytique de l'hydrogène. Le système catalytique contient généralement un catalyseur, un donneur d'électron sacrificiel (SED) et un PS, qui doit présenter une forte absorption et luminescence et un comportement redox réversible. Les substituants pyridine attracteurs d'électrons sur le récepteur d'ions métalliques terpyridine entraînent une augmentation de la durée de vie de l'état excité et du rendement quantique (Φ = 74*10-5; τ = 3.8 ns) et permettent au complexe III-C1 de présenter une activité en tant que PS. Bien que la fréquence (TOFmax) et le nombre de cycle catalytique (TON) soient relativement faibles (TOFmax = 57 mmolH2 molPS-1 min 1; TON(44 h) = 134 mmolH2 molPS-1), le système catalytique a une longue durée de vie, ne perdant que 20% de son activité au cours de 12 jours. De manière intéressante, la conception hétérolytique dans III-C1 s'avère être bénéfique pour la performance en tant que PS, malgré des propriétés photophysiques et électrochimiques comparables à celles du complexe homoleptique IV-C2 (TOFmax = 35 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(24 h) = 14 mmolH2 molPS-1). L'extinction réductive de la PS excitée par le SED est identifiée comme l'étape limitant la vitesse dans les deux cas.
Par conséquent, les ligands sont modifiés pour être plus accepteurs d'électrons, soit par N-méthylation des substituants pyridine périphériques, soit par introduction d'un cycle pyrimidine dans le récepteur d'ion métallique, ce qui conduit à une augmentation des durées de vie des états excités (τ = 9–40 ns) et des rendements quantiques de luminescence (Φ = 40–400*10-5). Cependant, le caractère plus accepteur d'électrons des ligands entraîne également des potentiels de réduction décalés anodiquement, ce qui conduit à un manque de force motrice pour le transfert d'électrons du PS réduit au catalyseur. Ainsi, cette étape de transfert d'électrons s'avère être un facteur limitant de la performance globale du PS. Alors que des TOFmax plus élevés dans les expériences d'évolution de l'hydrogène sont observés pour les PS contenant le motif pyrimidine (TOFmax = 300–715 mmolH2 molPS-1 min-1), la longévité de ces systèmes est réduite avec des temps de demi-vie de 2–6 h.
L'expansion des ligands contenant le motif pyrimidine en complexes dinucléaires conduit à une absorptivité plus forte (ε = 100–135*103 L mol-1 cm-1), une luminescence accrue (τ = 90–125 ns, Φ = 210–350*10-5) et peut également entraîner un TOFmax plus élevé si la force motrice est suffisante pour le transfert d'électrons vers le catalyseur (1500 mmolH2 molPS-1 min-1). En comparant des complexes avec des forces motrices similaires, une luminescence plus forte se traduit par un TOFmax plus élevé. Outre les considérations thermodynamiques, les effets cinétiques et l'efficacité du transfert d'électrons sont supposés avoir un impact sur l'activité observée dans l'évolution de l'hydrogène. En résumé, ce travail montre que la conception ciblée de ligands peut faire du groupe précédemment négligé des complexes de Ru(II) avec des ligands tridentés des candidats attrayants pour une utilisation comme PS dans l'évolution photocatalytique de l'hydrogène.
KW  - Fotokatalyse
KW  - Wasserstofferzeugung
KW  - Rutheniumkomplexe
KW  - Photosensibilisator
KW  - Artificial photosynthesis
KW  - Ligand design
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246766
N1  - This thesis was conducted as cotutelle-de-thèse between the Universität Würzburg and the Université de Montréal (Canada).
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TY  - THES
A1  - Baumhoer, Celia Amélie
T1  - Glacier Front Dynamics of Antarctica - Analysing Changes in Glacier and Ice Shelf Front Position based on SAR Time Series
T1  - Gletscherfrontdynamiken in der Antarktis - Die Analyse von Gletscher- und Eisschelffrontänderungen basierend auf SAR-Zeitreihen
N2  - The Antarctic Ice Sheet stores ~91% of the global ice volume which is equivalent to a sea-level rise of 58.3 meters. Recent disintegration events of ice shelves and retreating glaciers along the Antarctic Peninsula and West Antarctica indicate the current vulnerable state of the Antarctic Ice Sheet. Glacier tongues and ice shelves create a safety band around Antarctica with buttressing effects on ice discharge. Current decreases in glacier and ice shelf extent reduce the effective buttressing forces and increase ice discharge of grounded ice. The consequence is a higher contribution to sea-level rise from the Antarctic Ice Sheet. So far, it is unresolved which proportion of Antarctic glacier retreat can be attributed to climate change and which part to the natural cycle of growth and decay in the lifetime of a glacier. The quantitative assessment of the magnitude, spatial extent, distribution, and dynamics of circum-Antarctic glacier and ice shelf retreat is of utmost importance to monitor Antarctica’s weakening safety band. In remote areas like Antarctica, earth observation provides optimal properties for large-scale mapping and monitoring of glaciers and ice shelves. Nowadays, the variety of available satellite sensors, technical advancements regarding spatial resolution and revisit times, as well as open satellite data archives create an ideal basis for monitoring calving front change. A systematic review conducted within this thesis revealed major gaps in the availability of glacier and ice shelf front position measurements despite the improved satellite data availability. The previously limited availability of satellite imagery and the time-consuming manual delineation of calving fronts did neither allow a circum-Antarctic assessment of glacier retreat nor the assessment of intra-annual changes in glacier front position. To advance the understanding of Antarctic glacier front change, this thesis presents a novel automated approach for calving front extraction and explores drivers of glacier retreat. 
A comprehensive review of existing methods for glacier front extraction ascertained the lack of a fully automatic approach for large-scale monitoring of Antarctic calving fronts using radar imagery. Similar backscatter characteristics of different ice types, seasonally changing backscatter values, multi-year sea ice, and mélange made it challenging to implement an automated approach with traditional image processing techniques. Therefore, the present abundance of satellite data is best exploited by integrating recent developments in big data and artificial intelligence (AI) research to derive circum-Antarctic calving front dynamics. In the context of this thesis, the novel AI-based framework “AntarcticLINES” (Antarctic Glacier and Ice Shelf Front Time Series) was created which provides a fully automated processing chain for calving front extraction from Sentinel-1 imagery. Open access Sentinel-1 radar imagery is an ideal data source for monitoring current and future changes in the Antarctic coastline with revisit times of less than six days and all-weather imaging capabilities. The developed processing chain includes the pre-processing of dual-polarized Sentinel-1 imagery for machine learning applications. 38 Sentinel-1 scenes were used to train the deep learning architecture U-Net for image segmentation. The trained weights of the neural network can be used to segment Sentinel-1 scenes into land ice and ocean. Additional post-processing ensures even more accurate results by including morphological filtering before extracting the final coastline. A comprehensive accuracy assessment has proven the correct extraction of the coastline. On average, the automatically extracted coastline deviates by 2-3 pixels (93 m) from a manual delineation. This accuracy is in range with deviations between manually delineated coastlines from different experts. 
For the first time, the fully automated framework AntarcticLINES enabled the extraction of intra-annual glacier front fluctuations to assess seasonal variations in calving front change. Thereby, for example, an increased calving frequency of Pine Island Glacier and a beginning disintegration of Glenzer Glacier were revealed. Besides, the extraction of the entire Antarctic coastline for 2018 highlighted the large-scale applicability of the developed approach. Accurate results for entire Antarctica were derived except for the Western Antarctic Peninsula where training imagery was not sufficient and should be included in future studies. 
Furthermore, this dissertation presents an unprecedented record of circum-Antarctic calving front change over the last two decades. The newly extracted coastline for 2018 was compared to previous coastline products from 2009 and 1997. This revealed that the Antarctic Ice Sheet shrank 29,618±1193 km2 in extent between 1997-2008 and gained an area of 7,108±1029 km2 between 2009-2018. Glacier retreat concentrated along the Antarctic Peninsula and West Antarctica. The only East Antarctic coastal sector primarily experiencing calving front retreat was Wilkes Land in 2009-2018. Finally, potential drivers of circum-Antarctic glacier retreat were identified by combining data on glacier front change with changes in climate variables. It was found that strengthening westerlies, snowmelt, rising sea surface temperatures, and decreasing sea ice cover forced glacier retreat over the last two decades. Relative changes in mean air temperature could not be identified as a driver for glacier retreat and further investigations on extreme events in air temperature are necessary to assess the effect of atmospheric forcing on frontal retreat. The strengthening of all identified drivers was closely connected to positive phases of the Southern Annular Mode (SAM). With increasing greenhouse gases and ozone depletion, positive phases of SAM will occur more often and force glacier retreat even further in the future.
Within this thesis, a comprehensive review on existing Antarctic glacier and ice shelf front studies was conducted revealing major gaps in Antarctic calving front records. Therefore, a fully automated processing chain for glacier and ice shelf front extraction was implemented to track circum-Antarctic calving front fluctuations on an intra-annual basis. The large-scale applicability was certified by presenting two decades of circum-Antarctic calving front change. In combination with climate variables, drivers of recent glacier retreat were identified. In the future, the presented framework AntarcticLINES will greatly contribute to the constant monitoring of the Antarctic coastline under the pressure of a changing climate.
N2  - Der antarktische Eisschild speichert ~91 % des globalen Eisvolumens. Ein gänzliches Abschmelzen des Eisschildes hätte global einen Meeresspiegelanstieg von 58,3 Metern zur Folge. Der aktuelle Zerfall von Eisschelfen und der Gletscherrückgang entlang der Antarktischen Halbinsel und Westantarktis verdeutlichen den vulnerablen Status des antarktischen Eisschildes. Gletscherzungen und Eisschelfe säumen die antarktische Küstenlinie und halten die Eisströme Richtung Ozean zurück. Ein Rückzug der Eisschelfe und Gletscher vermindert den Rückhalteeffekt und führt zu zunehmenden Gletscher-Fließgeschwindigkeiten in Richtung Ozean. Der dadurch verursachte Masseverlust trägt zum globalen Meeresspiegelanstieg bei. Bislang ist ungeklärt, welcher Anteil des antarktischen Gletscherrückgangs auf den Klimawandel und welcher auf den natürlichen Kalbungszyklus der Gletscher und Eisschelfe zurückzuführen ist. Aufgrund des vermehrten Zerfalls von Eisschelfen in den letzten Dekaden ist es von großer Wichtigkeit, den Gletscherrückgang zu quantifizieren und dessen Ausmaß, räumlichen Ausdehnung, Verteilung und Dynamik zirkumantarktisch zu erfassen, um mögliche Auswirkungen auf den Meeresspiegelanstieg frühzeitig zu erkennen. 
In abgelegenen Regionen wie der Antarktis bietet die Erdbeobachtung optimale Voraussetzungen für das großflächige Kartieren und Beobachten von Gletschern und Eisschelfen. Heute stellt die Fülle an frei-verfügbaren Satellitendaten verschiedener Sensoren, in Kombination mit technischen Neuerungen hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Abdeckung, eine ideale Basis für das Monitoring der Kalbungsfronten dar. Trotz der guten Datenverfügbarkeit hat ein umfassender Literaturüberblick − welcher im Rahmen dieser Dissertation durchgeführt wurde − große Lücken in der Verfügbarkeit von Gletscher- und Eisschelffrontpositionsmessungen festgestellt. Die zuvor limitierte Verfügbarkeit von Satellitendaten und die zeitaufwändige manuelle Ableitung der Küstenlinie machten eine zirkumantarktische Beurteilung des Gletscherrückgangs und die intra-annuelle Analyse von Gletscherfrontpositionen unmöglich. Für ein besseres Verständnis antarktischer Gletscherfrontveränderungen, präsentiert diese Dissertation ein neues, automatisiertes Konzept zur Kalbungsfrontextraktion und untersucht ob klimatische Faktoren für den beobachteten Kalbungsfrontenrückgang verantwortlich sind.
Anhand des Literaturüberblicks konnte festgestellt werden, dass bis dato kein komplett automatisiertes Verfahren für die Gletscherfrontextraktion aus großvolumigen Radarsatellitenbildern bestand. Ähnliche Rückstreuwerte von verschiedenen Eistypen, saisonal veränderliche Rückstreuwerte, mehrjähriges Meereis und Eis-Mélange erschwerten die Entwicklung eines automatisierten Ansatzes mit traditionellen Bildverarbeitungsansätzen. Doch die Neuerungen in den Bereichen „Big Data“ und der künstlichen Intelligenz (KI) ermöglichen es, die heutige Fülle an Satellitendaten für die Ableitung von Kalbungsfronten zu nutzen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde das neuartige Framework “AntarcticLINES” (Antarctic Glacier and Ice Shelf Front Time Series) kreiert, welches eine komplett automatisierte, KI-basierte Prozessierungskette für die Gletscherfrontenextraktion von Sentinel-1 Daten beinhaltet. Frei verfügbare Sentinel-1 Daten sind ideal, um derzeitige und zukünftige Veränderungen der antarktischen Küstenlinie zu beobachten, da die Orbitwiederholrate weniger als sechs Tage beträgt und die Bildgebung wetterunabhängig ist. Die entwickelte Prozessierungskette beinhaltet die Vorprozessierung, Maskierung und Zerlegung der Satellitenbilder in kleinere Kacheln. Es wurden 38 Sentinel-1 Szenen genutzt, um die Deep Learning Architektur U-Net für eine Bildsegmentierung zu trainieren. Die trainierten Gewichte des Neuronalen Netzes können genutzt werden, um Sentinel-1 Szenen in die Klassen Ozean und Eis zu segmentieren. Eine zusätzliche Nachprozessierung ermöglicht noch genauere Ergebnisse durch morphologisches Filtern, bevor die finale Küstenlinie zwischen den beiden Klassen extrahiert wird. Eine umfangreiche Genauigkeitsauswertung hat ergeben, dass die automatisch abgeleitete Küstenlinie im Mittel 2-3 Pixel (93 m) von einer manuell abgeleiteten Küstenlinie abweicht. Diese Genauigkeit ist im Rahmen der durchschnittlichen Abweichungen von manuell abgeleiteten Küstenlinien verschiedener Experten. 
Erstmals ermöglicht das Framework AntarcticLINES die automatisierte Extraktion von intra-annuellen Gletscherfrontfluktuationen, um saisonale Variationen in der Kalbungsfrontänderung zu untersuchen. Dadurch konnte beispielsweise eine erhöhte Kalbungsfrequenz des Pine-Island-Gletschers festgestellt werden. Die Extraktion der antarktischen Küstenlinie für 2018 zeigt die mögliche Anwendung der entwickelten Methodik für großräumige Gebiete. Für den Großteil der Antarktis wurden genaue Ergebnisse erzielt, lediglich entlang der westlichen Antarktischen Halbinsel fehlten Trainingsdaten, welche in zukünftigen Studien inkludiert werden sollten.
Darüber hinaus präsentiert diese Dissertation einen bis dato beispiellosen Datensatz zu zirkumantarktischen Veränderungen der Kalbungsfronten über die letzten zwei Jahrzehnte. Die neu extrahierte Küstenlinie für das Jahr 2018 wurde mit früheren Küstenlinienprodukten von 2009 und 1997 verglichen. Dies hat offengelegt, dass der Antarktische Eisschild zwischen 1997 und 2008 eine Fläche von 29,618±1193 km2 verlor und zwischen 2009 und 2018 eine Fläche von 7,108±1029 km2 dazugewann. Der Gletscherrückgang konzentrierte sich entlang der Antarktischen Halbinsel und der Westantarktis. Der einzige ostantarktische Sektor, in dem sich simultaner Gletscherrückgang zeigte, war Wilkes Land in den Jahren 2009 bis 2018. Im Anschluss wurden Ursachen für den Antarktischen Gletscherrückgang durch die Korrelation mit Klimavariablen identifiziert. Zunehmende Westwinde, Schneeschmelze, ansteigende Meeresoberflächentemperaturen und zurückgehendes Meereis begünstigten den Gletscherrückgang in den letzten zwei Dekaden. Relative Veränderungen in der durchschnittlichen Lufttemperatur konnten nicht als Ursache für den Gletscherrückgang identifiziert werden und weiter Analysen zu Extremereignissen in der Lufttemperatur sind nötig um Frontveränderungen verursacht durch atmosphärischen Antrieb besser verstehen zu können. Die Verstärkung aller identifizierten Treiber ist eng mit positiven Phasen des Southern Annular Mode (SAM) verbunden. In Anbetracht ansteigender Konzentrationen von Treibhausgasen und dem Ozonrückgang werden positive Phasen des SAMs in Zukunft öfter auftreten, was in Folge den Gletscherrückgang noch weiter vorantreiben kann. 
Zusammengefasst wurde im Rahmen dieser Dissertation ein umfassender Literaturüberblick zu existierenden Gletscher- und Eisschelffrontstudien durchgeführt, welcher größere Lücken in Kalbungsfrontstudien aufzeigte. Es wurde eine voll-automatisierte Prozessierungskette entwickelt, um zirkumantarktische Kalbungsfrontpositionen intra-annuell beobachten zu können und die Datenlücken zu schließen. In Kombination mit Klimavariablen wurden treibende Kräfte, die den aktuellen Gletscherrückgang begünstigen, identifiziert. In Zukunft wird das präsentierte Framework AntarcticLINES zur konstanten Beobachtung der Antarktischen Küstenlinie eingesetzt, um Veränderungen in Anbetracht eines sich ändernden Klimas zu analysieren.
KW  - Antarctica
KW  - Remote Sensing
KW  - Glacier
KW  - SAR
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245814
ER  - 
TY  - THES
A1  - Venturini, Elisa
T1  - Small proteins in \(Salmonella\): an updated annotation and a global analysis to find new regulators of virulence
T1  - Kleine Proteine in \(Salmonella\): Eine aktualisierte Annotation und eine globale Analyse, um neue Regulatoren der Virulenz zu finden
N2  - Small proteins, often defined as shorter than 50 amino acids, have been implicated
in fundamental cellular processes. Despite this, they have been largely understudied throughout all domains of life, since their size often makes their identification and characterization challenging.
This work addressed the knowledge gap surrounding small proteins with a focus
on the model bacterial pathogen Salmonella Typhimurium. In a first step,
new small proteins were identified with a combination of computational and experimental approaches. Infection-relevant datasets were then investigated with
the updated Salmonella annotation to prioritize promising candidates involved in virulence.
To implement the annotation of new small proteins, predictions from the algorithm
sPepFinder were merged with those derived from Ribo-seq. These were added to the Salmonella annotation and used to (re)analyse different datasets. Information
regarding expression during infection (dual RNA-seq) and requirement for virulence (TraDIS) was collected for each given coding sequence. In parallel,
Grad-seq data were mined to identify small proteins engaged in intermolecular
interactions.
The combination of dual RNA-seq and TraDIS lead to the identification of small
proteins with features of virulence factors, namely high intracellular induction
and a virulence phenotype upon transposon insertion. As a proof of principle of
the power of this approach in highlighting high confidence candidates, two small
proteins were characterized in the context of Salmonella infection.
MgrB, a known regulator of the PhoPQ two-component system, was shown to be essential for the infection of epithelial cells and macrophages, possibly via its stabilizing effect on flagella or by interacting with other sensor kinases of twocomponent
systems. YjiS, so far uncharacterized in Salmonella, had an opposite role in infection, with its deletion rendering Salmonella hypervirulent. The mechanism underlying this, though still obscure, likely relies on the interaction with
inner-membrane proteins.
Overall, this work provides a global description of Salmonella small proteins in
the context of infection with a combinatorial approach that expedites the identification
of interesting candidates. Different high-throughput datasets available for
a broad range of organisms can be analysed in a similar manner with a focus on small proteins. This will lead to the identification of key factors in the regulation
of various processes, thus for example providing targets for the treatment of bacterial
infections or, in the case of commensal bacteria, for the modulation of the microbiota composition.
N2  - Kleine Proteine, oft definiert als kürzer als 50 Aminosäuren, sind in fundamentale
zelluläre Prozesse involviert. Trotzdem sind sie in allen Domänen des Lebens
noch weitgehend unerforscht, da ihre Größe ihre Identifizierung und Charakterisierung
oft schwierig macht.
Diese Arbeit adressiert die Wissenslücke um kleine Proteine mit einem Fokus
auf das bakterielle Modellpathogen Salmonella Typhimurium. In einem ersten
Schritt wurden neue kleine Proteine mit einer Kombination aus bioinformatischen
und experimentellen Ansätzen identifiziert. Anschließend wurden infektionsrelevante
Datensätze mit der aktualisierten Salmonella-Annotation untersucht, um
vielversprechende Kandidaten zu priorisieren, die an der Virulenz beteiligt sind.
Um die Annotation neuer kleiner Proteine zu implementieren, wurden die
Vorhersagen aus dem Algorithmus sPepFinder mit denen aus Ribo-seq kombiniert.
Diese wurden der Salmonella-Annotation hinzugefügt und zur (Re-)Analyse verschiedener
Datensätze verwendet. Für jede gegebene kodierende Sequenz wurden
Informationen zur Expression während der Infektion (duale RNA-seq) und zum
Beitrag zur Virulenz (TraDIS) gesammelt. Parallel dazu wurden Grad-seq-Daten
ausgewertet, um kleine Proteine zu identifizieren, die an intermolekularen Interaktionen
beteiligt sind.
Die Kombination von dualer RNA-seq und TraDIS führte zur Identifizierung
von kleinen Proteinen mit Merkmalen von Virulenzfaktoren, nämlich einer hohen
intrazellulären Induktion und einem Virulenz-Phänotyp nach Transposon-
Insertion. Als Beweis für die Leistungsfähigkeit dieses Ansatzes Identifikation
von vielversprechenden Kandidaten wurden zwei kleine Proteine im Kontext einer
Salmonella-Infektion charakterisiert.
MgrB, ein bekannter Regulator des PhoPQ-Zweikomponentensystems, erwies
sich als ein für die Infektion von Epithelzellen und Makrophagen essentielles Protein,
möglicherweise über seine stabilisierende Wirkung von Flagellen oder durch Interaktion mit Sensorkinasen von Zweikomponentensystemen. YjiS, das in Salmonella
bisher nicht charakterisiert wurde, hatte eine entgegengesetzte Rolle bei
der Infektion, wobei seine Deletion Salmonella hypervirulent macht. Der Mechanismus,
der dem zugrunde liegt, ist zwar noch unklar, beruht aber wahrscheinlich
auf der Interaktion mit inneneren Membranproteinen.
Insgesamt liefert diese Arbeit eine globale Beschreibung der kleinen Salmonella-
Proteine im Kontext der Infektion mit einem kombinatorischen Ansatz, der die
Identifizierung interessanter Kandidaten beschleunigt. Verschiedene Hochdurchsatz-
Datensätze, die für ein breites Spektrum von Organismen verfügbar sind, können
auf ähnliche Weise mit einem Fokus auf kleine Proteine analysiert werden.
Dies wird zur Identifizierung von Schlüsselfaktoren in der Regulation verschiedener
Prozesse führen und damit z. B. Targets für die Behandlung bakterieller Infektionen
oder, im Falle kommensaler Bakterien, für die Modulation der Mikrobiota-
Zusammensetzung liefern.
KW  - Salmonella Typhimurium
KW  - Kleine Proteine
KW  - small proteins
KW  - dual RNA-seq
KW  - TraDIS
KW  - MgrB
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247029
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Grob, Robin
A1  - Tritscher, Clara
A1  - Grübel, Kornelia
A1  - Stigloher, Christian
A1  - Groh, Claudia
A1  - Fleischmann, Pauline N.
A1  - Rössler, Wolfgang
T1  - Johnston's organ and its central projections in Cataglyphis desert ants
JF  - Journal of Comparative Neurology
N2  - The Johnston's organ (JO) in the insect antenna is a multisensory organ involved in several navigational tasks including wind‐compass orientation, flight control, graviception, and, possibly, magnetoreception. Here we investigate the three dimensional anatomy of the JO and its neuronal projections into the brain of the desert ant Cataglyphis, a marvelous long‐distance navigator. The JO of C. nodus workers consists of 40 scolopidia comprising three sensory neurons each. The numbers of scolopidia slightly vary between different sexes (female/male) and castes (worker/queen). Individual scolopidia attach to the intersegmental membrane between pedicel and flagellum of the antenna and line up in a ring‐like organization. Three JO nerves project along the two antennal nerve branches into the brain. Anterograde double staining of the antennal afferents revealed that JO receptor neurons project to several distinct neuropils in the central brain. The T5 tract projects into the antennal mechanosensory and motor center (AMMC), while the T6 tract bypasses the AMMC via the saddle and forms collaterals terminating in the posterior slope (PS) (T6I), the ventral complex (T6II), and the ventrolateral protocerebrum (T6III). Double labeling of JO and ocellar afferents revealed that input from the JO and visual information from the ocelli converge in tight apposition in the PS. The general JO anatomy and its central projection patterns resemble situations in honeybees and Drosophila. The multisensory nature of the JO together with its projections to multisensory neuropils in the ant brain likely serves synchronization and calibration of different sensory modalities during the ontogeny of navigation in Cataglyphis.
KW  - ant brain
KW  - chordotonal organ
KW  - graviception
KW  - magnetic compass
KW  - multisensory integration
KW  - navigation
KW  - wind compass
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225679
VL  - 529
IS  - 8
SP  - 2138
EP  - 2155
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Full, Julian
A1  - Panchal, Santosh P.
A1  - Götz, Julian
A1  - Krause, Ana‐Maria
A1  - Nowak‐Król, Agnieszka
T1  - Modular Synthesis of Organoboron Helically Chiral Compounds: Cutouts from Extended Helices
JF  - Angewandte Chemie International Edition
N2  - Two types of helically chiral compounds bearing one and two boron atoms were synthesized by a modular approach. Formation of the helical scaffolds was executed by the introduction of boron to flexible biaryl and triaryl derived from small achiral building blocks. All‐ortho‐fused azabora[7]helicenes feature exceptional configurational stability, blue or green fluorescence with quantum yields (Φ\(_{fl}\)) of 18–24 % in solution, green or yellow solid‐state emission (Φ\(_{fl}\) up to 23 %), and strong chiroptical response with large dissymmetry factors of up to 1.12×10\(^{-2}\). Azabora[9]helicenes consisting of angularly and linearly fused rings are blue emitters exhibiting Φ\(_{fl}\) of up to 47 % in CH\(_{2}\)Cl\(_{2}\) and 25 % in the solid state. As revealed by the DFT calculations, their P–M interconversion pathway is more complex than that of H1. Single‐crystal X‐ray analysis shows clear differences in the packing arrangement of methyl and phenyl derivatives. These molecules are proposed as primary structures of extended helices.
KW  - chirality
KW  - circular dichroism
KW  - fluorescence
KW  - helicene
KW  - organoboron
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225775
VL  - 60
IS  - 8
SP  - 4350
EP  - 4357
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Urlaub, Jonas
A1  - Kaiser, Reinhard P.
A1  - Scherf‐Clavel, Oliver
A1  - Bolm, Carsten
A1  - Holzgrabe, Ulrike
T1  - Investigation of isomerization of dexibuprofen in a ball mill using chiral capillary electrophoresis
JF  - Electrophoresis
N2  - Besides the racemate, the S‐enantiomer of ibuprofen (Ibu) is used for the treatment of inflammation and pain. Since the configurational stability of S‐Ibu in solid state is of interest, it was studied by means of ball milling experiments. For the evaluation of the enantiomeric composition, a chiral CE method was developed and validated according to the ICH guideline Q2(R1). The addition of Mg\(^{2+}\), Ca\(^{2+}\), or Zn\(^{2+}\) ions to the background electrolyte (BGE) was found to improve Ibu enantioresolution. Chiral separation of Ibu enantiomers was achieved on a 60.2 cm (50.0 cm effective length) x 75 μm fused‐silica capillary using a background electrolyte (BGE) composed of 50 mM sodium acetate, 10 mM magnesium acetate tetrahydrate, and 35 mM heptakis‐(2,3,6‐tri‐O‐methyl)‐β‐cyclodextrin (TM‐β‐CD) as chiral selector. The quantification of R‐Ibu in the mixture was performed using the normalization procedure. Linearity was evaluated in the range of 0.68–5.49% R‐Ibu (R\(^{2}\) = 0.999), recovery was found to range between 97 and 103%, the RSD of intra‐ and interday precision below 2.5%, and the limit of quantification for R‐ in S‐Ibu was calculated to be 0.21% (extrapolated) and 0.15% (dilution of racemic ibuprofen), respectively. Isomerization of S‐Ibu was observed under basic conditions by applying long milling times and high milling frequencies.
KW  - capillary electrophoresis
KW  - chiral separation
KW  - Ibuprofen
KW  - isomerization
KW  - validation
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225852
VL  - 42
IS  - 17-18
SP  - 1790
EP  - 1799
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Zahoranová, Anna
A1  - Luxenhofer, Robert
T1  - Poly(2‐oxazoline)‐ and Poly(2‐oxazine)‐Based Self‐Assemblies, Polyplexes, and Drug Nanoformulations—An Update
JF  - Advanced Healthcare Materials
N2  - For many decades, poly(2‐oxazoline)s and poly(2‐oxazine)s, two closely related families of polymers, have led the life of a rather obscure research topic with only a few research groups world‐wide working with them. This has changed in the last five to ten years, presumably triggered significantly by very promising clinical trials of the first poly(2‐oxazoline)‐based drug conjugate. The huge chemical and structural toolbox poly(2‐oxazoline)s and poly(2‐oxazine)s has been extended very significantly in the last few years, but their potential still remains largely untapped. Here, specifically, the developments in macromolecular self‐assemblies and non‐covalent drug delivery systems such as polyplexes and drug nanoformulations based on poly(2‐oxazoline)s and poly(2‐oxazine)s are reviewed. This highly dynamic field benefits particularly from the extensive synthetic toolbox poly(2‐oxazoline)s and poly(2‐oxazine)s offer and also may have the largest potential for a further development. It is expected that the research dynamics will remain high in the next few years, particularly as more about the safety and therapeutic potential of poly(2‐oxazoline)s and poly(2‐oxazine)s is learned.
KW  - block copolymers
KW  - colloids
KW  - cytotoxicity
KW  - drug delivery
KW  - micelles
KW  - microphase separation
KW  - thermogelling
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225833
VL  - 10
IS  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hojsgaard, Diego
A1  - Schartl, Manfred
T1  - Skipping sex: A nonrecombinant genomic assemblage of complementary reproductive modules
JF  - BioEssays
N2  - The unusual occurrence and developmental diversity of asexual eukaryotes remain a puzzle. De novo formation of a functioning asexual genome requires a unique assembly of sets of genes or gene states to disrupt cellular mechanisms of meiosis and gametogenesis, and to affect discrete components of sexuality and produce clonal or hemiclonal offspring. We highlight two usually overlooked but essential conditions to understand the molecular nature of clonal organisms, that is, a nonrecombinant genomic assemblage retaining modifiers of the sexual program, and a complementation between altered reproductive components. These subtle conditions are the basis for physiologically viable and genetically balanced transitions between generations. Genomic and developmental evidence from asexual animals and plants indicates the lack of complementation of molecular changes in the sexual reproductive program is likely the main cause of asexuals' rarity, and can provide an explanatory frame for the developmental diversity and lability of developmental patterns in some asexuals as well as for the discordant time to extinction estimations.
KW  - amphimixis
KW  - apomixis
KW  - automixis
KW  - gynogenesis
KW  - hybridogenesis
KW  - parthenogenesis
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225818
VL  - 43
IS  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Budiman, Yudha P.
A1  - Westcott, Stephen A.
A1  - Radius, Udo
A1  - Marder, Todd B.
T1  - Fluorinated Aryl Boronates as Building Blocks in Organic Synthesis
JF  - Advanced Synthesis & Catalysis
N2  - Organoboron compounds are well known building blocks for many organic reactions. However, under basic conditions, polyfluorinated aryl boronic acid derivatives suffer from instability issues that are accelerated in compounds containing an ortho‐fluorine group, which result in the formation of the corresponding protodeboronation products. Therefore, a considerable amount of research has focused on novel methodologies to synthesize these valuable compounds while avoiding the protodeboronation issue. This review summarizes the latest developments in the synthesis of fluorinated aryl boronic acid derivatives and their applications in cross‐coupling reactions and other transformations.

image
KW  - homogeneous catalysis
KW  - boron reagents
KW  - boronates
KW  - fluorine
KW  - fluoroarene
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225908
VL  - 363
IS  - 9
SP  - 2224
EP  - 2255
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ravat, Prince
T1  - Carbo[n]helicenes Restricted to Enantiomerize: An Insight into the Design Process of Configurationally Stable Functional Chiral PAHs
JF  - Chemistry – A European Journal
N2  - The most important stereodynamic feature of carbo[n]helicenes is the interconversion of their enantiomers. The Gibbs activation energy (ΔG≠(T)) of this process, which determines the rate of enantiomerization, dictates the configurational stability of [n]helicenes. High values of ΔG≠(T) are required for applications of functional chiral molecules incorporating [n]helicenes or helicene substructures. This minireview provides an overview of the mechanism, recent developments, and factors affecting the enantiomerization of [n]helicenes, which will accelerate the design process of configurationally stable functional chiral molecules based on helicene substructures. Additionally, this minireview addresses the misconception and irregularities in the recent literature on how the terms “racemization” and “enantiomerization” are used as well as how the activation parameters are calculated for [n]helicenes and related compounds.
KW  - [n]helicenes
KW  - configurational stability
KW  - enantiomerization
KW  - Gibbs activation energy
KW  - racemization
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225871
VL  - 27
IS  - 12
SP  - 3957
EP  - 3967
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sprenger, Philipp P.
A1  - Müsse, Christian
A1  - Hartke, Juliane
A1  - Feldmeyer, Barbara
A1  - Schmitt, Thomas
A1  - Gebauer, Gerhard
A1  - Menzel, Florian
T1  - Dinner with the roommates: trophic niche differentiation and competition in a mutualistic ant‐ant association
JF  - Ecological Entomology
N2  - 1. The potential for competition is highest among species in close association. Despite net benefits for both parties, mutualisms can involve costs, including food competition. This might be true for the two neotropical ants Camponotus femoratus and Crematogaster levior, which share the same nest in a presumably mutualistic association (parabiosis).
2. While each nest involves one Crematogaster and one Camponotus partner, both taxa were recently found to comprise two cryptic species that show no partner preferences and seem ecologically similar. Since these cryptic species often occur in close sympatry, they might need to partition their niches to avoid competitive exclusion.
3. Here, we investigated first, is there interference competition between parabiotic Camponotus and Crematogaster, and do they prefer different food sources under competition? And second, is there trophic niche partitioning between the cryptic species of either genus?
4. Using cafeteria experiments, neutral lipid fatty acid and stable isotope analyses, we found evidence for interference competition, but also trophic niche partitioning between Camponotus and Crematogaster. Both preferred protein‐ and carbohydrate‐rich baits, but at protein‐rich baits Ca. femoratus displaced Cr. levior over time, suggesting a potential discovery‐dominance trade‐off between parabiotic partners. Only limited evidence was found for trophic differentiation between the cryptic species of each genus.
5. Although we cannot exclude differentiation in other niche dimensions, we argue that neutral dynamics might mediate the coexistence of cryptic species. This model system is highly suitable for further studies of the maintenance of species diversity and the role of mutualisms in promoting species coexistence.
KW  - Cryptic species
KW  - Formicidae
KW  - neutral theory
KW  - niche partitioning
KW  - nutrition
KW  - parabiosis
KW  - species coexistence mechanism
KW  - trade‐offs
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228215
VL  - 46
IS  - 3
SP  - 562
EP  - 572
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Du, Baoguo
A1  - Ma, Yuhua
A1  - Yáñez‐Serrano, Ana Maria
A1  - Arab, Leila
A1  - Fasbender, Lukas
A1  - Alfarraj, Saleh
A1  - Albasher, Gadah
A1  - Hedrich, Rainer
A1  - White, Philip J.
A1  - Werner, Christiane
A1  - Rennenberg, Heinz
T1  - Physiological responses of date palm (Phoenix dactylifera) seedlings to seawater and flooding
JF  - New Phytologist
N2  - In their natural environment along coast lines, date palms are exposed to seawater inundation and, hence, combined stress by salinity and flooding.

To elucidate the consequences of this combined stress on foliar gas exchange and metabolite abundances in leaves and roots, date palm seedlings were exposed to flooding with seawater and its major constituents under controlled conditions.

Seawater flooding significantly reduced CO\(_{2}\) assimilation, transpiration and stomatal conductance, but did not affect isoprene emission. A similar effect was observed upon NaCl exposure. By contrast, flooding with distilled water or MgSO\(_{4}\) did not affect CO\(_{2}\)/H\(_{2}\)O gas exchange or stomatal conductance significantly, indicating that neither flooding itself, nor seawater sulfate, contributed greatly to stomatal closure. Seawater exposure increased Na and Cl contents in leaves and roots, but did not affect sulfate contents significantly. Metabolite analyses revealed reduced abundances of foliar compatible solutes, such as sugars and sugar alcohols, whereas nitrogen compounds accumulated in roots.

Reduced transpiration upon seawater exposure may contribute to controlling the movement of toxic ions to leaves and, therefore, can be seen as a mechanism to cope with salinity. The present results indicate that date palm seedlings are tolerant towards seawater exposure to some extent, and highly tolerant to flooding.
KW  - compatible solutes and other metabolites
KW  - date palm
KW  - flooding
KW  - salinity
KW  - shoot–root interaction
KW  - stomatal conductance
KW  - sulfate
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228226
VL  - 229
IS  - 6
SP  - 3318
EP  - 3329
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Seibold, Sebastian
A1  - Hothorn, Torsten
A1  - Gossner, Martin M.
A1  - Simons, Nadja K.
A1  - Blüthgen, Nico
A1  - Müller, Jörg
A1  - Ambarlı, Didem
A1  - Ammer, Christian
A1  - Bauhus, Jürgen
A1  - Fischer, Markus
A1  - Habel, Jan C.
A1  - Penone, Caterina
A1  - Schall, Peter
A1  - Schulze, Ernst‐Detlef
A1  - Weisser, Wolfgang W.
T1  - Insights from regional and short‐term biodiversity monitoring datasets are valuable: a reply to Daskalova et al. 2021
JF  - Insect Conservation and Diversity
N2  - Reports of major losses in insect biodiversity have stimulated an increasing interest in temporal population changes. Existing datasets are often limited to a small number of study sites, few points in time, a narrow range of land‐use intensities and only some taxonomic groups, or they lack standardised sampling. While new monitoring programs have been initiated, they still cover rather short time periods.
Daskalova et al. 2021 (Insect Conservation and Diversity, 14, 1‐18) argue that temporal trends of insect populations derived from short time series are biased towards extreme trends, while their own analysis of an assembly of shorter‐ and longer‐term time series does not support an overall insect decline. With respect to the results of Seibold et al. 2019 (Nature, 574, 671–674) based on a 10‐year multi‐site time series, they claim that the analysis suffers from not accounting for temporal pseudoreplication.
Here, we explain why the criticism of missing statistical rigour in the analysis of Seibold et al. (2019) is not warranted. Models that include ‘year’ as random effect, as suggested by Daskalova et al. (2021), fail to detect non‐linear trends and assume that consecutive years are independent samples which is questionable for insect time‐series data.
We agree with Daskalova et al. (2021) that the assembly and analysis of larger datasets is urgently needed, but it will take time until such datasets are available. Thus, short‐term datasets are highly valuable, should be extended and analysed continually to provide a more detailed understanding of insect population changes under the influence of global change, and to trigger immediate conservation actions.
KW  - Arthropod
KW  - biodiversity
KW  - insect decline
KW  - land use
KW  - time series
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228309
VL  - 14
IS  - 1
SP  - 144
EP  - 148
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Rosenfeldt, Mathias T.
A1  - Hartmann, Elena M.
A1  - Leng, Corinna
A1  - Rosenwald, Andreas
A1  - Anagnostopoulos, Ioannis
T1  - A case of nodular lymphocyte predominant Hodgkin lymphoma with unexpected EBV-latency type
JF  - Annals of Hematology
N2  - No abstract available.
KW  - nodular lymphcyte
KW  - Hodgkin lymphoma
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-232571
SN  - 0939-5555
VL  - 100
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Höhn, Stefan
A1  - Frimmel, Hartwig E.
A1  - Debaille, Vinciane
A1  - Price, Westley
T1  - Pre‐Klondikean oxidation prepared the ground for Broken Hill‐type mineralization in South Africa
JF  - Terra Nova
N2  - New Cu isotope data obtained on chalcopyrite from the Black Mountain and the Broken Hill deposits in the medium‐ to high‐grade metamorphic Aggeneys‐Gamsberg ore district (South Africa) require a revision of our understanding of the genesis of metamorphic Broken Hill‐type massive sulphide deposits. Chalcopyrite from both deposits revealed unusually wide ranges in δ\(^{65}\)Cu (−2.41 to 2.84‰ NIST 976 standard) in combination with distinctly positive mean values (0.27 and 0.94‰, respectively). This is interpreted to reflect derivation from various silicate and oxide precursor minerals in which Cu occurred in higher oxidation states. Together with the observation of a typical supergene base metal distribution within the deposits and their spatial association with an unconformity only meters above the ore horizon, our new data are best explained by supergene oxidation of originally possibly SEDEX deposits prior to metamorphic sulphide formation, between the Okiepian (1,210–1,180 Ma) and Klondikean (1,040–1,020 Ma) orogenic events.
KW  - South Africa
KW  - mineralization
KW  - Broken Hill
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218545
VL  - 33
IS  - 2
SP  - 168
EP  - 173
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Almeida, R.
A1  - Hristova, S.
A1  - Dashkovskiy, S.
T1  - Uniform bounded input bounded output stability of fractional‐order delay nonlinear systems with input
JF  - International Journal of Robust and Nonlinear Control
N2  - The bounded input bounded output (BIBO) stability for a nonlinear Caputo fractional system with time‐varying bounded delay and nonlinear output is studied. Utilizing the Razumikhin method, Lyapunov functions and appropriate fractional derivatives of Lyapunov functions some new bounded input bounded output stability criteria are derived. Also, explicit and independent on the initial time bounds of the output are provided. Uniform BIBO stability and uniform BIBO stability with input threshold are studied. A numerical simulation is carried out to show the system's dynamic response, and demonstrate the effectiveness of our theoretical results.
KW  - bounded input bounded output stability
KW  - Caputo fractional derivative
KW  - Lyapunov functions
KW  - Razumikhin method
KW  - time‐varying delay
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218554
VL  - 31
IS  - 1
SP  - 225
EP  - 249
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rücker, Viktoria
T1  - Time trends and determinants of stroke mortality in Germany
T1  - Zeitliche Trends und Einflussfaktoren auf die Schlaganfall-Sterblichkeit in Deutschland
N2  - In several countries, a decline in mortality, case-fatality and recurrence rates of stroke was observed. However, studies investigating sex-specific and subtype-specific (pathological and etiological) time trends in stroke mortality, case-fatality and recurrence rates are scarce, especially in Germany. The decline in ischemic stroke mortality and case-fatality might be associated with the high quality of acute care of ischemic stroke, but the exact determinants of early outcome remains unknown for Germany.

Therefore, as first step of this thesis, we investigated the time trends of subtype- and sex-specific age- standardized stroke mortality rates in Germany from 1998 to 2015, by applying joinpoint regression on official causes of death statistics, provided by the Federal Statistical Office. Furthermore, a regional comparison of the time trends in stroke mortality between East and West was conducted. In the second step, time trends in case-fatality and stroke recurrence rates were analyzed using data from a population- based stroke register in Germany between 1996 and 2015. The analysis was stratified by sex and etiological subtype of ischemic stroke. In the third step, quality of stroke care and the association between adherence to measures of quality of acute ischemic stroke care and in-hospital mortality was estimated based on data from nine regional hospital-based stroke registers in Germany from the years 2015 and 2016.

We showed that in Germany, age-standardized stroke mortality declined by over 50% from 1998 to 2015 both, in women and men. Stratified by the pathological subtypes of stroke, the decrease in mortality was larger in ischemic stroke compared to hemorrhagic stroke. Different patterns in the time trends of stroke were observed for stroke subtypes, regions in Germany (former Eastern part of Germany (EG), former Western part of Germany (WG)) and sex, but in all strata a decline was found. By applying joinpoint regression, the number of changes in time trend differed between the regions and up to three changes in the trend in ischemic stroke mortality were detected. Trends in hemorrhagic stroke were in parallel between the regions with up to one change (in women) in joinpoint regression. Comparing the regions, stroke mortality was higher in EG compared to WG throughout the whole observed time period, however the differences between the regions started to diminish from 2007 onwards.
 
Further it was found that, based on the population-based Erlangen Stroke Project (ESPro), case-fatality and recurrence rates in ischemic stroke patients are still high in Germany. 46% died and 20% got a recurrent stroke within the first five years after stroke. Case-fatality rates declined statistically significant from 1996 to 2015 across all ischemic stroke patients and all etiological subtypes of ischemic stroke. Based on Cox regression no statistically significant decrease in stroke recurrence was observed.

Based on the pooled data of nine regional hospital-based stroke registers from the years 2015 and 2016 covering about 80% of all hospitalized stroke patients in Germany, a high quality of care of acute ischemic stroke patients, measured via 11 evidence-based quality indicators (QI) of process of care, was observed. Across all registers, most QI reached the predefined target values for good quality of stroke care. 9 out of 11 QI showed a significant association with 7-day in-hospital mortality. An inverse linear association between overall adherence to QI and 7-day in-hospital mortality was observed.

In conclusion, stroke mortality and case-fatality showed a favorable development over time in Germany, which might partly be due to improvements in acute treatment. This is supported by the association between overall adherence to quality of care and in-hospital mortality. However, there might be room for improvements in long-term secondary prevention, as no clear reduction in recurrence rates was observed.
N2  - Ein Rückgang der Mortalität-, Letalität- und Rezidivraten nach einem Schlaganfall konnte in einigen Ländern in den letzten Jahren beobachtet werden. Es gibt, insbesondere für Deutschland, jedoch nur wenige Daten, die diese zeitlichen Trends stratifiziert nach Geschlecht und Schlaganfallsubtyp (pathologischer und ätiologischer Subtyp) ausgewertet haben. Der Rückgang der Mortalität und Letalität nach ischämischem Schlaganfall könnte mit der beobachteten hohen Qualität der Versorgung des akuten ischämischen Schlaganfalls zusammenhängen, jedoch sind für Deutschland die genauen Determinanten der frühen Sterblichkeit nach Schlaganfall noch unbekannt.

Aus diesem Grunde wurden in der vorliegenden Dissertation, im ersten Schritt zeitliche Trends von 1998 bis 2015 der altersstandardisierten und nach Subtyp und Geschlecht stratifizierten Mortalitätsraten untersucht. Dazu wurden die vom Statistischen Bundesamtes bereitgestellten Daten zur Todesursachenstatistik mittels Joinpoint Regression ausgewertet. Zusätzlich wurde ein regionaler Vergleich der zeitlichen Trends in der Schlaganfallmortalität zwischen der östlichen und westlichen Region von Deutschland durchgeführt. Im zweiten Schritt, wurde basierend auf einem deutschem bevölkerungsbasierten Schlaganfallregister mittels Cox Regression die zeitlichen Trends der Letalitätsraten und Rezidivraten des ischämischen Schlaganfalls zwischen 1996 und 2015 geschätzt. Die Analyse wurde stratifiziert nach Geschlecht und ätiologischem Subtyp des ischämischen Schlaganfalls. Im dritten Schritt wurde, basierend auf Daten von neun regionalen krankenhausbasierten Schlaganfallregistern der Jahre 2015 und 2016, die Qualität der Behandlung des akuten ischämischen gemessen und ein möglicher Zusammenhang zwischen dem Grad der Erfüllung von evidenzbasierten Qualitätsindikatoren und der Krankenhaussterblichkeit untersucht.

Wir konnten zeigen, dass von 1998 bis 2015 die altersstandardisierten Schlaganfall Mortalitätsraten über 50%, sowohl bei Männern als auch bei Frauen, abgenommen haben. Stratifiziert nach pathologischem Schlaganfallsubtyp zeigte sich ein stärkerer Rückgang in den Mortalitätsraten nach ischämischem Schlaganfall als in der Mortalitätsrate nach hämorrhagischem Schlaganfall. In allen Strata sind die Mortalitätsraten gesunken, jedoch unterschieden sich die zeitlichen Verläufe zwischen den Strata
 
(Geschlecht, Region). Die mittels Joinpoint Regression geschätzten Anzahlen an Änderungen im zeitlichen Trend der ischämischen Schlaganfall Mortalitätsraten variierten zwischen 0 und maximal 3 Änderungen, zwischen den Regionen und Geschlechtern. Die zeitlichen Trends der Mortalitätsraten nach hämorrhagischem Schlaganfall der beiden Regionen verliefen hingegen parallel zueinander und es zeigte sich nur bei Frauen eine Änderung in der Mortalitätsrate nach der Joinpoint Regression. Die Schlaganfall Mortalitätsraten im östlichen Teil von Deutschland waren über die gesamte Zeit hinweg höher als im westlichen Teil von Deutschland, jedoch glichen sich die Raten ab 2007 immer mehr einander an und es zeigte sich nur noch ein geringer Unterschied in 2015.

Die altersadjustierten Letalitätsraten und Rezidivraten nach ischämischem Schlaganfall waren in Deutschland, basierend auf Daten des bevölkerungsbasierten Erlanger Schlaganfall Registers, relativ hoch. Innerhalb der ersten fünf Jahre nach einem ischämischen Schlaganfall sterben 46% und 20% aller Patienten bekommen einen erneuten Schlaganfall. Von 1996 bis 2015 haben die Letalitätsraten nach Schlaganfall signifikant abgenommen, dies zeigte sich in allen Subtypen des ischämischen Schlaganfalls. Die Rezidivraten zeigten keinen signifikanten Rückgang.

Basierend auf gepoolten Daten aus den Jahren 2015/2016 von neun krankenhausbasierten Schlaganfall Registern in Deutschland, die ca. 80% aller hospitalisierten Schlaganfälle in Deutschland abdecken, ist die, mittels 11 evidenzbasierter Prozessindikatoren gemessene Qualität der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls, hoch. In allen Registern lagen die meisten Qualitätsindikatoren über dem vorabdefinierten Referenzwert für eine gute Qualität an Schlaganfallversorgung. Ein Zusammenhang zwischen 7-Tage Krankenhaussterblichkeit und Erfüllung von einzelnen Qualitätsindikatoren, konnte bei 9 von 11 Qualitätsindikatoren gezeigt werden. Zusätzlich zeigte sich ein inverser Zusammenhang zwischen der Gesamteinhaltung von Qualitätsindikatoren und 7-Tage Krankenhaussterblichkeit.

Schlaganfall Mortalitätsrate und Letalitätsraten zeigten eine positive Entwicklung in allen Subtypen des Schlaganfalls über die letzten 20 Jahre. Dies könnte mit Verbesserungen in der Behandlung des akuten ischämischen Schlaganfalls im Krankenhaus zusammenhängen, da ein Zusammenhang zwischen der Erfüllung von Qualitätsindikatoren und der Krankenhaussterblichkeit besteht. Jedoch besteht
 
möglicherweise noch Verbesserungspotenzial in der langfristigen Sekundärprävention, da in den Rezidivraten kein klarer Rückgang erkennbar war.
KW  - Schlaganfall
KW  - Sterblichkeit
KW  - Rezidiv
KW  - Letalität
KW  - Trend
KW  - Qualitätsindikator
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233116
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meyer, Michael
T1  - Practical isogeny-based cryptography
T1  - Praktische Isogenie-basierte Kryptographie
N2  - This thesis aims at providing efficient and side-channel protected implementations of isogeny-based primitives, and at their application in threshold protocols. It is based on a sequence of academic papers.

Chapter 3 reviews the original variable-time implementation of CSIDH and introduces several optimizations, e.g. a significant improvement of isogeny computations by using both Montgomery and Edwards curves. In total, our improvements yield a speedup of 25% compared to the original implementation.
	
Chapter 4 presents the first practical constant-time implementation of CSIDH. We describe how variable-time implementations of CSIDH leak information on private keys, and describe ways to mitigate this. Further, we present several techniques to speed up the implementation. In total, our constant-time implementation achieves a rather small slowdown by a factor of 3.03.

Chapter 5 reviews practical fault injection attacks on CSIDH and presents countermeasures. We evaluate different attack models theoretically and practically, using low-budget equipment. Moreover, we present countermeasures that mitigate the proposed fault injection attacks, only leading to a small performance overhead of 7%.
	
Chapter 6 initiates the study of threshold schemes based on the Hard Homogeneous Spaces (HHS) framework of Couveignes. Using the HHS equivalent of Shamir’s secret sharing in the exponents, we adapt isogeny based schemes to the threshold setting. In particular, we present threshold versions of the CSIDH public key encryption and the CSI-FiSh signature scheme.
	
Chapter 7 gives a sieving algorithm for finding pairs of consecutive smooth numbers that utilizes solutions to the Prouhet-Tarry-Escott (PTE) problem. Recent compact isogeny-based protocols, namely B-SIDH and SQISign, both require large primes that lie between two smooth integers. Finding such a prime can be seen as a special case of finding twin smooth integers under the additional stipulation that their sum is a prime.
N2  - Die vorliegende Dissertation stellt effiziente und Seitenkanal-geschützte Implementierungen Isogenie-basierter Verfahren bereit, und behandelt deren Verwendung in Threshold-Protokollen. Sie basiert auf einer Reihe von Veröffentlichungen.

Kapitel 3 untersucht die originale variable-time Implementierung von CSIDH und beschreibt einige Optimierungen, wie etwa die effizientere Berechnung von Isogenien durch die Verwendung von Montgomery- und Edwards-Kurven. Insgesamt erreichen die Optimierungen eine Beschleuningung von 25% gegenüber der Referenzimplementierung.

Kapitel 4 enthält die erste effiziente constant-time Implementierung von CSIDH. Es beschreibt inwiefern variable-time Implementierungen Informationen über private Schlüssel liefern, und entsprechende Gegenmaßnahmen. Des Weiteren werden einige Techniken zur Optimierung der Implementierung beschrieben. Insgesamt ist die constant-time Implementierung nur etwa 3x langsamer.

Kapitel 5 untersucht praktische Fault-injection Attacken auf CSIDH und beschreibt Gegenmaßnahmen. Es betrachtet verschiedene Angriffsmodelle theoretisch und praktisch unter der Verwendung von low-budget Equipment. Die Gegenmaßnahmen führen zu einer sehr kleinen Performance-Verschlechterung von 7%.

Kapitel 6 initiiert die Untersuchung von Threshold-Verfahren basierend auf Hard Homogeneous Spaces (HHS). Unter Verwendung der HHS-Version von Shamir Secret Sharing im Exponenten, werden Threshold-Varianten der CSIDH Verschlüsselung und des CSI-FiSh Signaturschemas definiert.

Kapitel 7 enthält einen Sieb-Algorithmus zur Suche nach Paaren von aufeinanderfolgenden glatten Zahlen, unter Verwendung von Lösungen des Prouhet-Tarry-Escott-Problems. Die kürzlich veröffentlichten Isogenie-Verfahren B-SIDH und SQISign benötigen große Primzahlen, die zwischen zwei glatten ganzen Zahlen liegen. Die Suche nach solchen Primzahlen ist ein Spezialfall der Suche nach glatten benachbarten Zahlen, unter der zusätzlichen Bedingung dass deren Summe prim ist.
KW  - Kryptologie
KW  - Post-Quantum-Kryptografie
KW  - isogeny-based cryptography
KW  - CSIDH
KW  - elliptic curves
KW  - Elliptische Kurve
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246821
ER  - 
TY  - THES
A1  - Groma, Michaela
T1  - Identification of a novel LysR-type transcriptional regulator in \(Staphylococcus\) \(aureus\)
T1  - Identifizierung eines neuen Transkriptionsregulators vom LysR-Typ in \(Staphylococcus\) \(aureus\)
N2  - Staphylococcus aureus is a facultative pathogen which causes a variety of infections. The treatment of staphylococcal infections is complicated because the bacteria is resistant to multiple common antibiotics. S. aureus is also known to express a variety of virulence factors which modulate the host’s immune response in order to colonize and invade certain host cells, leading to the host cell’s death. Among the virulence factors is a LysR-type transcriptional regulator (lttr) which is required for efficient colonization of secondary organs. In a recent report, which used transposon screening on S. aureus-infected mice, it was found that the amount of a novel lttr852 mutant bacteria recovered from the kidneys was significantly lower compared to the wildtype strains.
This doctoral thesis therefore focused on phenotypical and molecular characterization of lttr852. An assessment of the S. aureus biofilm formation and the hemolysis revealed that lttr852 was not involved in the regulation of these virulence processes. RNA-sequencing for potential target genes of lttr852 identified differentially expressed genes that are involved in branched chain amino-acid biosynthesis, methionine sulfoxide reductase and copper transport, as well as a reduced transcription of genes encoding urease and of components of pyrimidine nucleotides. Promoter fusion with GFP reporters as as well as OmniLog were used to identify conditions under which the lttr852 was active. The promoter studies showed that glucose and high temperatures diminish the lttr852 promoter activity in a time-dependent manner, while micro-aerobic conditions enhanced the promoter activity. Copper was found to be a limiting factor. In addition, the impact on promoter activity of the lttr852 was tested in the presence of various regulators, but no central link to the genes involved in virulence was identified. 
The present work, thus, showed that lttr852, a new member of the class of LysR-type transcriptional regulators in S. aureus, has an important role in the rapid adaptation of S. aureus to the changing microenvironment of the host.
N2  - Staphylococcus aureus ist ein fakultativer Erreger, der eine Vielzahl von Infektionen verursacht. Die Behandlung von Staphylokokken-Infektionen ist aufgrund des Auftretens einer Resistenz gegen mehrere gängige Antibiotika kompliziert. Es ist bekannt, dass S. aureus eine Vielzahl von Virulenzfaktoren exprimiert, um die Immunantwort des Wirts zu umgehen, und so in bestimmte Wirtszellen einzudringen und diese zu kolonisieren, was zum Tod von Wirtszellen führen kann. Unter den Virulenzfaktoren befindet sich ein Transkriptions-regulator vom LysR-Typ (lttr), der für eine effiziente Besiedlung von Sekundärorganen erforderlich ist. In einem kürzlich durchgeführten Transposon-Screen, bei dem Mäuse mit S. aureus infiziert wurden, wurde ein neuartiger lttr, der lttr852 identifiziert, bei dem aus den Nieren gewonnenen Bakterien signifikant dezimiert waren.
Diese Doktorarbeit befasste sich mit der phänotypischen und molekularen Charakterisierung von lttr852. Die Auswertung der Biofilmbildung und der Hämolyse von S. aureus ergab, dass lttr852 nicht an der Regulation dieser Virulenzprozesse beteiligt war. Die RNA-Sequenzierung für potenzielle Zielgene von lttr852 identifizierte sowohl eine erhöhte Expression von Genen, die in der Aminosäuren-Biosynthese, Methionin-Sulfoxid-Reduktase und dem Kupfertransport involviert sind, als auch eine verringerte Transkription von codierenden Genen der Urease und Komponenten der Pyrimidin Nukleotide. Die Promotorfusion mit dem GFP-Reporter sowie das OmniLog System wurden verwendet, um Bedingungen zu identifizieren unter denen das lttr852 aktiv ist. Die Promotorstudien ergaben, dass die Anwesenheit von Glucose und eine erhöhte Temperatur die Promotoraktivität von lttr852 zeitabhängig herabsetzt, wobei die Aktivität durch mikroaerobe Bedingungen begünstigt wird. Kupfer wurde als limitierender Faktor identifiziert. Außerdem wurde der Einfluss diverser Regulatoren auf die transkriptionelle Regulation von lttr852 kontrolliert, jedoch keine zentrale Rolle in der Regulation von Virulenzgenen zugewiesen. 
Damit konnte innerhalb der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass lttr852, ein neues Mitglied  der Klasse der LysR-Typ Transkriptionsregulatoren in S. aureus, eine wichtige Rolle in der schnellen Adaption von S. aureus an die wechselnde Mikroumgebungen des Wirts hat.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - transcriptional regulation
KW  - metabolic adaptation
KW  - secondary site infection
KW  - LysR-type
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246757
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Tran-Gia, Phuoc
A1  - Hoßfeld, Tobias
T1  - Performance Modeling and Analysis of Communication Networks
BT  - A Lecture Note
N2  - This textbook provides an introduction to common methods of performance modeling and analysis of communication systems. These methods form the basis of traffic engineering, teletraffic theory, and analytical system dimensioning. The fundamentals of probability theory, stochastic processes, Markov processes, and embedded Markov chains are presented. Basic queueing models are described with applications in communication networks. Advanced methods are presented that have been frequently used in recent practice, especially discrete-time analysis algorithms, or which go beyond classical performance measures such as Quality of Experience or energy efficiency. Recent examples of modern communication networks include Software Defined Networking and the Internet of Things. Throughout the book, illustrative examples are used to provide practical experience in performance modeling and analysis.

Target group: The book is aimed at students and scientists in computer science and technical computer science, operations research, electrical engineering and economics.
N2  - Dieses Lehrbuch bietet eine Einführung in gängige Methoden zur Modellbildung und analytische Leistungsbewertung von Kommunikationssystemen. Diese Methoden bilden die Grundlage für Verkehrstheorie und Systemdimensionierung. Die Grundlagen der Wahrscheinlichkeitstheorie, stochastische Prozesse, Markov-Prozesse und eingebettete Markov-Ketten werden vorgestellt. Grundlegende Warteschlangenmodelle werden mit Anwendungen aus Kommunikationsnetzwerken beschrieben. Es werden auch weiterführende Methoden vorgestellt, die in der jüngeren Praxis häufig verwendet wurden, insbesondere zeitdiskrete Analysealgorithmen, oder QoE und Energieeffizienz. Aktuelle Beispiele für moderne Kommunikationsnetze sind Software Defined Networking oder das Internet der Dinge. Im gesamten Buch werden anschauliche Beispiele verwendet, um praktische Erfahrungen in der Leistungsmodellierung und -analyse zu vermitteln.

Zielgruppe: Das Buch richtet sich an Studierende und WissenschaftlerInnen aus den Bereichen Informatik und technische Informatik, Operations Research, Elektrotechnik und Wirtschaftswissenschaft.
KW  - performance modeling
KW  - Markovian and Non-Markovian systems
KW  - discrete-time models and analysis
KW  - communication networks
KW  - communication network
KW  - performance evaluation
KW  - Markov model
KW  - stochastic processes
KW  - queueing theory
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241920
SN  - 978-3-95826-152-5
SN  - 978-3-95826-153-2
N1  - Parallel erschienen als Druckausgabe in Würzburg University Press, 978-3-95826-152-5, 65,00 Euro.
PB  - Würzburg University Press
CY  - Würzburg
ET  - 1st edition
ER  - 
TY  - THES
A1  - Markert, Sebastian Matthias
T1  - Enriching the understanding of synaptic architecture from single synapses to networks with advanced imaging techniques
T1  - Vertiefung des Verständnisses synaptischer Architektur von der einzelnen Synapse bis zum Netzwerk mit modernsten bildgebenden Verfahren
N2  - Because of its complexity and intricacy, studying the nervous system is often challenging. Fortunately, the small nematode roundworm Caenorhabditis elegans is well established as a model system for basic neurobiological research. The C. elegans model is also the only organism with a supposedly complete connectome, an organism-wide map of synaptic connectivity resolved by electron microscopy, which provides some understanding of how the nervous system works as a whole. However, the number of available data-sets is small and the connectome contains errors and gaps. One example of this concerns electrical synapses. Electrical synapses are formed by gap junctions and difficult to map due to their often ambiguous morphology in electron micrographs, leading to misclassification or omission. On the other hand, chemical synapses are more easily mapped, but many aspects of their mode of operation remain elusive and their role in the C. elegans connectome is oversimplified. A comprehensive understanding of signal transduction of neurons between each other and other cells will be indispensable for a comprehensive understanding of the nervous system. In this thesis, I approach these challenges with a combination of advanced light and electron microscopy techniques.
First, this thesis describes a strategy to increase synaptic specificity in connectomics. Specifically, I classify gap junctions with a high degree of confidence. To achieve this, I utilized array tomography (AT). In this thesis, AT is adapted for high-pressure freezing to optimize for structure preservation and for super-resolution light microscopy; in this manner, I aim to bridge the gap between light and electron microscopy resolutions. I call this adaptation super-resolution array tomography (srAT). The srAT approach made it possible to clearly identify and map gap junctions with high precision and accuracy. The results from this study showcased the feasibility of incorporating electrical synapses into connectomes in a systematic manner, and subsequent studies have used srAT for other models and questions.
As mentioned above, the C. elegans connectomic model suffers from a shortage of datasets. For most larval stages, including the special dauer larval stage, connectome data is completely missing up to now. To obtain the first partial connectome data-set of the C. elegans dauer larva, we used focused ion-beam scanning electron microscopy (FIB-SEM). This technique offers an excellent axial resolution and is useful for acquiring large volumes for connectomics. Together with our collaborators, I acquired several data-sets which enable the analysis of dauer stage-specific “re-wiring” of the nervous system and thus offer valuable insights into connectome plasticity/variability.
While chemical synapses are easy to map relative to electrical synapses, signal transduction via chemical transmitters requires a large number of different proteins and molecular processes acting in conjunction in a highly constricted space. Because of the small spatial scale of the synapse, investigating protein function requires very high resolution, which electron tomography provides. I analyzed electron tomograms of a worm-line with a mutant synaptic protein, the serine/threonine kinase SAD-1, and found remarkable alterations in several architectural features. My results confirm and re-contextualize previous findings and provide new insight into the functions of this protein at the chemical synapse.
Finally, I investigated the effectiveness of our methods on “malfunctioning,” synapses, using an amyotrophic lateral sclerosis (ALS) model. In the putative synaptopathy ALS, the mechanisms of motor neuron death are mostly unknown. However, mutations in the gene FUS (Fused in Sarcoma) are one known cause of the disease. The expression of the mutated human FUS in C. elegans was recently shown to produce an ALS-like phenotype in the worms, rendering C. elegans an attractive disease model for ALS. Together with our collaboration partners, I applied both srAT and electron tomography methods to “ALS worms” and found effects on vesicle docking. These findings help to explain electrophysiological recordings that revealed a decrease in frequency of mini excitatory synaptic currents, but not amplitudes, in ALS worms compared to controls. In addition, synaptic endosomes appeared larger and contained electron-dense filaments in our tomograms. These results substantiate the idea that mutated FUS impairs vesicle docking and also offer new insights into further molecular mechanisms of disease development in FUS-dependent ALS. Furthermore, we demonstrated the broader applicability of our methods by successfully using them on cultured mouse motor neurons.
Overall, using the C. elegans model and a combination of light and electron microscopy methods, this thesis helps to elucidate the structure and function of neuronal synapses, towards the aim of obtaining a comprehensive model of the nervous system.
N2  - Das Nervensystem ist ein definierendes Merkmal aller Tiere, unter anderem verantwortlich für Sinneswahrnehmung, Bewegung und „höhere“ Hirnfunktionen. Wegen dessen Komplexität und Feingliedrigkeit stellt das Erforschen des Nervensystems oft eine Herausforderung dar. Jedoch ist der kleine Fadenwurm Caenorhabditis elegans als Modellsystem für neurobiologische Grundlagenforschung gut etabliert. Erbesitzt eines der kleinsten und unveränderlichsten bekannten Nervensysteme. C.elegans ist auch das einzige Modell, für das ein annähernd vollständiges Konnektom vorliegt, eine durch Elektronenmikroskopie erstellte Karte der synaptischen Verbindungen eines gesamten Organismus, die Einblicke in die Funktionsweise des Nervensystems als Ganzes erlaubt. Allerdings ist die Anzahl der verfügbaren Datensätze gering und das Konnektom enthält Fehler und Lücken. Davon sind beispielsweise elektrische Synapsen betroffen. Elektrische Synapsen werden von Gap Junctions gebildet und sind auf Grund ihrer oft uneindeutigen Morphologie in elektronenmikroskopischen Aufnahmen schwierig zu kartieren, was dazu führt, dass einige falsch klassifiziert oder übersehen werden. Chemische Synapsen sind dagegen einfacher zu kartieren, aber viele Aspekte ihrer Funktionsweise sind schwer zu erfassen und ihre Rolle im Konnektom von C.elegans ist daher zu vereinfacht dargestellt. Ein umfassendes Verständnis der Signaltransduktion von Neuronen untereinander und zu anderen Zellen wird Voraussetzung für ein vollständiges Erfassen des Nervensystems sein. In der vorliegenden Arbeit gehe ich diese Herausforderungen mithilfe einer Kombination aus modernsten licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren an. Zunächst beschreibt diese Arbeit eine Strategie, um die synaptische Spezifität in der Konnektomik zu erhöhen, indem ich Gap Junctions mit einem hohen Maß an Genauigkeit klassifiziere. Um dies zu erreichen, nutzte ich array tomography (AT), eine Technik, die Licht- und Elektronenmikrokopie miteinander korreliert. In dieser Arbeit wird AT adaptiert für Hochdruckgefrierung, um die Strukturerhaltung zu optimieren, sowie für ultrahochauflösende Lichtmikroskopie; so wird die Kluft zwischen den Auflösungsbereichen von Licht- und Elektronenmikroskopie überbrückt. Diese Adaption nenne ich super-resolution array tomography (srAT). Der srATAnsatz machte es möglich, Gap Junctions mit hoher Präzision und Genauigkeit klar zu identifizieren. Für diese Arbeit konzentrierte ich mich dabei auf Gap Junctions des retrovesikulären Ganglions von C.elegans. Die Ergebnisse dieser Studie veranschaulichen, wie es möglich wäre, elektrische Synapsen systematisch in Konnektome aufzunehmen. Nachfolgende Studien haben srAT auch auf andere Modelle und Fragestellungen angewandt ...
KW  - Caenorhabditis elegans
KW  - Synapse
KW  - Elektronenmikroskopie
KW  - Myatrophische Lateralsklerose
KW  - connectomics
KW  - focused ion-beam scanning electron microscopy
KW  - super-resolution array tomography
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189935
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TY  - THES
A1  - Peethambaran Nair Syamala, Pradeep
T1  - Bolaamphiphilic Rylene Bisimides: Thermodynamics of Self-assembly and Stimuli-responsive Properties in Water
T1  - Bolaamphiphile Rylenebisimide: Thermodynamik der Selbstorganisation und Stimuli-responsiven Merkmale in Wasser
N2  - The present thesis demonstrates how different thermodynamic aspects of self-assembly and stimuli-responsive properties in water can be encoded on the structure of π-amphiphiles, consisting of perylene or naphthalene bisimide cores. Initially, quantitative thermodynamic insights into the entropically-driven self-assembly was studied for a series of naphthalene bisimides with UV/Vis and ITC measurements, which demonstrated that their thermodynamic profile of aggregation is heavily influenced by the OEG side chains. Subsequently, a control over the bifurcated thermal response of entropically driven and commonly observed enthalpically driven self-assembly was achieved by the modulation of glycol chain orientation. Finally, Lower Critical Solution Temperature (LCST) phenomenon observed for these dyes was investigated as a precise control of this behavior is quintessential for self-assembly studies as well as to generate ‘smart’ materials. It could be shown that the onset of phase separation for these molecules can be encoded in their imide substituents, and they are primarily determined by the supramolecular packing, rather than the hydrophobicity of individual monomers.
N2  - Die vorliegende Arbeit zeigt, wie verschiedene thermodynamische Aspekte der Selbstorganisation sowie die Stimuli-responsiven Merkmale in Wasser mittels der Struktur von π-Amphiphilen mit Perylen- oder Naphthalinbisimidkernen programmiert werden können. Zunächst wurden quantitative thermodynamische Einblicke in die entropisch getriebene Selbstorganisation für eine Reihe von Naphthalinbisimiden mit UV / Vis- und ITC-Messungen untersucht. Diese zeigten, dass ihr thermodynamisches Aggregationsprofil stark von den Oligoethylenglykol-Seitenketten beeinflusst wird. Anschließend wurde durch gezielte Modulation der Glykolketten und der daraus resultierenden Neuorientierung der Ketten, eine Kontrolle über die Thermodynamik der Selbstassemblierung zwischen der häufiger beobachtbaren enthalpisch getriebenen und der entropisch getriebenen Selbstorganisation erreicht. Schließlich wurde das für diese Farbstoffe beobachtete Phänomen der niedrigeren kritischen Lösungstemperatur (LCST) untersucht, da eine genaue Kontrolle dieses Verhaltens für Selbstorganisationsstudien sowie für die Erzeugung „intelligenter“ Materialien von entscheidender Bedeutung ist. Es konnte gezeigt werden, dass der Beginn der Phasentrennung für diese Moleküle von ihren Imidsubstituenten und hauptsächlich durch die supramolekulare Packung bestimmt werden und nicht durch die Hydrophobie einzelner Monomere.
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Aggregation
KW  - Selbstorganisation
KW  - Wasser
KW  - Supramolecular Chemistry
KW  - Thermodynamics
KW  - Self-assembly
KW  - Lower Critical Solution Temperature (LCST)
KW  - Water
KW  - Organische Chemie
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213424
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TY  - THES
A1  - Duan, Xiaodong
T1  - Development of new channelrhodopsin versions with enhanced plasma membrane targeting and high calcium/sodium conductance
T1  - Entwicklung neuer Channelrhodopsin-Versionen mit verbessertem Plasmamembrantargeting und hoher Na+- und Ca2+-Leitfähigkeit
N2  - The technique to manipulate cells or living animals by illumination after gene transfer of light-sensitive proteins is called optogenetics. Successful optogenetics started with the use of the light-gated cation channel channelrhodopsin-2 (ChR2). After early demonstrations of the power of ChR2, further light-sensitive ion channels and ion pumps were recruited to the optogenetic toolbox. Furthermore, mutations and chimera of ChR2 improved its versatility.
However, there is still a need for improved optogenetic tools, e.g. with higher permeability for calcium or better expression in the plasma membrane. In this thesis, my work focuses on the design of highly functional channelrhodopsins with enhanced Na+ and Ca2+ conductance.
First, I tested different N-terminal signal peptides to improve the plasma membrane targeting of Channelrhodopsins. We found that a N-terminal peptide, named LR, could improve the plasma membrane targeting of many rhodopsins. Modification with LR contributed to three to ten-fold larger photocurrents (than that of the original version) of multiple channelrhodopsins, like ChR2 from C. reinhardtii (CrChR2), PsChR, Chrimson, CheRiff, CeChR, ACRs, and the light-activated pump rhodopsins KR2, Jaw, HR.
Second, by introducing point mutation, I could further improve the light sensitivity and photocurrent of different channelrhodopsins. For instance, ChR2-XXM 2.0, ChR2-XXL 2.0 and PsChR D139H 2.0 exhibited hundred times larger photocurrents than wild type ChR2 and they show high light sensitivity. Also, the Ca2+ permeable channelrhodopsins PsCatCh 2.0f and PsCatCh 2.0e show very large photocurrents and fast kinetics. In addition, I also characterized a novel bi-stable CeChR (from the acidophilic green alga Chlamydomonas eustigma) with a much longer closing time.
Third, I analysed the ion selectivity of different ChRs, which provides a basis for rational selection of channelrhodopsins for different experimental purposes. I demonstrate that ChR2, Chronos, Chrimson, CheRiff and CeChR are highly proton conductive, compared with wild type PsChR. Interestingly, Chronos has the lowest potassium conductance among these channelrhodopsins. Furthermore, I found that mutation of an aspartate in TM4 of ChR2 (D156) and PsChR (D139) to histidine obviously increased both the sodium and calcium permeability while proton conductance was reduced. PsChR D139H 2.0 has the largest sodium conductance of any published channelrhodopsin variants. Additionally, I generated PsCatCh 2.0e which exhibits a ten-fold larger calcium current than the previously reported Ca2+ transporting CrChR2 mutant CatCh.
In summary, my research work
1.) described strategies for improving plasma membrane trafficking efficiency of opsins;
2.) yielded channelrhodopsins with fast kinetics or high light sensitivity;
3.) provided optogenetic tools with improved calcium and sodium conductance.
We could also improve the performance of channelrhodopsins with distinct action spectra, which will facilitate two-color neural excitation, both in-vitro and in-vivo.
N2  - Die Technik, Zellen oder lebende Tiere nach dem Gentransfer lichtempfindlicher Proteine durch Belichtung zu manipulieren, wird als Optogenetik bezeichnet. Erfolgreiche Optogenetik begann mit der Verwendung des lichtgesteuerten Kationenkanals Channelrhodopsin-2 (ChR2). Nach frühen erfolgreichen Versuchen mit ChR2 wurden weitere lichtempfindliche Ionenkanäle und Ionenpumpen als optogenetische Werkzeuge etabliert. Darüber hinaus verbesserten Mutationen und Chimären von ChR2 seine Vielseitigkeit.
Es besteht jedoch immer noch ein Bedarf an verbesserten optogenetischen Werkzeugen, z. mit höherer Permeabilität für Calcium oder besserer Expression in der Plasmamembran. In dieser Arbeit beschäftige ich mich mit dem Design hochfunktioneller Channelrhodopsine mit verbesserter Na+- und Ca2+-Leitfähigkeit.
       Zuerst habe ich verschiedene N-terminale Signalpeptide getestet, um die Anreicherung von Channelrhodopsinen in der Plasmamembran (“Plasmamembran-Targeting”) zu verbessern. Wir fanden heraus, dass ein N-terminales Peptid namens LR das Plasmamembran-Targeting vieler Rhodopsine verbessern kann. Die Modifikation mit LR trug zu drei- bis zehnfach größeren Photoströmen (als die der Originalversion) von mehreren Channelrhodopsinen bei, wie ChR2 von C. reinhardtii (CrChR2), PsChR, Chrimson, CheRiff, CeChR, ACRs und der lichtaktivierten Pump-Rhodopsine KR2, Jaw, HR.
        Zweitens konnte ich durch Mutagenese die Lichtempfindlichkeit und/oder den Photostrom verschiedener Channelrhodopsine weiter verbessern. Beispielsweise zeigten ChR2-XXM 2.0, ChR2-XXL 2.0 und PsChR D139H 2.0 hundertmal größere Photoströme als Wildtyp-ChR2 und sie zeigen eine hohe Lichtempfindlichkeit. Auch die Ca2+-permeablen Kanalrhodopsine PsCatCh 2.0f und PsCatCh 2.0e zeigen sehr große Photoströme und eine schnelle Kinetik. Außerdem habe ich ein neues bistabiles CeChR (aus der azidophilen Grünalge Chlamydomonas eustigma) mit einer viel längeren Schließzeit charakterisiert.
Drittens analysierte ich die Ionenselektivität verschiedener ChRs, die eine Grundlage für die rationale Selektion von Channelrhodopsinen für verschiedene experimentelle Zwecke bietet. Ich zeige, dass ChR2, Chronos, Chrimson, CheRiff und CeChR im Vergleich zu Wildtyp-PsChR eine hohe Protonenleitfähigkeit aufweisen. Interessanterweise weist Chronos die niedrigste Kaliumleitfähigkeit unter diesen Channelrhodopsinen auf. Außerdem fand ich, dass die Mutation eines Aspartats in TM4 von ChR2 (D156) und PsChR (D139) zu Histidin offensichtlich sowohl die Natrium- als auch die Calciumpermeabilität erhöht, während die Protonenleitfähigkeit verringert ist. PsChR D139H 2.0 weist die größte Natriumleitfähigkeit aller veröffentlichten Channelrhodopsin-Varianten auf. Zusätzlich erzeugte ich PsCatCh 2.0e, das einen zehnmal größeren Calciumstrom als die zuvor berichtete Ca2+-transportierende CrChR2-Mutante CatCh aufweist.

          Zusammenfassend ergab meine Dissertationsarbeit:
1.) Strategien zur Verbesserung der Expression von Opsinen in der Plasmamembran;
2.) Gut exprimierende Channelrhodopsine mit schneller Kinetik oder hoher Lichtempfindlichkeit;
3.) Neue optogenetische Werkzeuge mit verbesserter Calcium- und Natriumleitfähigkeit.
Auch konnte ich die Leistung von Channelrhodopsinen mit unterschiedlichen Aktionsspektren verbessern, was die zweifarbige neuronale Anregung sowohl in vitro als auch in vivo erleichtern sollte.
KW  - Optogenetik
KW  - Channelrhodopsinen
KW  - optogenetic
KW  - channelrhodopsin
KW  - molecular engineering
KW  - voltage clamp
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188397
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TY  - THES
A1  - Sochor, Benedikt
T1  - Aggregation behavior of Pluronic P123 in bulk solution and under confinement at elevated temperatures near its cloud point
T1  - Aggregationsverhalten von Pluronic P123 in Lösung und an Grenzflächen bei hohen Temperaturen nahe des Trübungspunktes
N2  - This thesis aims to investigate the form-phase diagram of aqueous solutions of the triblock copolymer Pluronic P123 focusing on its high-temperature phases. P123 is based on polyethylene as well as polypropylene oxide blocks and shows a variety of di erent temperaturedependent micelle morphologies or even lyotropic liquid crystal phases in aqueous solutions. Besides the already well-studied spherical aggregates at intermediate temperatures, the size and internal structure of both worm-like and lamellar micelles, which appear near the cloud point, is determined using light, neutron and X-ray scattering. By combining the results of time-resolved dynamic light as well as small-angle neutron and X-ray scattering experiments, the underlying structural changes and kinetics of the sphere-to-worm transition were studied supporting the random fusion process, which is proposed in literature. For temperatures near the cloud point, it was observed that aqueous P123 solutions below the critical crystallization concentration gelate after several hours, which is linked to the presence and structure of polymeric surface layers on the sample container walls as shown by neutron re ectometry
measurements. Using a hierarchical model for the lamellar micelles including their periodicity as well as domain and overall size, it is possible to unify the existing results in literature and propose a direct connection between the near-surface and bulk properties of P123 solutions at temperatures near the cloud point.
N2  - Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung des Form-Phasendiagrams des Dreiblock-Co- polymers Pluronic P123 mit dem besonderen Fokus auf dessen Phasenverhalten bei hohen Temperaturen. P123 besteht aus Polyethylen- und Polypropylenoxid-Blöcken und zeigt in wässriger Lösung vielfältige, temperaturabhängige Mizellformen oder sogar Flüssigkristallphasen. Neben den bereits intensiv untersuchten sphärischen Aggregaten bei mittleren Temperaturen, werden die Größen und inneren Strukturen der wurmartigen und lamellearen Aggregate mittels Licht-, Neutronen- und Röntgenstreumethoden untersucht, welche nahe des Trübungspunktes der Lösungen auftreten. Durch die Kombination von zeitaufgelösten dynamischen Licht- und Kleinwinkelstreuung-Experimenten wurden die strukturellen Änderungen und kinetischen Prozesse während des Kugel-Wurm-Übergangs untersucht, welche den bereits in der Literatur vorgeschlagenen zufälligen Fusionsprozess weiter bestätigen. Es wurde beobachtet, dass wässrige P123-Lösungen unterhalb der kritischen Kristallisationskonzentration nach mehreren Stunden gelieren, was durch Neutronenreflektometrie mit dem Auftreten und der Struktur von oberflächennahen Monolagen auf den Messzellwänden in Verbindung gebracht wurde. Wenn ein hierarchisches Model für die lamellaren Mizellen verwendet wird, das deren Periodizität, Domänen- und Gesamtgröße berücksichtigt, ist es außerdem möglich, die bisherigen Ergebnisse in der Literatur zu vereinigen und eine direkte Verbindung zwischen dem Aggregationsverhalten von P123 auf Oberflächen und in Lösung bei Temperaturen nahe des Trübungspunktes zu ziehen.
KW  - Weiche Materie
KW  - Polymerlösung
KW  - Micelle
KW  - Röntgenstreuung
KW  - Neutronenstreuung
KW  - Soft matter
KW  - worm-like micelles
KW  - lamellar micelles
KW  - neutron reflectometry
KW  - SAXS
KW  - SANS
KW  - DLS
KW  - Pluronic
KW  - P123
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246070
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TY  - THES
A1  - Köberle, Philipp
T1  - High-resolution ultrasound for the identification of pathological patterns in patients with polyneuropathies and amyotrophic lateral sclerosis
T1  - Hochauflösender Ultraschall zur Identifizierung von pathologischen Mustern bei Patienten mit Polyneuropathien und amyotropher Lateralsklerose
N2  - Neuropathies are a group of potentially treatable diseases with an often disabling and restricting course. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a lethal disease without causal treatment possibilities. The objective of this study was to examine the diagnostic utility of HRUS for the differentiation of subtypes of axonal and demyelinating neuropathies and to investigate its utility for the sonological differentiation of ALS. 
The hypothetical statement that neuropathy causes enlargement of peripheral nerves compared to healthy controls proved to be right, but the adjunctive assumption that ALS does not cause enlargement of peripheral nerves proved to be wrong – in patients with ALS slight enlargement of peripheral nerves was visible as well. The statement that nerve enlargement can be detected by measurement of the cross-sectional area (CSA) and the longitudinal diameter (LD) with comparable results proved to be right, but the enlargement was slightly less present by measurement of the LD. The statement that axonal and demyelinating neuropathies show distinct patterns of nerve enlargement must be answered differentiated: The comparison between axonal and demyelinating neuropathies showed a stronger nerve enlargement in patients with demyelinating neuropathies than in patients with axonal neuropathies at proximal nerve segments of upper extremities. In the comparison of diagnose-defined subgroups of inflammatory demyelinating neuropathies a respective specific pattern of nerve enlargement was visible. However, remarkable in this context was the strong nerve enlargement found in patients with NSVN, which is classified as an axonal neuropathy. Stratification for specific findings in nerve biopsy did not lead to constructive differences in comparison between the different groups. 
To sum up, HRUS showed to provide a useful contribution in the diagnostic process of neuropathies and ALS but needs to be integrated in a multimodal diagnostic approach.
N2  - Neuropathien stellen eine Gruppe potenziell behandelbarer Erkrankungen mit häufig behinderndem und einschränkendem Verlauf dar. Die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine tödliche Erkrankung ohne Möglichkeiten der kausalen Behandlung. Das Ziel dieser Studie war es, den diagnostischen Nutzen von hochauflösendem Ultraschall für die Differenzierung von Subtypen axonaler und demyelinisierender Neuropathien, sowie der amyotrophen Lateralsklerose zu untersuchen. Die hypothetische Aussage, dass durch Neuropathien eine Vergrößerung von peripheren Nerven im Vergleich zu gesunden Kontrollen nachgewiesen werden kann, erwies sich als richtig. Entgegen der hiermit verknüpften Aussage, dass es bei amyotropher Lateralsklerose zu keiner Größenzunahme peripherer Nerven kommt, konnte bei diesen Patienten ebenfalls eine leichte Kaliberzunahme der Nerven nachgewiesen werden. Die Aussage, dass eine Nervenvergrößerung durch die Messung von Querschnittsfläche und longitudinalem Durchmesser mit vergleichbaren Ergebnissen erfolgen kann, erwies sich als richtig, jedoch zeigte sich die Nervenvergrößerung bei der Messung des longitudinalen Durchmessers etwas geringer ausgeprägt. Die Aussage, dass axonale und demyelinisierende Neuropathien unterschiedliche Muster der Nervenvergrößerung aufweisen, muss differenziert beantwortet werden: Der Vergleich axonalen und demyelinisierenden Neuropathien zeigte bei Patienten mit demyelinisierenden Neuropathien, insbesondere an proximalen Nervensegmenten der oberen Extremitäten, eine stärkere Nervenvergrößerung als bei Patienten mit axonalen Neuropathien. Im Vergleich diagnose-definierter Subgruppen demyelinisierender Neuropathien zeigte sich ein jeweils spezifisches Verteilungsmuster der Nervenvergrößerung. In diesem Zusammenhang bemerkenswert war jedoch die starke Nervenvergrößerung bei Patienten mit nicht-systemischer vaskulitischer Polyneuropahie, welche als axonale Neuropathie klassifiziert wird. Die Stratifikation nach spezifischen Befunden in der Nervenbiopsie führte nicht zu konstruktiven Unterschieden im Vergleich der Untergruppen. 
Zusammenfassend zeigte sich, dass der hochauflösende Nervenultraschall einen nützlichen Beitrag im diagnostischen Prozess von Neuropathien und ALS leisten kann, jedoch in eine multimodale diagnostische Herangehensweise integriert werden muss.
KW  - Polyneuropathie
KW  - Ultraschall
KW  - HRUS
KW  - polyneuropathy
KW  - ALS
KW  - pattern
KW  - biopsy
KW  - Nervenultraschall
KW  - Muster
KW  - Nervenbiopsie
KW  - Polyneuropathie
KW  - amyotrophe Lateralsklerose
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245800
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TY  - THES
A1  - Tian, Yaming
T1  - Selective C-X and C-H Borylation by N-Heterocyclic Carbene Nickel(0) Complex
T1  - Selektive C-X und C-H Borylierung mittels N-Heterozyklischer Carben Nickel(0) Komplexe
N2  - Organoboron compounds are important building blocks in organic synthesis, materials science, and drug discovery. The development of practical and convenient ways to synthesize boronate esters attracted significant interest. Photoinduced borylations originated with stoichiometric reactions of arenes and alkanes with well-defined metal-boryl complexes. Now photoredox-initiated borylations, catalyzed either by transition-metal or organic photocatalysts, and photochemical borylations with high efficiency have become a burgeoning area of research. In this chapter, we summarize research in the field of photocatalytic C-X borylation, especially emphasizing recent developments and trends, based on transition-metal catalysis, metal-free organocatalysis and direct photochemical activation. We focus on reaction mechanisms involving single electron transfer (SET), triplet energy transfer (TET), and other radical processes. 

We developed a highly selective photocatalytic C-F borylation method that employs a rhodium biphenyl complex as a triplet sensitizer and the nickel catalyst [Ni(IMes)2] (IMes = 1,3-dimesitylimidazolin-2-ylidene) for the C-F bond activation and defluoroborylation process. This tandem catalyst system operates with visible (400 nm) light and achieves borylation of a wide range of fluoroarenes with B2pin2 at room temperature in excellent yields and with high selectivity. Direct irradiation of the intermediary C-F bond oxidative addition product trans-[NiF(ArF)(IMes)2] leads to fast decomposition when B2pin2 is present. This destructive pathway can be bypassed by indirect excitation of the triplet states of the nickel(II) complex via the photoexcited rhodium biphenyl complex. Mechanistic studies suggest that the exceptionally long-lived triplet excited state of the Rh biphenyl complex used as the photosensitizer allows for efficient triplet energy transfer to trans-[NiF(ArF)(IMes)2], which leads to dissociation of one of the NHC ligands. This contrasts with the majority of current photocatalytic transformations, which employ transition metals as excited state single electron transfer agents. We have previously reported that C(arene)-F bond activation with [Ni(IMes)2] is facile at room temperature, but that the transmetalation step with B2pin2 is associated with a high energy barrier. Thus, this triplet energy transfer ultimately leads to a greatly enhanced rate constant for the transmetalation step and thus for the whole borylation process. While addition of a fluoride source such as CsF enhances the yield, it is not absolutely required. We attribute this yield-enhancing effect to (i) formation of an anionic adduct of B2pin2, i.e. FB2pin2-, as an efficient, much more nucleophilic {Bpin-} transfer reagent for the borylation/transmetalation process, and/or (ii) trapping of the Lewis acidic side product FBpin by formation of [F2Bpin]- to avoid the formation of a significant amount of NHC-FBpin and consequently of decomposition of {Ni(NHC)2} species in the reaction mixture.

We reported a highly selective and general photo-induced C-Cl borylation protocol that employs [Ni(IMes)2] (IMes = 1,3-dimesitylimidazoline-2-ylidene) for the radical borylation of chloroarenes. This photo-induced system operates with visible light (400 nm) and achieves borylation of a wide range of chloroarenes with B2pin2 at room temperature in excellent yields and with high selectivity, thereby demonstrating its broad utility and functional group tolerance. Mechanistic investigations suggest that the borylation reactions proceed via a radical process. EPR studies demonstrate that [Ni(IMes)2] undergoes very fast chlorine atom abstraction from aryl chlorides to give [NiI(IMes)2Cl] and aryl radicals. Control experiments indicate that light promotes the reaction of [NiI(IMes)2Cl] with aryl chlorides generating additional aryl radicals and [NiII(IMes)2Cl2]. The aryl radicals react with an anionic sp2-sp3 diborane [B2pin2(OMe)]- formed from B2pin2 and KOMe to yield the corresponding borylation product and the [Bpin(OMe)]•- radical anion, which reduces [NiII(IMes)2Cl2] under irradiation to regenerate [NiI(IMes)2Cl] and [Ni(IMes)2] for the next catalytic cycle.

A highly efficient and general protocol for traceless, directed C3-selective C-H borylation of indoles with [Ni(IMes)2] as the catalyst was achieved. Activation and borylation of N-H bonds by [Ni(IMes)2] is essential to install a Bpin moiety at the N-position as a traceless directing group, which enables the C3-selective borylation of C-H bonds. The N-Bpin group which is formed is easily converted in situ back to an N-H group by the oxidiative addition product of [Ni(IMes)2] and in situ-generated HBpin. The catalytic reactions are operationally simple, allowing borylation of of a variety of substituted indoles with B2pin2 in excellent yields and with high selectivity. The C-H borylation can be followed by Suzuki-Miyaura cross-coupling of the C-borylated indoles in an overall two-step, one-pot process providing an efficient method for synthesizing C3-functionalized heteroarenes.
N2  - Es wurden effiziente und allgemeine Methoden für die selektive C-B-Verknüpfung mittels [Ni(IMes)2]-katalysierter Borylierungen von Arylfluoriden, Arylchloriden und substituierten Indolen entwickelt, welches alles leicht verfügbare Substrate sind. ...
KW  - Organoboron Compounds
KW  - N-Heterocyclic Carbene
KW  - Borylation
KW  - Photocatalysis
KW  - C-F
KW  - C-Cl
KW  - C-H
KW  - Nickel
KW  - Rhodium
KW  - Borylierung
KW  - Heterocyclische Carbene <-N>
KW  - Nickelkomplexe
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213004
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TY  - THES
A1  - Swirski, Thorben
T1  - Studies on the Effect of Gas Contaminations in Micromegas Detectors and Production of Micromegas Detectors for the New Small Wheel of the ATLAS Detector
T1  - Untersuchung des Einflusses von Gasverunreinigungen auf Micromegas Detektoren und Produktion von Micromegas Detektoren für das New Small Wheel des ATLAS Detektors
N2  - This work consists of two parts. On the one hand, it describes simulation and
measurement of the effect of contaminations of the detector gas on the performance
of particle detectors, with special focus on Micromegas detectors. On the other
hand, it includes the setup of a production site for the finalization of drift panels
which are going to be used in the ATLAS NSW. The first part augments these
two parts to give an introduction into the theoretical foundations of gaseous particle
detectors.
N2  - Diese Arbeit beinhaltet zwei Teile. Zum einen behandelt sie die Simulation und
die Messung des Effekts von Verunreinigungen des Detektorgases auf Teilchen-
detektoren, im speziellen vom Typ Micromegas. Zum anderen beinhaltet sie den
Aufbau einer Produktionsstätte zur Vollendung von Driftpaneelen, die im ATLAS
NSW Einsatz finden werden. Der erste Teil dieser Arbeit nimmt die Rolle eines
Einführungsteiles ein, der die theoretischen Grundlagen von gasgefüllten Detekto-
ren bespricht.
KW  - Gasionisationsdetektor
KW  - ATLAS <Teilchendetektor>
KW  - Micromegas
KW  - MPGD
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246405
ER  -