TY - THES A1 - Zhao, Suting T1 - Symmetry Resolution of Entanglement in Holography T1 - Symmetrieaufgelöste Verschränkung in Holographie N2 - This thesis investigates the charged moments and the symmetry-resolved entanglement entropy in the context of the AdS3/CFT2 duality. In the first part, I focus on the holographic U(1) Chern-Simons-Einstein gravity, a toy model of AdS3/CFT2 with U(1) Kac-Moody symmetry. I start with the vacuum background with a single entangling interval. I show that, apart from a partition function in the grand canonical ensemble, the charged moments can also be interpreted as the two-point function of vertex operators on the replica surface. For the holographic description, I propose a duality between the bulk U(1) Wilson line and the boundary vertex operators. I verify this duality by deriving the effective action for the Chern-Simons fields and comparing the result with the vertex correlator. In the twist field approach, I show that the charged moments are given by the correlation function of the charged twist operators and the additional background operators. To solve the correlation functions involved, I prove the factorization of the U(1) extended conformal block into a U(1) block and a Virasoro block. The general expression for the U(1) block is derived by directly summing over the current descendant states, and the result shows that it takes an identical form as the vertex correlators. This leads to the conclusion that the disjoint Wilson lines compute the neutral U(1) block. The final result for the symmetry-resolved entanglement entropy shows that it is always charge-independent in this model. In the second part, I study charged moments in higher spin holography, where the boundary theory is a CFT with W3 symmetry. I define the notion of the higher spin charged moments by introducing a spin-3 modular charge operator. Restricting to the vacuum background with a single entangling interval, I employ the grand canonical ensemble interpretation and calculate the charged moments via the known higher spin black hole solution. On the CFT side, I perform a perturbative expansion for the higher spin charged moments in terms of the connected correlation functions of the spin-3 modular charge operators. Using the recursion relation for the correlation functions of the W3 currents, I evaluate the charged moments up to the quartic order of the chemical potential. The final expression matches with the holographic result. My results both for U(1) Chern-Simons Einstein gravity and W3 higher spin gravity constitute novel checks of the AdS3/CFT2 correspondence. N2 - Diese Arbeit untersucht die Symmetrie-aufgelöste Verschränkungsentropie im Kontext der AdS3/CFT2-Dualität. Im ersten Teil konzentriere ich mich auf die holographische U(1) Chern-Simons-Einstein- Gravitations-Theorie, welches ein Spielzeugmodell für AdS3/CFT2 mit U(1) Kac-Moody-Symmetrie ist. Ich beginne mit dem Vakuumhintergrund mit einem einzigen Verschränkungsintervall. Ich zeige, dass neben einer Partitionsfunktion im großen kanonischen Ensemble die geladenen Momente auch als Zweipunktfunktion von Vertex-Operatoren auf der Replikationsoberfläche interpretiert werden können. Für deren holographische Beschreibung wähle ich eine Dualität zwischen der Bulk U(1) Wilson-Linie und den Randvertexoperatoren. Diese Dualität verifiziere ich, indem ich die effektive Wirkung für die Chern-Simons-Felder herleite und das Ergebnis mit dem Vertex-Korrelator vergleiche. Im Twist-Field-Ansatz zeige ich, dass die geladenen Momente durch die Korrelationsfunktion der geladenen Twist-Operatoren und der zusätzlichen Hintergrundoperatoren gegeben sind. Um die beteiligten Korrelationsfunktionen zu lösen, beweise ich die Faktorisierung des U(1) erweiterten konformen Blocks in einen U(1)-Block und einen Virasoro- Block. Der allgemeine Ausdruck für den U(1) Block wird direkt durch die Summierung über alle Absteigerzustände hergeleitet. Das erzielte Ergebnis hat tatsächlich die gleiche Form wie die Vertex-Korrelatoren hat. Dies führt zur Schlussfolgerung, dass die getrennten Wilson-Linien den neutralen U(1) Block berechnen. Das Endergebnis für die Symmetrieaufgelöste Verschränkungsentropie zeigt, dass sie in diesem Modell immer ladungsunabhängig ist. Im zweiten Teil untersuche ich geladene Momente in der Holographie höherer Spins, wobei die Randtheorie eine CFT mit W3 Symmetrie ist. Ich definiere das Konzept der geladenen Momente höheren Spins, indem ich einen Spin-3-modularen Ladungsoperator einführe.Wenn ich mich auf den Vakuum-Hintergrund mit einem einzelnen Verschränkungsintervall beschränke, nutze ich die Interpretation des großkanonischen Ensembles und berechne die geladenen Momente mithilfe der bekannten Lösung für das schwarze Loch höheren Spins. Auf der CFT-Seite führe ich eine perturbative Expansion für die höheren spingeladenen Momente in Bezug auf die verbundenen Korrelationsfunktionen der modularen Spin-3-Ladungsoperatoren durch. Unter Verwendung der Rekursionsrelationen für die Korrelationsfunktionen der W3-Ströme werte ich die geladenen Momente bis zur quartischen Ordnung des chemischen Potenzials aus. Das endgültige Ergebnis stimmt mit dem holographischen Ergebnis überein. Meine Ergebnisse für U(1) Chern-Simons-Einstein-Gravitation und W3 höhere Spingravitation stellen neuartige Überprüfungen des AdS3/CFT2 dar Korrespondenz. KW - AdS-CFT-Korrespondenz KW - Gauge/Gravity Duality KW - Symmetry Resolution KW - Quantum Information Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363854 ER - TY - THES A1 - Hahn, Sarah T1 - Investigating non-canonical, 5' UTR-dependent translation of MYC and its impact on colorectal cancer development T1 - Untersuchung der nicht-kanonischen, 5' UTR-abhängigen Translation von MYC und ihres Einflusses auf die Entwicklung von Darmkrebs N2 - Colorectal cancer (CRC) is the second most common tumour disease in Germany, with the sequential accumulation of certain mutations playing a decisive role in the transition from adenoma to carcinoma. In particular, deregulation of the Wnt signalling pathway and the associated deregulated expression of the MYC oncoprotein play a crucial role. Targeting MYC thus represents an important therapeutic approach in the treatment of tumours. Since direct inhibition of MYC is challenging, various approaches have been pursued to date to target MYC indirectly. The MYC 5' UTR contains an internal ribosomal entry site (IRES), which has a particular role in the initiation of MYC translation, especially in multiple myeloma. As basis for this work, it was hypothesised on the basis of previous data that translation of MYC potentially occurs via its IRES in CRC as well. Based on this, two IRES inhibitors were tested for their potential to regulate MYC expression in CRC cells. In addition, alternative, 5’ UTR-dependent translation of MYC and interacting factors were investigated. EIF3D was identified as a MYC 5' UTR binding protein which has the potential to regulate MYC expression in CRC. The results of this work suggest that there is a link between eIF3D and MYC expression/translation, rendering eIF3D a potential therapeutic target for MYC-driven CRCs. N2 - Das kolorektale Karzinom (KRK) ist die zweithäufigste Tumorerkrankung in Deutschland, wobei die sequenzielle Akkumulation bestimmter Mutationen eine entscheidende Rolle beim Übergang vom Adenom zum Karzinom spielt. Insbesondere die Deregulation des Wnt-Signalweges und die damit verbundene deregulierte Expression des MYC-Onkoproteins spielen eine entscheidende Rolle. MYC ist ein zentraler Vermittler von Zellfunktionen und reguliert als Transkriptionsfaktor die Expression fast aller Gene sowie verschiedener RNA-Spezies. Selbst kleine Veränderungen der zellulären MYC-Konzentration können das Proliferationsverhalten beeinflussen und die Entstehung und das Fortschreiten von Tumoren fördern. Die gezielte Beeinflussung von MYC stellt daher einen wichtigen therapeutischen Ansatz für die Behandlung von Tumoren dar. Da eine direkte Hemmung von MYC aufgrund seiner Struktur herausfordernd ist, wurden bisher verschiedene Ansätze verfolgt, um MYC indirekt zu beeinflussen, etwa über seinen Interaktionspartner MAX oder auf Ebene der Stabilität, Transkription oder Translation. In unserer eigenen Forschungsgruppe lag der Schwerpunkt in den letzten Jahren speziell auf der Translation von MYC im KRK. Es konnte gezeigt werden, dass die Hemmung der kanonischen cap-abhängigen Translation nicht wie erwartet zu einer Verringerung der zellulären MYC-Level führt, was auf einen alternativen Mechanismus der MYC-Translation hindeutet, der unabhängig vom eIF4F-Komplex abläuft. Die 5'-UTR von MYC enthält eine interne ribosomale Eintrittsstelle (IRES), die eine besondere Rolle bei der Initiierung der MYC-Translation spielt, insbesondere im Multiplen Myelom. Als Grundlage für diese Arbeit wurde daher die Hypothese aufgestellt, dass die Translation von MYC im KRK möglicherweise ebenfalls über die IRES erfolgt. Auf dieser Grundlage wurden zunächst zwei publizierte IRES-Inhibitoren auf ihr Potenzial zur Regulierung der MYC-Expression in KRK-Zellen getestet. J007-IRES hatte keine Auswirkungen auf die MYC-Proteinmenge, und Cymarin scheint weitaus globalere Auswirkungen zu haben, die nicht ausschließlich auf die Verringerung der MYC-Proteinmenge zurückzuführen sind. Daher wurde weiter untersucht, inwieweit die alternative Translation von MYC generell von der 5'-UTR und damit interagierenden Faktoren abhängig ist. EIF3D wurde als MYC-5'-UTR-Bindungsprotein identifiziert, dessen Knockdown zu reduzierten MYC-Leveln, einem Proliferationsdefizit sowie einer Verringerung der globalen Proteinsynthese in KRK-Zellen führte. Darüber hinaus führte die Depletion von EIF3D zu ähnlichen Veränderungen im zellulären Genexpressionsmuster wie die Depletion von MYC, wobei viele tumorassoziierte Signalwege betroffen waren. Mittels eCLIP-seq wurde die Bindung von eIF3D an die MYC mRNA nachgewiesen, der genaue Mechanismus einer möglicherweise durch eIF3D vermittelten Translation von MYC muss jedoch weiter untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass eine Verbindung zwischen eIF3D und der MYC-Expression/Translation besteht, wodurch eIF3D zu einem potenziellen therapeutischen Ziel für MYC-getriebene KRKs wird. KW - Myc KW - Translation KW - Colorectal cancer KW - 5' UTR Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-364202 ER - TY - THES A1 - Merscher, Alma-Sophia T1 - To Fear or not to Fear: Unraveling the (Oculo)motor and Autonomic Components of Defensive States in Humans T1 - Vor Furcht Erstarren: Charakterisierung der (Okulo)motorischen und Autonomen Komponenten Menschlicher Defensivreaktionen N2 - Defensive behaviors in response to threats are key factors in maintaining mental and physical health, but their phenomenology remains poorly understood. Prior work reported an inhibition of oculomotor activity in response to avoidable threat in humans that reminded of freezing behaviors in rodents. This notion of a homology between defensive responding in rodents and humans was seconded by concomitant heart rate decrease and skin conductance increase. However, several aspects of this presumed defense state remained ambiguous. For example, it was unclear whether the observed oculomotor inhibition would 1) robustly occur during preparation for threat-avoidance irrespective of task demands, 2) reflect a threat-specific defensive state, 3) be related to an inhibition of somatomotor activity as both motion metrics have been discussed as indicators for freezing behaviors in humans, and 4) manifest in unconstrained settings. We thus embarked on a series of experiments to unravel the robustness, threat-specificity, and validity of previously observed (oculo)motor and autonomic dynamics upon avoidable threat in humans. We provided robust evidence for reduced gaze dispersion, significantly predicting the speed of subsequent motor reactions across a wide range of stimulus contexts. Along this gaze pattern, we found reductions in body movement and showed that the temporal profiles between gaze and body activity were positively related within individuals, suggesting that both metrics reflect the same construct. A simultaneous activation of the parasympathetic (i.e., heart rate deceleration) and sympathetic (i.e., increased skin conductance and pupil dilation) nervous system was present in both defensive and appetitive contexts, suggesting that these autonomic dynamics are not only sensitive to threat but reflecting a more general action-preparatory mechanism. We further gathered evidence for two previously proposed defensive states involving a decrease of (oculo)motor activity in a naturalistic, unconstrained virtual reality environment. Specifically, we observed a state consisting of a cessation of ongoing behaviors and orienting upon relatively distal, ambiguous threat (Attentive Immobility) while an entire immobilization and presumed allocation of attention to the threat stimulus became apparent upon approaching potential threat (Immobility under Attack). Taken together, we provided evidence for specific oculomotor and autonomic dynamics upon increasing levels of threat that may inspire future translational work in rodents and humans on shared mechanisms of threat processing, ultimately supporting the development of novel therapeutic approaches. N2 - Angemessen auf Gefahren zu reagieren, ist überlebensnotwendig, wissenschaftlich jedoch wenig verstanden. Eine frühere Studie wies auf, dass ProbandInnen ihre Augen weniger bewegten, wenn sie mit einer Bedrohung konfrontiert waren, der sie mit einer schnellen Bewegung entkommen konnten. Dieses eingeschränkte Blickbewegungsmuster wurde von einer Herzraten-Dezeleration und einem Anstieg der Hautleitfähigkeit begleitet und wies damit Ähnlichkeiten mit bestimmten Erstarrungsreaktionen auf Bedrohungen (Freezing) bei Nagetieren auf. Es blieb jedoch unklar, ob die eingeschränkten Augenbewegungen 1. robust und unabhängig von spezifischen Aufgabenstellungen als Reaktion auf eine vermeidbare Bedrohung auftreten, 2. eine bedrohungsspezifische Komponente eines Defensivzustands darstellen, 3. von einer körperlichen Bewegungsreduktion begleitet und 4. im freien Raum auftreten würden. Wir haben daher untersucht, ob dieses eingeschränkte Blickbewegungsmuster sowie seine autonomen Begleiterscheinungen robust, bedrohungsspezifisch und valide sind. In unseren Studien traten verringerte Augenbewegungen robust und bedrohungsspezifisch als Reaktion auf vermeidbare Bedrohungen auf und sagten schnellere Reaktionszeiten vorher. Die eingeschränkten Augenbewegungen wurden von verringerten Körperbewegungen begleitet, deren zeitliche Verläufe miteinander korrelierten. Dies könnte auf ein zugrundeliegendes gemeinsames Konstrukt hinweisen. Wir beobachteten außerdem eine Herzraten-Dezeleration sowie erhöhte Hautleitfähigkeit und Pupillendilation in bedrohlichen und appetitiven Kontexten, was darauf hindeutet, dass diese autonomen Dynamiken nicht nur durch Bedrohungen, sondern auch allgemein handlungsvorbereitend ausgelöst werden können. Zuletzt konnten wir in einer frei explorierbaren, virtuellen Umgebung Hinweise auf zwei Defensivzustände liefern, deren Unterscheidung zuvor postuliert, jedoch noch nicht weitreichend belegt war. Bei relativ weit entfernter und ambivalenter Gefahr hielten die ProbandInnen inne und drehten sich, vermutlich zur Orientierung, zum potentiellen Ort der Bedrohung hin (Attentive Immobility). Wenn sich die Bedrohung jedoch näherte, verringerten sich sowohl Körper- als auch Augenbewegungen, als würden die ProbandInnen ihre Aufmerksamkeit auf die Bedrohung ausrichten (Immobility under Attack). Zusammenfassend lieferten unsere Erhebungen damit Belege für spezifische (okulo)motorische und autonome Dynamiken bei steigender Bedrohung, die zukünftige translationale Forschungen über Homologien von Defensivzuständen zwischen Nagetieren und Menschen inspirieren und damit womöglich die Entwicklung neuer therapeutischer Verfahren unterstützen können. KW - Furcht KW - Fear Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-327913 ER - TY - THES A1 - Yu, Yanying T1 - Applied machine learning for the analysis of CRISPR-Cas systems T1 - Angewandtes maschinelles Lernen für die Analyse von CRISPR-Cas-Systemen N2 - Among the defense strategies developed in microbes over millions of years, the innate adaptive CRISPR-Cas immune systems have spread across most of bacteria and archaea. The flexibility, simplicity, and specificity of CRISPR-Cas systems have laid the foundation for CRISPR-based genetic tools. Yet, the efficient administration of CRISPR-based tools demands rational designs to maximize the on-target efficiency and off-target specificity. Specifically, the selection of guide RNAs (gRNAs), which play a crucial role in the target recognition of CRISPR-Cas systems, is non-trivial. Despite the fact that the emerging machine learning techniques provide a solution to aid in gRNA design with prediction algorithms, design rules for many CRISPR-Cas systems are ill-defined, hindering their broader applications. CRISPR interference (CRISPRi), an alternative gene silencing technique using a catalytically dead Cas protein to interfere with transcription, is a leading technique in bacteria for functional interrogation, pathway manipulation, and genome-wide screens. Although the application is promising, it also is hindered by under-investigated design rules. Therefore, in this work, I develop a state-of-art predictive machine learning model for guide silencing efficiency in bacteria leveraging the advantages of feature engineering, data integration, interpretable AI, and automated machine learning. I first systematically investigate the influential factors that attribute to the extent of depletion in multiple CRISPRi genome-wide essentiality screens in Escherichia coli and demonstrate the surprising dominant contribution of gene-specific effects, such as gene expression level. These observations allowed me to segregate the confounding gene-specific effects using a mixed-effect random forest (MERF) model to provide a better estimate of guide efficiency, together with the improvement led by integrating multiple screens. The MERF model outperformed existing tools in an independent high-throughput saturating screen. I next interpret the predictive model to extract the design rules for robust gene silencing, such as the preference for cytosine and disfavoring for guanine and thymine within and around the protospacer adjacent motif (PAM) sequence. I further incorporated the MERF model in a web-based tool that is freely accessible at www.ciao.helmholtz-hiri.de. When comparing the MERF model with existing tools, the performance of the alternative gRNA design tool optimized for CRISPRi in eukaryotes when applied to bacteria was far from satisfying, questioning the robustness of prediction algorithms across organisms. In addition, the CRISPR-Cas systems exhibit diverse mechanisms albeit with some similarities. The captured predictive patterns from one dataset thereby are at risk of poor generalization when applied across organisms and CRISPR-Cas techniques. To fill the gap, the machine learning approach I present here for CRISPRi could serve as a blueprint for the effective development of prediction algorithms for specific organisms or CRISPR-Cas systems of interest. The explicit workflow includes three principle steps: 1) accommodating the feature set for the CRISPR-Cas system or technique; 2) optimizing a machine learning model using automated machine learning; 3) explaining the model using interpretable AI. To illustrate the applicability of the workflow and diversity of results when applied across different bacteria and CRISPR-Cas systems, I have applied this workflow to analyze three distinct CRISPR-Cas genome-wide screens. From the CRISPR base editor essentiality screen in E. coli, I have determined the PAM preference and sequence context in the editing window for efficient editing, such as A at the 2nd position of PAM, A/TT/TG downstream of PAM, and TC at the 4th to 5th position of gRNAs. From the CRISPR-Cas13a screen in E. coli, in addition to the strong correlation with the guide depletion, the target expression level is the strongest predictor in the model, supporting it as a main determinant of the activation of Cas13-induced immunity and better characterizing the CRISPR-Cas13 system. From the CRISPR-Cas12a screen in Klebsiella pneumoniae, I have extracted the design rules for robust antimicrobial activity across K. pneumoniae strains and provided a predictive algorithm for gRNA design, facilitating CRISPR-Cas12a as an alternative technique to tackle antibiotic resistance. Overall, this thesis presents an accurate prediction algorithm for CRISPRi guide efficiency in bacteria, providing insights into the determinants of efficient silencing and guide designs. The systematic exploration has led to a robust machine learning approach for effective model development in other bacteria and CRISPR-Cas systems. Applying the approach in the analysis of independent CRISPR-Cas screens not only sheds light on the design rules but also the mechanisms of the CRISPR-Cas systems. Together, I demonstrate that applied machine learning paves the way to a deeper understanding and a broader application of CRISPR-Cas systems. N2 - Unter den Verteidigungsstrategien, welche sich über Millionen von Jahren in Mikroben entwickelt haben, hat sich das angeborene adaptive CRISPR-Cas Immunsystem in vielen Bakterien und den meisten Archaeen verbreitet. Flexibilität, Einfachheit und Spezifizität von CRISPR-Cas Systemen bilden die Grundlage für CRISPR-basierten genetischen Werkzeugen. Dennoch verlangt die effiziente Anwendung CRISPR-basierter genetischer Werkzeuge ein rationales Design, um die Effektivität zu maximieren und Spezifizität zu gewährleisten. Speziell die Auswahl an Leit-RNAs, oder auch „guide“ RNAs (gRNAs), welche eine essentielle Rolle in der Ziel-Erkennung des CRISPR-Cas Systems spielen, ist nicht trivial. Trotz aufkommender Techniken des maschinellen Lernens, die mit Hilfe von Vorhersage-Algorithmen eine Unterstützung im gRNA-Design darstellen, sind die Design-Regeln für viele CRISPR-Cas Systeme schlecht definiert und die breite Anwendung dadurch bisher gehindert. CRISPR Interferenz (CRISPRi), eine Methode der Genrepression, nutzt ein katalytisch inaktives Cas-Protein, um die Gen-Transkription zu verhindern und ist eine führende Technik für Gen-Funktionsstudien, der Manipulation von Stoffwechselwegen und genomweiter Screens in Bakterien. Auch wenn viele der Anwendungen vielversprechend sind, ist die Umsetzung aufgrund der wenig untersuchten Design-Regeln schwierig. Daher entwickele ich in dieser Arbeit ein hochmodernes auf maschinellem Lernen basierendes Modell für die Vorhersage der gRNA Genrepressions-Effizienz in Bakterien, wobei die Merkmalskonstruktion, Datenintegration, interpretierbare künstliche Intelligenz (KI) und automatisiertes maschinelles Lernen genutzt wurden. Zuerst untersuche ich systematisch die Einflussfaktoren, welche zum Ausmaß der Depletion in genomweiten CRISPRi-Screens zur Gen-Essentialität in Escherichia coli beitragen und demonstriere den überraschend dominanten Beitrag genspezifischer Effekte, wie z. B. dem Genexpressionslevel. Diese Beobachtungen erlaubten mir die genspezifischen Störvariablen mit einem sogenannten mixed-effect random forest (MERF) Modell zu segregieren, um eine bessere Einschätzung der gRNA Effizienz zu erreichen und durch die Integration zusätzlicher Screen-Daten noch weiter zu verbessern. Das MERF Modell übertraf dabei bereits existierende Werkzeuge in einem unabhängigen Hochdurchsatz Sättigungs-Screen. Als nächstes interpretiere ich die Modell Vorhersage, um Design-Regeln für eine solide Genrepression zu extrahieren, wie z. B. eine Präferenz für Cytosin und eine Abneigung gegenüber Guanin und Thymin innerhalb und der „protospacer adjacent motif“ (PAM) direkt umgebenden Sequenz. Weiterhin integrierte ich das MERF Modell in einem Web-basierten Werkzeug, welches unter www.ciao.helmholtz-hiri.de frei zugänglich ist. Ein Vergleich von existierenden Werkzeugen mit dem MERF Modell zeigt, dass alternative, für CRISPRi in Eukaryoten optimierte, gRNA Design-Werkzeuge schlecht abschneiden, sobald sie in Bakterien angewandt werden. Dies lässt Zweifel an einer robusten Übertragbarkeit dieser Vorhersage-Algorithmen zwischen verschiedenen Organismen. Zusätzlich haben CRISPR-Cas Systeme, trotz einiger genereller Gemeinsamkeiten, höchst diverse Wirkungsmechanismen. Die Vorhersagemuster eines Datensets sind daher schlecht generalisierbar, sobald sie auf andere Organismen oder CRISPR-Cas Techniken angewandt werden. Diese Lücke kann mit dem hier präsentierten Ansatz des maschinellen Lernens für CRISPRi geschlossen werden und als eine Vorlage für die Entwicklung effektiver Vorhersage-Algorithmen für spezifische Organismen oder CRISPR-Cas Systeme dienen. Der explizite Arbeitsablauf beinhaltet drei Hauptschritte: 1) Aufnehmen des Merkmalsets des jeweiligen CRISPR-Cas Systems bzw. der CRISPR-Cas Technik; 2) Optimierung des maschinellen Lernen Modells durch automatisiertes maschinelles Lernen; 3) Erklärung des Modells mit interpretierbarer KI. Um die Anwendbarkeit des Arbeitsablaufs und die Diversität der Ergebnisse, im Zusammenhang mit unterschiedlichen Organismen und CRISPR-Cas Systemen, zu demonstrieren, habe ich diese Arbeitsschritte zur Analyse drei unterschiedlicher genomweiter Screens angewandt. Von dem CRISPR „base editor“ Essentialitäts-Screen in E. coli, konnten die PAM Präferenzen und der Sequenzkontext innerhalb des Editierungsfensters für eine effiziente Editierung abgeleitet werden. Beispielsweise tragen ein A an der zweiten PAM Position, ein A/TT/TG an der PAM direkt nachgeschalten Position und ein TC an der vierten oder fünften gRNA Position zur effizienten Editierung bei. Im CRISPR-Cas13a Screen in E. coli, stellten wir eine starke Korrelation zwischen dem Genexpressionslevel und der gRNA-Depletion fest. Zusätzlich ist das Expressionslevel des Ziel-Gens der stärkste Vorhersagefaktor des Modells, was das Expressionslevel als Hauptdeterminante für die Cas13-induzierte Immunität hervorhebt und die bessere Charakterisierung von CRISPR-Cas13 Systemen ermöglicht. Aus dem CRISPR-Cas12a Screen in Klebsiella pneumoniae, habe ich gRNA Design Regeln für die robuste antimikrobielle Aktivität über unterschiedliche K. pneumoniae Stämme hinweg extrahiert und einen Vorhersage-Algorithmus für das gRNA Design bereitgestellt. Dies ermöglicht die Nutzung von Cas12a als eine alternative Lösung, um Antibiotikaresistenzen zu bekämpfen. Zusammengefasst präsentiert diese Thesis einen akkuraten Vorhersage-Algorithmus für die CRISPRi gRNA Effizienz in Bakterien und gibt Einblicke in die Determinanten für eine effiziente Genrepression und optimales gRNA Design. Die systematische Exploration führte zu einem robusten Ansatz des maschinellen Lernens für effektive Modell Entwicklungen in unterschiedlichen bakteriellen Spezies und CRISPR-Cas Systemen. Durch die Anwendung dieses Ansatzes auf unabhängige CRISPR-Cas Screens, konnte ich nicht nur wichtige Design Regeln ableiten, sondern auch die Mechanismen der jeweiligen CRISPR-Cas Systeme besser erleuchten. Zu guter Letzt demonstriere ich hier, dass angewandtes maschinelles Lernen den Weg zu einem tieferen Verständnis und einer breiteren Anwendung von CRISPR-Cas Systemen ebnen kann. KW - Maschinelles Lernen KW - CRISPR/Cas-Methode KW - Bakterien KW - machine learning KW - CRISPR-Cas KW - guide effiiciency Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-320219 ER - TY - THES A1 - Hartmann, Oliver T1 - Development of somatic modified mouse models of Non-Small cell lung cancer T1 - Entwicklung von somatisch veränderten Mausmodellen für nichtkleinzelligen Lungenkrebs N2 - In 2020, cancer was the leading cause of death worldwide, accounting for nearly 10 million deaths. Lung cancer was the most common cancer, with 2.21 million cases per year in both sexes. This non-homogeneous disease is further subdivided into small cell lung cancer (SCLC, 15%) and non-small cell lung cancer (NSCLC, 85%). By 2023, the American Cancer Society estimates that NSCLC will account for 13% of all new cancer cases and 21% of all estimated cancer deaths. In recent years, the treatment of patients with NSCLC has improved with the development of new therapeutic interventions and the advent of targeted and personalised therapies. However, these advances have only marginally improved the five-year survival rate, which remains alarmingly low for patients with NSCLC. This observation highlights the importance of having more appropriate experimental and preclinical models to recapitulate, identify and test novel susceptibilities in NSCLC. In recent years, the Trp53fl/fl KRaslsl-G12D/wt mouse model developed by Tuveson, Jacks and Berns has been the main in vivo model used to study NSCLC. This model mimics ADC and SCC to a certain extent. However, it is limited in its ability to reflect the genetic complexity of NSCLC. In this work, we use CRISPR/Cas9 genome editing with targeted mutagenesis and gene deletions to recapitulate the conditional model. By comparing the Trp53fl/fl KRaslsl- G12D/wt with the CRISPR-mediated Trp53mut KRasG12D, we demonstrated that both showed no differences in histopathological features, morphology, and marker expression. Furthermore, next-generation sequencing revealed a very high similarity in their transcriptional profile. Adeno-associated virus-mediated tumour induction and the modular design of the viral vector allow us to introduce additional mutations in a timely manner. CRISPR-mediated mutation of commonly mutated tumour suppressors in NSCLC reliably recapitulated the phenotypes described in patients in the animal model. Lastly, the dual viral approach could induce the formation of lung tumours not only in constitutive Cas9 expressing animals, but also in wildtype animals. Thus, the implementation of CRISPR genome editing can rapidly advance the repertoire of in vivo models for NSCLC research. Furthermore, it can reduce the necessity of extensive breeding. N2 - Krebs war mit fast 10 Millionen Todesfällen weltweit die häufigste Todesursache in 2020. Mit 2,21 Millionen Fällen pro Jahr in beiden Geschlechtern kombiniert war Lungenkrebs die häufigste Unterart. Auszeichnend für dieses Krankheit ist die hohe Komplexität und Heterogenität. Daher wird diese weiter in kleinzelligen Lungenkrebs (SCLC, 15 %) und nicht-kleinzelligen Lungenkrebs (NSCLC, 85 %) unterteilt. Die American Cancer Society schätzt, dass bis 2023 13 % aller neuen Krebsfälle und 21 % aller geschätzten Krebstodesfälle auf das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom entfallen werden. In den letzten Jahren hat sich die Behandlung von Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom durch die Entwicklung neuer therapeutischer Maßnahmen und das Anwenden personalisierter Therapien verbessert. Allerdings haben diese Fortschritte die Fünfjahresüberlebensrate nur geringfügig verbessert, die für Patienten mit NSCLC nach wie vor alarmierend niedrig ist. Diese macht deutlich, wie wichtig es ist, über geeignetere experimentelle und präklinische Modelle zu verfügen, um neue Therapieansätze beim NSCLC zu rekapitulieren, zu identifizieren und zu testen. In der letzten Dekade war das von Tuveson, Jacks und Berns entwickelte Trp53fl/fl KRaslsl-G12D/wt-Mausmodell das wichtigste In-vivo-Modell zur Untersuchung von NSCLC. Dieses kann grundlegend das Krankheitsbild von NSCLC wiederspiegeln. Es ist jedoch nur begrenzt in der Lage, die genetische Komplexität von NSCLC im vollen Umfang zu refelktieren. In dieser Arbeit verwenden wir CRISPR/Cas9 Genome Editing mit gezielter Mutagenese und Gendeletionen, um das konditionale Modell zu rekapitulieren. Durch den Vergleich des Trp53fl/fl KRaslsl-G12D/wt mit dem CRISPR-vermittelten Trp53mut KRasG12D konnten wir zeigen, dass beide keine Unterschiede in Bezug auf histopathologische Merkmale, Morphologie und Markerexpression aufweisen. Darüber hinaus ergab die Analyse mittels Next Generation Sequencing 8Hochdruchsatz.Sequenzierung) eine sehr große Ähnlichkeit in ihrem Transkriptionsprofil. Die Adeno-assoziierte Virus-vermittelte Tumorinduktion und der modulare Aufbau des viralen Vektors ermöglichen es uns, zusätzliche Mutationen zeitnah einzuführen. Die CRISPR-vermittelte Mutation von häufig mutierten Tumorsuppressoren bei NSCLC rekapitulierte zuverlässig die bei Patienten beschriebenen Phänotypen im Tiermodell. Schließlich konnte der duale virale Ansatz die Bildung von Lungentumoren nicht nur in konstitutiv Cas9 exprimierenden Tieren, sondern auch in Wildtyp-Tieren induzieren. Somit kann die Anwendung von CRISPR-Genome Editing das Repertoire an In-vivo- Modellen für die NSCLC-Forschung rasch erweitern. Darüber hinaus kann es die Notwendigkeit umfangreicher Züchtungen verringern. KW - CRISPR/Cas-Methode KW - in vivo KW - Lung Cancer KW - CRISPR/Cas9 KW - in vivo genome editing KW - Immunohistochemistry KW - Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom KW - NSCLC KW - Mouse Model KW - CRISPR Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363401 ER - TY - JOUR A1 - Gohla, Antje T1 - Do metabolic HAD phosphatases moonlight as protein phosphatases? JF - BBA - Molecular Cell Research N2 - Mammalian haloacid dehalogenase (HAD)-type phosphatases have evolved to dephosphorylate a wide range of small metabolites, but can also target macromolecules such as serine/threonine, tyrosine-, and histidine-phosphorylated proteins. To accomplish these tasks, HAD phosphatases are equipped with cap domains that control access to the active site and provide substrate specificity determinants. A number of capped HAD phosphatases impact protein phosphorylation, although structural data are consistent with small metabolite substrates rather than protein substrates. This review discusses the structures, functions and disease implications of the three closely related, capped HAD phosphatases pyridoxal phosphatase (PDXP or chronophin), phosphoglycolate phosphatase (PGP, also termed AUM or glycerol phosphatase) and phospholysine phosphohistidine inorganic pyrophosphate phosphatase (LHPP or HDHD2B). Evidence in support of small metabolite and protein phosphatase activity is discussed in the context of the diversity of their biological functions. KW - actin cytoskeleton KW - cancer KW - haloacid dehalogenase-type phosphatase KW - major depression KW - metabolism KW - vitamin B6 Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233168 VL - 1866 ER - TY - JOUR A1 - Casarotto, Silvia A1 - Turco, Francesco A1 - Comanducci, Angela A1 - Perretti, Alessio A1 - Marotta, Giorgio A1 - Pezzoli, Gianni A1 - Rosanova, Mario A1 - Isaias, Ioannis U. T1 - Excitability of the supplementary motor area in Parkinson's disease depends on subcortical damage JF - Brain Stimulation N2 - Background Cortical dysfunctioning significantly contributes to the pathogenesis of motor symptoms in Parkinson's disease (PD). Objective We aimed at testing whether an acute levodopa administration has measurable and specific cortical effects possibly related to striatal dopaminergic deficit. Methods In thirteen PD patients, we measured the electroencephalographic responses to transcranial magnetic stimulation (TMS/EEG) of the supplementary motor area and superior parietal lobule (n = 8) before and after an acute intake of levodopa. We also performed a single-photon emission computed tomography and [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane to identify the more affected and the less affected brain side in each patient, according to the dopaminergic innervation loss of the putamen. Cortical excitability changes before and after an acute intake of levodopa were computed and compared between the more and the less affected brain side at the single-patient as well as at the group level. Results We found that levodopa intake induces a significant increase (P < 0.01) of cortical excitability nearby the supplementary motor area in the more affected brain side, greater (P < 0.025) than in the less affected brain side. Notably, cortical excitability changes nearby the superior parietal lobule were not statistically significant. Conclusions These results strengthen the idea that dysfunction of specific cortico-subcortical circuits may contribute to pathophysiology of PD symptoms. Most important, they support the use of navigated TMS/EEG as a non-invasive tool to better understand the pathophysiology of PD. KW - transcranial magnetic stimulation KW - electroencephalography KW - levodopa KW - dopamine KW - putamen Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222261 VL - 12 ER - TY - JOUR A1 - Fazeli, Gholamreza A1 - Stetter, Maurice A1 - Lisack, Jaime N. A1 - Wehman, Ann M. T1 - C. elegans Blastomeres Clear the Corpse of the Second Polar Body by LC3-Associated Phagocytosis JF - Cell Reports N2 - To understand how undifferentiated pluripotent cells cope with cell corpses, we examined the clearance of polar bodies born during female meiosis. We found that polar bodies lose membrane integrity and expose phosphatidylserine in Caenorhabditis elegans. Polar body signaling recruits engulfment receptors to the plasma membrane of embryonic blastomeres using the PI3K VPS-34, RAB-5 GTPase and the sorting nexin SNX-6. The second polar body is then phagocytosed using receptor-mediated engulfment pathways dependent on the Rac1 ortholog CED-10 but undergoes non-apoptotic programmed cell death independent of engulfment. RAB-7 GTPase is required for lysosome recruitment to the polar body phagosome, while LC3 lipidation is required for degradation of the corpse membrane after lysosome fusion. The polar body phagolysosome vesiculates in an mTOR- and ARL-8-dependent manner, which assists its timely degradation. Thus, we established a genetic model to study clearance by LC3-associated phagocytosis and reveal insights into the mechanisms of phagosome maturation and degradation. KW - cell corpse clearance KW - phagosome maturation KW - LC3-associated phagocytosis KW - lysosomal degradation KW - phagolysosome tubulation KW - polar body KW - non-canonical autophagy KW - non-apoptotic programmed cell death Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-227651 VL - 23 ER - TY - JOUR A1 - Eisenhofer, Graeme A1 - Peitzsch, Mirko A1 - Kaden, Denise A1 - Langton, Katharina A1 - Mangelis, Anastasios A1 - Pamporaki, Christina A1 - Masjkur, Jimmy A1 - Geroula, Aikaterini A1 - Kurlbaum, Max A1 - Deutschbein, Timo A1 - Beuschlein, Felix A1 - Prejbisz, Aleksander A1 - Bornstein, Stefan R. A1 - Lenders, Jacques W. M. T1 - Reference intervals for LC-MS/MS measurements of plasma free, urinary free and urinary acid-hydrolyzed deconjugated normetanephrine, metanephrine and methoxytyramine JF - Clinica Chimica Acta N2 - Background Plasma or urinary metanephrines are recommended for screening of pheochromocytomas and paragangliomas (PPGLs). Measurements of urinary free rather than deconjugated metanephrines and additional measurements of methoxytyramine represent other developments. For all measurements there is need for reference intervals. Methods Plasma free, urinary free and urinary deconjugated O-methylated catecholamine metabolites were measured by LC-MS/MS in specimens from 590 hypertensives and normotensives. Reference intervals were optimized using data from 2,056 patients tested for PPGLs. Results Multivariate analyses, correcting for age and body surface area, indicated higher plasma and urinary metanephrine in males than females and sex differences in urinary normetanephrine and free methoxytyramine that largely reflected body size variation. There were positive associations of age with plasma metabolites, but negative relationships with urinary free metanephrine and methoxytyramine. Plasma and urinary normetanephrine were higher in hypertensives than normotensives, but differences were small. Optimization of reference intervals using the data from patients tested for PPGLs indicated that age was the most important consideration for plasma normetanephrine and sex most practical for urinary metabolites. Conclusion This study clarifies impacts of demographic and anthropometric variables on catecholamine metabolites, verifies use of age-specific reference intervals for plasma normetanephrine and establishes sex-specific reference intervals for urinary metabolites. KW - liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) KW - normetanephrine KW - metanephrine KW - methoxytyramine KW - reference intervals KW - age Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-226598 VL - 490 ER - TY - JOUR A1 - Liese, J. G. A1 - Schoen, C. A1 - van der Linden, M. A1 - Lehmann, L. A1 - Goettler, D. A1 - Keller, S. A1 - Maier, A. A1 - Segerer, F. A1 - Rose, M. A. A1 - Streng, A. T1 - Changes in the incidence and bacterial aetiology of paediatric parapneumonic pleural effusions/empyema in Germany, 2010–2017: a nationwide surveillance study JF - Clinical Microbiology and Infection N2 - Objectives Parapneumonic pleural effusions/empyema (PPE/PE) are severe complications of community-acquired pneumonia. We investigated the bacterial aetiology and incidence of paediatric PPE/PE in Germany after the introduction of universal pneumococcal conjugate vaccine (PCV) immunization for infants. Methods Children <18 years of age hospitalized with pneumonia-associated PPE/PE necessitating pleural drainage or persisting >7 days were reported to the German Surveillance Unit for Rare Diseases in Childhood between October 2010 and June 2017. All bacteria detected in blood or pleural fluid (by culture/PCR) were included, with serotyping for Streptococcus pneumoniae. Results The median age of all 1447 PPE/PE patients was 5 years (interquartile range 3–10). In 488 of the 1447 children with PPE/PE (34%), 541 bacteria (>40 species) were detected. Aerobic gram-positive cocci accounted for 469 of 541 bacteria detected (87%); these were most frequently Streptococcus pneumoniae (41%), Streptococcus pyogenes (19%) and Staphylococcus aureus (6%). Serotype 3 accounted for 45% of 78 serotyped S. pneumoniae strains. Annual PPE/PE incidence varied between 14 (95%CI 12–16) and 18 (95%CI 16–21) PPE/PE per million children. Incidence of S. pneumoniae PPE/PE decreased from 3.5 (95%CI 2.5–4.6) per million children in 2010/11 to 1.5 (95%CI 0.9–2.4) in 2013/14 (p 0.002), followed by a re-increase to 2.2 (95%CI 1.5–3.2) by 2016/17 (p 0.205). Conclusions In the era of widespread PCV immunization, cases of paediatric PPE/PE were still caused mainly by S. pneumoniae and, increasingly, by S. pyogenes. The re-increase in the incidence of PPE/PE overall and in S. pneumoniae-associated PPE/PE indicates ongoing changes in the bacterial aetiology and requires further surveillance. KW - pleural empyema KW - pleural fluid KW - parapneumonic pleural effusion KW - Streptococcus pneumoniae KW - Streptococcus pyogenes KW - children Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236866 VL - 25 ER - TY - JOUR A1 - Stein, Anthony S. A1 - Kantarjian, Hagop A1 - Gökbuget, Nicola A1 - Bargou, Ralf A1 - Litzow, Mark R. A1 - Rambaldi, Alessandro A1 - Ribera, Josep-Maria A1 - Zhang, Alicia A1 - Zimmerman, Zachary A1 - Zugmaier, Gerhard A1 - Topp, Max S. T1 - Blinatumomab for Acute Lymphoblastic Leukemia Relapse after Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation JF - Biology of Blood and Marrow Transplantation N2 - Patients with relapsed/refractory (R/R) acute lymphoblastic leukemia (ALL) following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (alloHSCT) have a poor prognosis, and alternative therapies are needed for this patient population. Blinatumomab, a bispecific T cell engager immunotherapy, was evaluated in an open-label, single-arm, phase II study of adults with R/R Philadelphia chromosome-negative B cell precursor ALL and resulted in a rate of complete remission (CR) or CR with partial hematologic recovery of peripheral blood counts (CRh) of 43% within 2 treatment cycles. We conducted an exploratory analysis to determine the efficacy and safety of blinatumomab in 64 patients who had relapsed following alloHSCT before enrollment in the phase II study. Forty-five percent of the patients (29 of 64) achieved a CR/CRh within the first 2 cycles of treatment, 22 of whom had a minimal residual disease (MRD) response (including 19 with a complete MRD response). After 1 year and 3 years of follow-up, the median relapse-free survival was 7.4 months for patients who achieved CR/CRh in the first 2 cycles, and the median overall survival was 8.5 months; overall survival rate (Kaplan-Meier estimate) was 36% at 1 year and 18% at 3 years. Grade 3 and 4 adverse events were reported in 20 patients (31%) and 28 patients (44%), respectively, with grade 3 and 4 neurologic events in 8 and 2 patients, respectively, and grade 3 cytokine release syndrome in 2 patients. Eight patients had fatal adverse events, including 5 due to infections. Seven patients had grade ≤ 3 graft-versus-host disease during the study, none of which resulted in the discontinuation of blinatumomab or hospitalization. Our data suggest that blinatumomab is an effective salvage therapy in this patient population. KW - blinatumomab KW - Philadelphia chromosome-negative B precursor ALL KW - efficacy KW - safety KW - allogeneic hematopoietic stem cell transplantation Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239510 VL - 25 ER - TY - JOUR A1 - Hochleitner, Gernot A1 - Chen, Fei A1 - Blum, Carina A1 - Dalton, Paul D. A1 - Amsden, Brian A1 - Groll, Jürgen T1 - Melt electrowriting below the critical translation speed to fabricate crimped elastomer scaffolds with non-linear extension behaviour mimicking that of ligaments and tendons JF - Acta Biomaterialia N2 - Abstract Ligaments and tendons are comprised of aligned, crimped collagen fibrils that provide tissue-specific mechanical properties with non-linear extension behaviour, exhibiting low stress at initial strain (toe region behaviour). To approximate this behaviour, we report fibrous scaffolds with sinusoidal patterns by melt electrowriting (MEW) below the critical translation speed (CTS) by exploitation of the natural flow behaviour of the polymer melt. More specifically, we synthesised photopolymerizable poly(L-lactide-co-ε-caprolactone-co-acryloyl carbonate) (p(LLA-co-ε-CL-co-AC)) and poly(ε-caprolactone-co-acryloyl carbonate) (p(ε-CL-co-AC)) by ring-opening polymerization (ROP). Single fibre (fØ = 26.8 ± 1.9 µm) tensile testing revealed a customisable toe region with Young’s Moduli ranging from E = 29 ± 17 MPa for the most crimped structures to E = 314 ± 157 MPa for straight fibres. This toe region extended to scaffolds containing multiple fibres, while the sinusoidal pattern could be influenced by printing speed. The synthesized polymers were cytocompatible and exhibited a tensile strength of σ = 26 ± 7 MPa after 104 cycles of preloading at 10% strain while retaining the distinct toe region commonly observed in native ligaments and tendon tissue. Statement of Significance Damaged tendons and ligaments are serious and frequently occurring injuries worldwide. Recent therapies, including autologous grafts, still have severe disadvantages leading to a demand for synthetic alternatives. Materials envisioned to induce tendon and ligament regeneration should be degradable, cytocompatible and mimic the ultrastructural and mechanical properties of the native tissue. Specifically, we utilised photo-cross-linkable polymers for additive manufacturing (AM) with MEW. In this way, we were able to direct-write cytocompatible fibres of a few micrometres thickness into crimp-structured elastomer scaffolds that mimic the non-linear biomechanical behaviour of tendon and ligament tissue. KW - crimp structure KW - biomimetic scaffolds KW - toe region mechanical behaviour KW - melt electrowriting (MEW) KW - photo-cross-linkable elastomer Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-320846 VL - 72 ER - TY - JOUR A1 - Link, Jana A1 - Paouneskou, Dimitra A1 - Velkova, Maria A1 - Daryabeigi, Anahita A1 - Laos, Triin A1 - Labella, Sara A1 - Barroso, Consuelo A1 - Pacheco Piñol, Sarai A1 - Montoya, Alex A1 - Kramer, Holger A1 - Woglar, Alexander A1 - Baudrimont, Antoine A1 - Markert, Sebastian Mathias A1 - Stigloher, Christian A1 - Martinez-Perez, Enrique A1 - Dammermann, Alexander A1 - Alsheimer, Manfred A1 - Zetka, Monique A1 - Jantsch, Verena T1 - Transient and Partial Nuclear Lamina Disruption Promotes Chromosome Movement in Early Meiotic Prophase JF - Developmental Cell N2 - Meiotic chromosome movement is important for the pairwise alignment of homologous chromosomes, which is required for correct chromosome segregation. Movement is driven by cytoplasmic forces, transmitted to chromosome ends by nuclear membrane-spanning proteins. In animal cells, lamins form a prominent scaffold at the nuclear periphery, yet the role lamins play in meiotic chromosome movement is unclear. We show that chromosome movement correlates with reduced lamin association with the nuclear rim, which requires lamin phosphorylation at sites analogous to those that open lamina network crosslinks in mitosis. Failure to remodel the lamina results in delayed meiotic entry, altered chromatin organization, unpaired or interlocked chromosomes, and slowed chromosome movement. The remodeling kinases are delivered to lamins via chromosome ends coupled to the nuclear envelope, potentially enabling crosstalk between the lamina and chromosomal events. Thus, opening the lamina network plays a role in modulating contacts between chromosomes and the nuclear periphery during meiosis. KW - meiosis KW - C. elegans KW - chromosome movement KW - chromosome pairing KW - nuclear envelope KW - lamin Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236901 VL - 45 ER - TY - JOUR A1 - Tesfamariam, Y. A1 - Jakob, T. A1 - Wöckel, A. A1 - Adams, A. A1 - Weigl, A. A1 - Monsef, I. A1 - Kuhr, K. A1 - Skoetz, N. T1 - Adjuvant bisphosphonates or RANK-ligand inhibitors for patients with breast cancer and bone metastases: A systematic review and network meta-analysis JF - Critical Reviews in Oncology / Hematology N2 - Bone-modifying agents like bisphosphonates and receptor activator of nuclear factor kappaβ ligand (RANK-L) inhibitors are used as supportive treatments in breast cancer patients with bone metastases to prevent skeletal-related events (SREs). Due to missing head-to-head comparisons, a network meta-analysis was performed to provide a hierarchy of these therapeutic options. Through a systematic literature search, 21 randomized controlled trials (RCTs) that fulfilled the inclusion criteria were identified. To prevent SREs, the ranking through P-scores showed denosumab (RR: 0.62; 95%CI: 0.50-0.76), zoledronic acid (RR: 0.72; 95%CI: 0.61-0.84) and pamidronate (RR: 0.76; 95%CI: 0.67-0.85) to be significantly superior to placebo. Due to insufficient or heterogeneous data, overall survival, quality of life, pain response and adverse events were not able to be analyzed within the network. Although data were sparse on adverse events, the risk of significant adverse events appeared low. The results of this review can therefore be used to formulate clinical studies more precisely in order to standardise and focus on patient-relevant outcomes. KW - bisphosphonates KW - RANK-L inhibitors KW - SREs KW - RCTs Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-240827 VL - 137 ER - TY - JOUR A1 - Brinker, Titus J. A1 - Hekler, Achim A1 - Hauschild, Axel A1 - Berking, Carola A1 - Schilling, Bastian A1 - Enk, Alexander H. A1 - Haferkamp, Sebastian A1 - Karoglan, Ante A1 - von Kalle, Christof A1 - Weichenthal, Michael A1 - Sattler, Elke A1 - Schadendorf, Dirk A1 - Gaiser, Maria R. A1 - Klode, Joachim A1 - Utikal, Jochen S. T1 - Comparing artificial intelligence algorithms to 157 German dermatologists: the melanoma classification benchmark JF - European Journal of Cancer N2 - Background Several recent publications have demonstrated the use of convolutional neural networks to classify images of melanoma at par with board-certified dermatologists. However, the non-availability of a public human benchmark restricts the comparability of the performance of these algorithms and thereby the technical progress in this field. Methods An electronic questionnaire was sent to dermatologists at 12 German university hospitals. Each questionnaire comprised 100 dermoscopic and 100 clinical images (80 nevi images and 20 biopsy-verified melanoma images, each), all open-source. The questionnaire recorded factors such as the years of experience in dermatology, performed skin checks, age, sex and the rank within the university hospital or the status as resident physician. For each image, the dermatologists were asked to provide a management decision (treat/biopsy lesion or reassure the patient). Main outcome measures were sensitivity, specificity and the receiver operating characteristics (ROC). Results Total 157 dermatologists assessed all 100 dermoscopic images with an overall sensitivity of 74.1%, specificity of 60.0% and an ROC of 0.67 (range = 0.538–0.769); 145 dermatologists assessed all 100 clinical images with an overall sensitivity of 89.4%, specificity of 64.4% and an ROC of 0.769 (range = 0.613–0.9). Results between test-sets were significantly different (P < 0.05) confirming the need for a standardised benchmark. Conclusions We present the first public melanoma classification benchmark for both non-dermoscopic and dermoscopic images for comparing artificial intelligence algorithms with diagnostic performance of 145 or 157 dermatologists. Melanoma Classification Benchmark should be considered as a reference standard for white-skinned Western populations in the field of binary algorithmic melanoma classification. KW - benchmark KW - artificial intelligence KW - deep learning KW - melanoma Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-220569 VL - 111 ER - TY - JOUR A1 - Brinker, Titus J. A1 - Hekler, Achim A1 - Enk, Alexander H. A1 - Berking, Carola A1 - Haferkamp, Sebastian A1 - Hauschild, Axel A1 - Weichenthal, Michael A1 - Klode, Joachim A1 - Schadendorf, Dirk A1 - Holland-Letz, Tim A1 - von Kalle, Christof A1 - Fröhling, Stefan A1 - Schilling, Bastian A1 - Utikal, Jochen S. T1 - Deep neural networks are superior to dermatologists in melanoma image classification JF - European Journal of Cancer N2 - Background Melanoma is the most dangerous type of skin cancer but is curable if detected early. Recent publications demonstrated that artificial intelligence is capable in classifying images of benign nevi and melanoma with dermatologist-level precision. However, a statistically significant improvement compared with dermatologist classification has not been reported to date. Methods For this comparative study, 4204 biopsy-proven images of melanoma and nevi (1:1) were used for the training of a convolutional neural network (CNN). New techniques of deep learning were integrated. For the experiment, an additional 804 biopsy-proven dermoscopic images of melanoma and nevi (1:1) were randomly presented to dermatologists of nine German university hospitals, who evaluated the quality of each image and stated their recommended treatment (19,296 recommendations in total). Three McNemar's tests comparing the results of the CNN's test runs in terms of sensitivity, specificity and overall correctness were predefined as the main outcomes. Findings The respective sensitivity and specificity of lesion classification by the dermatologists were 67.2% (95% confidence interval [CI]: 62.6%–71.7%) and 62.2% (95% CI: 57.6%–66.9%). In comparison, the trained CNN achieved a higher sensitivity of 82.3% (95% CI: 78.3%–85.7%) and a higher specificity of 77.9% (95% CI: 73.8%–81.8%). The three McNemar's tests in 2 × 2 tables all reached a significance level of p < 0.001. This significance level was sustained for both subgroups. Interpretation For the first time, automated dermoscopic melanoma image classification was shown to be significantly superior to both junior and board-certified dermatologists (p < 0.001). KW - deep learning KW - melanoma KW - skin cancer KW - artificial intelligence Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-220539 VL - 119 ER - TY - THES A1 - Birke, Claudius B. T1 - Low Mach and Well-Balanced Numerical Methods for Compressible Euler and Ideal MHD Equations with Gravity T1 - Low Mach und Well-Balanced Numerische Verfahren für die kompressiblen Euler und idealen MHD Gleichungen mit Gravitation N2 - Physical regimes characterized by low Mach numbers and steep stratifications pose severe challenges to standard finite volume methods. We present three new methods specifically designed to navigate these challenges by being both low Mach compliant and well-balanced. These properties are crucial for numerical methods to efficiently and accurately compute solutions in the regimes considered. First, we concentrate on the construction of an approximate Riemann solver within Godunov-type finite volume methods. A new relaxation system gives rise to a two-speed relaxation solver for the Euler equations with gravity. Derived from fundamental mathematical principles, this solver reduces the artificial dissipation in the subsonic regime and preserves hydrostatic equilibria. The solver is particularly stable as it satisfies a discrete entropy inequality, preserves positivity of density and internal energy, and suppresses checkerboard modes. The second scheme is designed to solve the equations of ideal MHD and combines different approaches. In order to deal with low Mach numbers, it makes use of a low-dissipation version of the HLLD solver and a partially implicit time discretization to relax the CFL time step constraint. A Deviation Well-Balancing method is employed to preserve a priori known magnetohydrostatic equilibria and thereby reduces the magnitude of spatial discretization errors in strongly stratified setups. The third scheme relies on an IMEX approach based on a splitting of the MHD equations. The slow scale part of the system is discretized by a time-explicit Godunov-type method, whereas the fast scale part is discretized implicitly by central finite differences. Numerical dissipation terms and CFL time step restriction of the method depend solely on the slow waves of the explicit part, making the method particularly suited for subsonic regimes. Deviation Well-Balancing ensures the preservation of a priori known magnetohydrostatic equilibria. The three schemes are applied to various numerical experiments for the compressible Euler and ideal MHD equations, demonstrating their ability to accurately simulate flows in regimes with low Mach numbers and strong stratification even on coarse grids. N2 - Physikalische Regime mit sehr niedrigen Machzahlen und starken Abschichtungen stellen konventionelle Finite Volumen Verfahren vor erhebliche Herausforderungen. In dieser Arbeit präsentieren wir drei neue Verfahren, die in der Lage sind, die Herausforderungen zu bewältigen. Die neuen Verfahren sind speziell an kleine Machzahlen angepasst und können (magneto-)hydrostatische Gleichgewichte exakt erhalten. Diese Eigenschaften sind essentiell für eine effiziente Berechnung präziser Lösungen in den betrachteten Regimen. Zunächst konzentrieren wir uns auf die Konstruktion eines approximativen Riemannlösers innerhalb von Godunov-artigen Finite Volumen Verfahren. Ein neues Relaxationssystem führt zu einem Relaxationslöser für die Euler Gleichungen mit Gravitation, der zwei Relaxationsgeschwindigkeiten verwendet. Abgeleitet von grundlegenden mathematischen Prinzipien reduziert dieser Löser die künstliche Dissipation im subsonischen Bereich und erhält hydrostatische Gleichgewichte. Der Löser ist besonders stabil, da er eine diskrete Entropieungleichung erfüllt, die Positivität von Dichte und interner Energie bewahrt und Schachbrettmuster unterdrückt. Das zweite Verfahren löst die idealen MHD Gleichungen und kombiniert verschiedene Ansätze, um die einzelnen numerischen Herausforderungen zu bewältigen. Für einen effizienten Umgang mit niedrigen Machzahlen wird eine Variante des HLLD Lösers mit künstlich niedriger Dissipation sowie eine teilweise implizite Zeitdiskretisierung zur Lockerung der CFL Zeitschrittbeschränkung gewählt. Eine Deviation Well-Balancing Methode wird angewendet, um magnetohydrostatische Gleichgewichte zu bewahren und dadurch das Ausmaß von räumlichen Diskretisierungsfehlern in stark geschichteten Atmosphären zu reduzieren. Das dritte Verfahren verwendet einen IMEX Ansatz, welcher auf einer Aufspaltung der MHD Gleichungen basiert. Das Teilsystem mit langsamen Ausbreitungsgeschwindigkeiten wird durch eine zeit-explizite Godunov-artige Methode diskretisiert, während das Teilsystem mit schnellen Ausbreitungsgeschwindigkiten implizit durch zentrale finite Differenzen diskretisiert wird. Numerische Dissipationsterme und die CFL Zeitschrittbeschränkung der Methode hängen somit nur von den langsamen Wellen des expliziten Teils ab, so dass die Methode besonders für subsonische Regime geeignet ist. Deviation Well-Balancing gewährleistet die Erhaltung a priori bekannter magnetohydrostatischer Gleichgewichte. Die drei Verfahren werden auf numerische Experimente für die kompressiblen Euler und idealen MHD Gleichungen angewendet und zeigen darin ihre Fähigkeit, Strömungen in Regimen mit niedrigen Machzahlen und starker Schichtung auch auf groben diskreten Gittern akkurat zu simulieren. KW - Magnetohydrodynamik KW - Numerische Strömungssimulation KW - Finite-Volumen-Methode KW - relaxation method KW - IMEX scheme KW - low Mach number KW - well-balanced Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363303 ER - TY - THES A1 - Wagner, Tim Matthias T1 - Characterization of 2D antimony lattices T1 - Charakterisierung 2D Antimon Atomgitter N2 - Two-dimensional lattices are in the focus of research in modern solid state physics due to their novel and exotic electronic properties with tremendous potential for seminal future applications. Of particular interest within this research field are quantum spin Hall insulators which are characterized by an insulating bulk with symmetry-protected metallic edge states. For electrons within these one-dimensional conducting channels, spin-momentum locking enables dissipationless transport - a property which promises nothing short of a revolution for electronic devices. So far, however, quantum spin Hall materials require enormous efforts to be realized such as cryogenic temperatures or ultra-high vacuum. A potential candidate to overcome these shortcomings are two-dimensional lattices of the topological semi-metal antimony due to their potential to host the quantum spin Hall effect while offering improved resilience against oxidation. In this work, two-dimensional lattices of antimony on different substrates, namely Ag(111), InSb(111) and SiC(0001), are investigated regarding their atomic structure and electronic properties with complimentary surface sensitive techniques. In addition, a systematic oxidation study compares the stability of Sb-SiC(0001) with that of the two-dimensional topological insulators bismuthene-SiC(0001) and indenene-SiC(0001). A comprehensive experimental analysis of the \((\sqrt{3}\times\sqrt{3})R30^\circ\) Sb-Ag(111) surface, including X-ray standing wave measurements, disproves the proclaimed formation of a buckled antimonene lattice in literature. The surface lattice can instead be identified as a metallic Ag\(_2\)Sb surface alloy. Antimony on InSb(111) shows an unstrained Volmer-Weber island growth due to its large lattice mismatch to the substrate. The concomitant moir\'{e} situation at the interface imprints mainly in a periodic height corrugation of the antimony islands which as observed with scanning tunneling microscopy. On islands with various thicknesses, quasiparticle interference patterns allow to trace the topological surface state of antimony down to the few-layer limit. On SiC(0001), two different two-dimensional antimony surface reconstructions are identified. Firstly, a metallic triangular $1\times1$ lattice which constitutes the antimony analogue to the topological insulator indenene. Secondly, an insulating asymmetric kagome lattice which represents the very first realized atomic surface kagome lattice. A comparative, systematic oxidation study of elemental (sub-)monolayer materials on SiC(0001) reveals a high sensitivity of indenene and bismuthene to small dosages of oxygen. An improved resilience is found for Sb-SiC(0001) which, however, oxidizes nevertheless if exposed to oxygen. These surface lattices are therefore not suitable for future applications without additional protective measures. N2 - Zweidimensionale Kristallgitter sind aufgrund ihrer neuartigen, exotischen elektronischen Eigenschaften ein hochaktuelles Thema der modernen Festkörperphysik mit enormen Potential für bahnbrechende zukünftige Anwendungen. Die Klasse der Quanten-Spin-Hall-Isolatoren erfährt in diesem Zusammenhang besondere Aufmerksamkeit in der aktuellen Forschung aufgrund ihrer durch Symmetrie geschützten, metallischen Randkanäle. In diesen ermöglicht das sogenannte "spin-momentum locking" der Elektronen einen verlustfreien Ladungstransport - eine Eigenschaft, die nichts weniger als eine Revolution auf dem Gebiet der Elektronik verspricht. Bisher konnten Quanten-Spin-Hall-Isolatoren allerdings nur unter enormem Aufwand bei kryogenen Temperaturen oder im Ultrahochvakuum realisiert werden. Eine Materialkandidat welcher es ermöglichen könnte diese Unzulänglichkeit-en zu überwinden, sind zweidimensionale Gitter des topologischen Halbmetalls Antimon. Diese zeigen zum einen eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und gelten zum anderen als potentielle Kandidaten für die Realisierung eben jenes Quanten-Spin-Hall-Effekts. Im Rahmen dieser Arbeit werden zweidimensionale Antimongitter auf unterschiedlichen Substraten, nämlich Ag(111), InSb(111) und SiC(0001), mit komplementären oberflächensensitiven Messmethoden hinsichtlich ihrer atomaren Struktur und elektronischen Eigenschaften untersucht. Zusätzlich wird mittels einer systematischen Oxydationsstudie die Stabilität von Sb-SiC(0001) mit derjenigen der topologischen Isolatoren Bismuthene-SiC(0001) und Indenene-SiC(0001) verglichen. Eine umfängliche experimentelle Analyse der \((\sqrt{3}\times\sqrt{3})R30^\circ\) Sb-Ag(111) Oberfläche, inklusive stehenden Röntgenwellenfeldern, widerlegt die in der Literatur beschriebene Ausbildung eines gefalteten Antimonene-Gitters. Die Oberflächenstruktur kann stattdessen als metallische Ag\(_2\)Sb Oberflächenlegierung identifiziert werden. Auf InSb(111) zeigt Antimon, bedingt durch den großen Unterschied in der Gitterkonstante, ein unverzerrtes Volmer-Weber Inselwachstum. Die damit einhergehende Moir\'{e} Situation an der Grenzfläche spiegelt sich dabei in einer periodischen Wellung der Oberfläche wieder. Auf Antimon-Inseln unterschiedlicher Dicke kann der topologische Oberflächenzustand mittels Quasi-Teilchen-Interferenzmustern bis hinab auf Schichtdicken von wenigen Atomlagen beobachtet werden. Auf SiC(0001) können zwei unterschiedliche zweidimensionale Oberflächenrekonstruktionen von Antimon identifiziert werden. Zum einen ein metallisches $1\times1$ Dreiecksgitter, dem Antimon-Analogon zum topologischen Isolator Indenene. Zum anderen ein isolierendes asymme-trisches Antimon Kagomegitter - das Erste jemals hergestellte atomare Oberflächengitter mit Kagome-Struktur. Eine vergleichende systematische Oxydationsstudie von elementaren (Sub-)Monolagen-materialien auf SiC(0001) zeigt eine hohe Anfälligkeit von Indenene und Bismuthene gegen-über selbst kleinen Dosen an Sauerstoff. Sb-SiC(0001) zeigt eine deutlich stärkere Oxidationsresistenz, oxidiert aber ebenfalls in Kontakt mit Sauerstoff. Die untersuchten Oberflächengitter sind somit ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen nicht für zukünftige Anwendungen nutzbar. KW - Antimon KW - experimental physics KW - condensed matter KW - 2D KW - antimony KW - ultra high vacuum KW - scanning tunneling microscopy KW - angle resolved photoemission spectroscopy KW - epitaxial growth KW - topological insulator KW - kagome lattice KW - Atomgitter Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363292 ER - TY - THES A1 - Zuber, Jonas Maximilian T1 - Evaluation von Sedierungen und Allgemeinanästhesien zur Durchführung bildgebender Verfahren bei Säuglingen bis zum 6. Lebensmonat T1 - Evaluation of sedation and general anesthesia for performing imaging procedures in infants up to 6 months of age N2 - Vorliegende Untersuchung am Universitätsklinikum Würzburg sowie die Befragung von Anästhesisten/Anästhesistinnen im Raum der 3 DACH-Länder zeigen, dass bildgebende Verfahren bei Säuglingen mit einer niedrigen Rate an Komplikationen, zumeist in medikamentöser Sedierung mit Propofol, durchgeführt werden. Wie international üblich ist im Säuglingsalter die Magnetresonanztomographie das bildgebende Verfahren der Wahl und wird, mit überzeugender Häufigkeit, erfolgreich durchgeführt. Die Untersuchung am Universitätsklinikum Würzburg legt nahe, dass männliche Säuglinge häufiger eine Bildgebung benötigen und häufiger höheren ASA-Kategorie zugeschrieben werden. Dabei scheinen sie auch häufiger Komplikationen zu erleben und bedürfen daher besonderer Aufmerksamkeit. Eine eventuelle Alternative zur Sedierung kann dabei die „feed-and-sleep“ Methode darstellen. In unserer Umfrage konnten wir erheben, dass diese Methode bisher wenig verbreitet ist, obwohl in diesem Zusammenhang eventuell Abläufe und Prozesszeiten strukturiert und optimiert werden können, da beispielsweise die Nachüberwachung entfällt. Vorstellbar wäre beispielsweise, mehrere Säuglinge zum gleichen Zeitpunkt ins MRT zu bestellen, um gegebenenfalls den am frühesten eingeschlafenen Säugling vorzuziehen. Diese Methode sollte zukünftig Einzug in die wissenschaftliche Untersuchung von bildgebenden Verfahren bei Säuglingen finden. Die Umfrage im deutschsprachigen Raum zeigt eine Leitlinien-gerechte Betreuung von Säuglingen für bildgebende Verfahren, die mit einer hohen Qualität, und zumeist erfolgreich von erfahrenen Anästhesisten/Anästhesistinnen durchgeführt wird. Eventuelle Verbesserungen können im Bereich der Ausbildung nachfolgender Ärztinnen/Ärzte und in der häufigeren Verwendung der „feed-and-sleep“ Methode liegen, die vielen Kollegen/Kolleginnen bekannt ist, aber nur selten durchgeführt wird. Ziel ist eine qualitativ hochwertige, schnellstmöglich durchgeführte Bildgebung, die ohne oder mit der niedrigst möglichen Dosierung eines sedierenden Medikamentes zu erreichen ist. N2 - The present study at the University Hospital of Würzburg and the survey of anesthesiologists in the three DACH countries show that imaging procedures are carried out in infants with a low rate of complications, mostly under medical sedation with propofol. As is common practice internationally, magnetic resonance imaging is the imaging method of choice in infancy and is mostly carried out successfully. The study at the University Hospital of Würzburg suggests that male infants require imaging procedures more frequently and are assigned to higher ASA categories in comparison with female infants.They also seem to experience complications more often and therefore require special attention. The “feed and sleep” method can be a potential alternative to sedation. In our survey, we found that this method is not yet used widely, although in this context processes and process times can potentially be restructured and optimized since, for example, follow-up monitoring is no longer necessary. It would be conceivable, for example, to order several infants for an MRI at the same time in order to prioritize the infant who fell asleep earliest. In the future, this method should find its way into the scientific study of imaging procedures in infants. The survey in German-speaking countries shows guideline-compliant care of infants for imaging procedures, which is carried out with high quality and mostly successfully by experienced anesthesiologists. Possible improvements could lie in the education of doctors in training and in the more frequent use of the “feed-and-sleep” method, which is known to many colleagues but is rarely carried out. The goal is a high-quality imaging that is performed as quickly as possible and can be achieved without or with the lowest possible dosage of a sedative medication. KW - Sedierung KW - Säugling KW - Narkose KW - Kernspintomografie KW - feed-and-sleep KW - Umfrage KW - Anästhesie KW - Monitoring Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-361111 ER - TY - THES A1 - Dalkmann, Theresa T1 - Evaluierung prognostischer und prädiktiver Biomarker beim neoadjuvant vorbehandelten Rektumkarzinom T1 - Evaluation of prognostic and predictive biomarkers for neoadjuvant chemoradiotherapy in locally advanced rectal cancer (LARC) N2 - Fragestellung. Osteopontin (OPN) kann im Blut nachgewiesen werden und wird bei vielen Tumorentitäten exprimiert, wie auch der Tyrosinkinaserezeptor c-Met und sein Ligand, das Zytokin Hepatocyte Growth Factor (HGF). In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir die prognostische und prädiktive Wertigkeit der Plasmakonzentrationen von OPN, c-Met und HGF bei Patienten mit lokal fortgeschrittenem Rektumkarzinom (LARC). Methodik. Das Plasma von 63 Patienten mit LARC wurde untersucht. Die Blutentnahmen (EDTA-Plasma) erfolgten vor Therapiebeginn sowie im Verlauf. Die Plasmaspiegel von OPN, c-Met und HGF wurden mittels Enzyme-Linked Immunosorbent Assay analysiert. Die Konzentrationen wurden auf eine Korrelation mit den klinischen Parametern untersucht. Ergebnisse. 68 Patienten wurden neoadjuvant mit einer Radiochemotherapie behandelt, 63 Blutproben wurden untersucht. Initial befanden sich nach UICC 14 Patienten in Stadium II, 47 in Stadium III und 7 in Stadium IV. Das mediane Follow-Up betrug 29,87 Monate. 20 der 68 Patienten (29,4 %) verstarben, 19 entwickelten Fernmetastasen. OPN korrelierte signifikant mit dem Überleben (p=0,001). OPN-Werte korrelierten mit dem pT-Stadium (R:0,445 p=0,018) und dem pUICC-Stadium (R:0,412 p=0,018), sowie mit dem Auftreten von Fernmetastasen (R:0,271 p=0,031). Eine Korrelation zwischen OPN und dem Therapieansprechen konnte gezeigt werden: pathologisch komplette Remission (pCR) (R:0,379 p=0,001), NAR-Score (R:0,373 p=0,015), TRG (R:0,380 p=0,020). Die logistische Regressionsanalyse ergab eine Prädiktivität OPNs für pCR (OR:0,990 p=0,009), NAR-Score (OR:1,008 p=0,007), TRG (OR:0,459 p=0,008). C-Met und HGF korrelierten nicht mit dem Überleben. Für c-Met und HGF ergab sich keine Korrelation zu initialen klinischen Daten und Therapieansprechen. Die logistische Regression ergab keinen prädiktiven Wert. Schlussfolgerung. Die Plasmakonzentration von OPN besitzt prognostische und prädiktive Wertigkeit beim LARC. Die Konzentrationen von c-Met und HGF sind nicht prognostisch für das Überleben oder prädiktiv für das Therapieansprechen. N2 - Purpose. The glycoprotein Osteopontin (OPN), tyrosine kinase receptor c-Met and it´s ligand Hepatocyte Growth Factor (HGF) can be detectet in blood and are known to be overexpressed in many kinds of human cancer. Here we examine their prognostic and predictive value in patients with locally advanced rectal cancer (LARC). Patients and methods. In a monocentric prospective study EDTA-plasma was drawn from patients who received neoadjuvant chemoradiotherapy (CRT) in LARC. Blood samples were taken before CRT and at different timepoints during the follow-up. We used an Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) to analyse the plasma concentrations of OPN, c-Met and HGF. Results. 68 patients (48 males, 20 females) were included. Blood samples were drawn from 63 patients. Initially, 14 patients had UICC stage II, 47 had UICC stage III and 7 had UICC stage IV. Median follow-up was 29,9 months. 20 out of 68 patients died during follow-up (29,4 %), 19 developed metastasis (27,9 %). Patients with OPN median (91,8 % vs. 58,6 %, p = 0,001). Higher OPN-concentrations were correlated with pT (R = 0,445, p = 0,018), postoperative UICC (R = 0,412, p = 0,018) and metastasis (R = 0,271, p = 0,031). Pretherapeutical OPN levels were significantly different depending on the response to CRT: 415,9 ± 62,6 ng/ml in patients with pathological complete response (pCR) vs. 703,3 ± 285,9 ng/ml in patients with pathological incomplete response (pIR), p < 0,001). Logistic regression showed a predictive value of OPN for pCR (OR = 0,990, p = 0,009). Pretherapeutic c-Met and HGF concentrations were not associated with survival rates. There was no correlation between initial c-Met or HGF and clinical characteristics. There was von predictive value for c-Met or HGF. Conclusion. Osteopontin plasma levels might have prognostic and predictive value in LARC. We could not find a prognostic or predictive significance for c-Met or HGF. KW - Biomarker KW - Neoadjuvant vorbehandeltes Rektumkarzinom KW - prognostische und prädiktive Biomarker KW - prognostic and predictive biomarker KW - locally advanced rectal cancer KW - neoadjuvant radiochemotherapy KW - Mastdarmkrebs KW - Rektumkarzinom KW - Neodadjuvant KW - prognostische KW - prädiktive Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363368 ER - TY - THES A1 - Junghanns, Lara Madeleine T1 - Resistenzmechanismen gegen Amphotericin B in humanpathogenen Hefepilzen T1 - Resistance mechanism to amphotericin B in human pathogenic yeasts N2 - Die 2009 erstmals entdeckte Spezies C. auris erlangte binnen kürzester Zeit zunehmend weltweite Aufmerksamkeit. Vor allem die Tendenz der Multiresistenzentwicklung und das rasche Auslösen von nosokomialen Infektionen erschweren den Umgang und die Therapie von C. auris Infektionen im Vergleich zu anderen Candida Spezien. Diese Dissertationsarbeit umfasst eine systematische Resistenzanalyse der im NRZMyk vorhandenen Stammsammlung aus C. auris und C. parapsilosis Isolaten, um Aufschluss über den Wirkmechanismus von Amphotericin B in Hefepilzen zu erlangen. Anhand der zunächst durchgeführten Amphotericin B-Resistenztestungen kristallisierten sich CAU37 und CAU43 mit MHK-Werten bis zu 12 µg/ml als stark Amphotericin B-resistente Isolate heraus. Die Analyse der Sequenzierungsergebnisse zeigte bei beiden Stämmen eine Mutation im ERG4 Gen an Position 576, welche nicht eindeutig als alleinige Ursache für die verminderte Amphotericin B-Empfindlichkeit festgelegt werden konnte. Dennoch wurde im Rahmen eines Survival Assays bei beiden Amphotericin B-resistenten Isolaten anfänglich eine konzentrationsabhängige Aktivität gegenüber Amphotericin B festgestellt, bevor ein Nachwachsen der Kulturen beobachtet wurde. Somit wurde die Vermutung aufgestellt, dass lediglich ein Teil der aufgebrachten Candida-Zellen abgetötet wird und dies in einer Vermehrung der überlebenden Zellen resultiert. Des Weiteren konnte im Rahmen von Resistenztestungen mit dem Sphingolipidinhibitor Myriocin nachgewiesen werden, dass vor allem in Amphotericin B-resistenten Isolaten eine deutliche Wirkungsverstärkung des Polyens hervorgerufen wird. Diese Sensitivitätssteigerung ist allgemein bei allen C. auris Isolaten zu beobachten, fällt bei resistenten Stämmen jedoch deutlich stärker aus. Hierdurch kam die Annahme auf, dass Amphotericin B-Resistenzen auch in möglichen Veränderungen des Sphingolipid-Haushaltes begründet sein könnten. Darüber hinaus scheint Myriocin keinen Einfluss auf Fluconazol-resistente oder FKS-mutierte Echinocandin-resistente C. auris Stämme zu haben. Das ebenfalls untersuchte und von Myriocin abgeleitete Medikament Fingolimod hatte jedoch ebenfalls keinen wirkungsverstärkenden Effekt. Allerdings reagierte ein Großteil der C. auris Isolate (57,6 %) sensitiv gegenüber dem neusten medizinisch bekannten Triazol Isavuconazol und es konnte erstmalig ein ECV-Wert von 0,03125 µg/ml festgelegt werden. Ein valider Vergleich von C. auris zu C. parapsilosis war aufgrund der mangelnden Anzahl an C. parapsilosis Isolaten jedoch nicht möglich N2 - The species C. auris, which was first discovered in 2009, quickly attracted worldwide attention. In particular, the development of multidrug resistance and the rapid onset of nosocomial infections complicate the management and treatment of C. auris infections compared to other Candida species. This dissertation comprises a systematic resistance analysis of the strain collection available at the NRZMyk from C. auris and C. parapsilosis isolates in order to shed light on the mechanism of action of amphotericin B in yeast fungi. CAU37 and CAU43 ermerged as highly amphotericin B-resistant isolates in the initially performed amphotericin B resistance tests, with MIC values up to 12 µg/ml. Sequencing results showed a mutation in the ERG4 gene at position 576 in both strains, which can`t be clearly identified as the main cause of the reduced susceptibility to amphotericin B. Nevertheless both amphotericin B-resistant isolates initially showed a concentration dependent activity against amphotericin B, followed by a regrowth of the cultures. The hypothesis is, that only some of the applied Candida cells are killed, resulting in a proliferation of the surviving cells. Furthermore the resistance tests with the sphingolipid inhibitor Myriocin in combination with amphotericin B showed that sublethal myriocin concentrations increased the C. auris susceptibility to amphotericin B. This increase in sensitivity is generally observed in all C. auris isolates, but is significantly stronger in resistant strains. This leeds to the assumption that amphotericin B resistance can also be due to possible changes in the sphingolipid balance. Furthermore, myriocin does not appear to have any influence on fluconazole-resistant or FKS-mutated echinocandin-resistant C. auris strains. Fingolimod, a drug also investigated and derived from Myriocin, doesn`t have any enhancing effect either. However the majority of C. auris isolates (57.6 %) reacted sensitively to the latest medically known triazole isavuconazole and for the first time an ECV value of of 0.03125 µg/ml could be determined. A valid comparison of C. auris to C. parapsilosis was not possible due to the lack of C. parapsilosis isolates. KW - Candida KW - antifungal susceptibility KW - Multidrug-Resistenz KW - Amphotericin B KW - Sphingolipide KW - Fingolimod KW - Candida auris KW - Multiresistenz KW - Myriocin KW - Isavuconazol KW - Antimykotikaresistenz KW - C. auris KW - Empdindlichkeitsprüfung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369861 ER - TY - THES A1 - Völter, Maximilian Friedrich T1 - In vitro-Analyse der Auswirkungen einer Methioninrestriktion auf die Proliferation von Myelomzellen des murinen Modellsystems MPC11 und der humanen Zelllinien L363 und KMS12-BM T1 - In vitro analysis of the effects of methionine restriction on the proliferation of myeloma cells of the murine model system MPC11 and the human cell lines L363 and KMS12-BM N2 - Trotz zahlreicher medizinischer Fortschritte sind Krebserkrankungen weiterhin eine der häufigsten Todesursachen weltweit (Bhupender S. Chhikara und Keykavous Parang 2023). Dabei ist das Multiple Myelom (MM) die zweithäufigste Krebserkrankung des blutbildenden Systems und für ca. 20% aller Todesfälle durch hämatologische Erkrankungen verantwortlich (Derlin und Bannas 2014). Die Krankheit gilt als schwer heilbar, die Patienten leiden unter schwerwiegenden Symptomen und die aktuelle Standardtherapie mittels hochdosierter Chemotherapeutika geht mit starken Nebenwirkungen einher (Cowan et al. 2022). Insofern besteht ein großes Interesse daran, neue und ergänzende Behandlungsmethoden zu finden. In der Forschung etablierte und bereits mit vielversprechenden Ergebnissen an Menschen mit anderen Krebserkrankungen getestete Verfahren sind die Methionin- (MetR) (Kaiser 2020) bzw. Cysteinrestriktion (CysR) (Garcia-Bermudez et al. 2020). Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit in vitro überprüft, ob diese Methoden grundsätzlich einen möglichen Ansatz für die Therapie des MM darstellen. Untersucht wurden die murine MPC11- sowie die humanen L363- und KMS12-BM-Zelllinien des MM. Dabei konnte die antiproliferative Wirkung der Restriktionen bestätigt werden. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass der Mangel der Aminosäuren nicht über endogene Stoffwechselwege kompensiert werden kann, die Zellen also von der exogenen Zufuhr abhängig sind. Des Weiteren wurde das Metabolom der MPC11-Zellen unter MetR massenspektrometrisch analysiert und ein charakteristischer „metaboler Fingerabdruck“ erstellt. Die Proliferationshemmung ohne Rückgang der Zellzahlen unter den Anfangswert zusammen mit den die gesunde Morphologie der Zellen dokumentierenden EVOS Bildern belegt das Vorliegen eines Low-Energy-Metabolismus (LEM) ohne Absterben der Zellen (Schmitz et al. 2021a). Als geeignete Marker (charakteristischer „metabolen Fingerabdruck“) für einen MetR induzierten LEM eignen sich das bereits in L929-Zellen herauskristallisierte Absinken des Kreatins, der Aminosäuren und Purine bzw. Pyrimidine sowie der Anstieg des Acetoacetats. In den MPC11-Zellen kommen zusätzlich eine Zunahme der Folsäure und eine Abnahme des SAM, SAH und MTA aus dem Methionin- bzw. MTA-Zyklus, des Pentose-5-Phosphats aus dem Pentose-Phosphat-Weg und des Hexose- und Glyceralphosphats sowie des Pyruvats und des Laktats aus der Glykolyse hinzu. Kein klassischer Marker für einen LEM, aber aufgrund des signifikanten Anstiegs dennoch als auffällige Abweichung unter MetR zusätzlich erwähnenswert, ist der deutliche Anstieg des Cystins. N2 - Despite numerous medical advances, cancer remains one of the most common causes of death worldwide (Bhupender S. Chhikara and Keykavous Parang 2023). Multiple myeloma (MM) is the second most common cancer of the haematopoietic system and is responsible for around 20% of all deaths from haematological diseases (Derlin and Bannas 2014). The disease is considered difficult to cure, patients suffer from severe symptoms and the current standard therapy using high-dose chemotherapeutic agents is associated with severe side effects (Cowan et al. 2022). There is therefore great interest in finding new and complementary treatment methods. Methionine restriction (MetR) (Kaiser 2020) and cysteine restriction (CysR) (Garcia-Bermudez et al. 2020) are established research methods that have already been tested with promising results in humans with other cancer entities. This study therefore examined in vitro whether these methods also represent a possible approach for the treatment of MM. The murine MPC11 and the human L363 and KMS12 BM cell lines of MM were investigated. The antiproliferative effect of the restrictions was confirmed. In addition, it was demonstrated that the deficiency of amino acids cannot be compensated via endogenous metabolic pathways, i.e. the cells are dependent on exogenous supply. Furthermore, the metabolome of the MPC11 cells was analysed by mass spectrometry under MetR and a characteristic "metabolic fingerprint" was defined. The inhibition of proliferation without a decrease in cell numbers below the initial value together with the EVOS images documenting the healthy morphology of the cells confirms the presence of low-energy metabolism (LEM) without cell death (Schmitz et al. 2021a). Suitable markers (characteristic "metabolic fingerprint") for a MetR-induced LEM are the decrease in creatine, amino acids and purines or pyrimidines already shown in L929 cells and the increase in acetoacetate. In the MPC11 cells, there is also an increase in folic acid and a decrease in SAM, SAH and MTA from the methionine and MTA cycle, pentose-5-phosphate from the pentose-phosphate pathway and hexose and glyceral phosphate as well as pyruvate and lactate from glycolysis. The marked increase in cystine is not a classic marker for an LEM, but due to the significant increase it is nevertheless worth mentioning as a conspicuous deviation under MetR. KW - Methioninbedarf KW - Multiples Myelom KW - Methioninrestriktion KW - Cysteinrestriktion KW - Plasmozytom Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369832 ER - TY - THES A1 - Nopper [geb. Ackermann], Nadja T1 - Impf- und Immunstatus Würzburger Medizinstudierender von 2004-2020 T1 - Vaccination and Immunity Status of Würzburg Medical Students from 2004-2020 N2 - In dieser Arbeit wurde der Impfstatus der Würzburger Medizinstudierenden von 2004-2020 entsprechend der jeweils im sechsten Semester geltenden STIKO Empfehlungen ausgewertet (im folgenden Impfquote genannt) und mit den Ergebnissen von Studien an Universitäten in Frankfurt, Bochum und Dresden, sowie der Allgemeinbevölkerung und dem medizinischen Personal in Deutschland verglichen. Außerdem wurde ausgewertet, inwiefern das Angebot der Nachimpfungen im Impfkurs angenommen wurde und mögliche Zusammenhänge mit aufgedeckten Impflücken wurden diskutiert. Bei manchen impfpräventablen Infektionskrankheiten (IPIE) wie Pertussis war von 2004-2020 ein deutlicher Anstieg der Impfquote (von <2% auf knapp 90%) zu beobachten, bei anderen, wie Tetanus war bereits seit 2004 eine Impfquote von etwa 75-90% zu sehen, der über die gesamte Beobachtungszeit auf etwa 85-90% anstieg. Im Vergleich zu anderen Studien mit Medizinstudierenden anderer Universitäten in Deutschland schnitten die Würzburger Medizinstudierenden in Bezug auf Masern, Mumps, Röteln und Varizellen mit Impfquoten um die 80-90% oder höher im Vergleich zu 73-86% in den anderen Städten durchweg besser ab. Bei Hepatitis B war anfangs eine vergleichbare (65-90%), später eine höhere Impfquote (um die 80%) als in den Vergleichsstudien (um die 40%) zu beobachten. In Bezug auf Tetanus (Impfquote im Schnitt 85,2%), Diphtherie (Impfquote im Schnitt 82,9%), Pertussis (Impfquote im Schnitt 49,3%) und Influenza (Impfung in Vorsaison im Schnitt bei 29,3%) waren die Daten aus Würzburg gut mit den Daten aus Vorstudien in ähnlichen Zeiträumen vergleichbar. Im Vergleich zu Daten zur Impfquote bei Meningokokken und HPV aus der Allgemeinbevölkerung lagen die Würzburger Medizinstudierenden von 2017-2020 über den dort verzeichneten Werten (48% zu 29% bzw. 63% zu 53). Im Vergleich zu Daten der Impfsurveillance des RKI aus 2020 zeigte sich der Effekt der Impfempfehlung bei Kindern (Meningokokken: 90% der 4-7 Jährigen, HPV: 63,3% der 14 Jährigen). Bei der Pneumokokken Impfung gaben – obwohl die STIKO Empfehlung nicht auf medizinisches Personal zutrifft – 10,8% der Studierenden an, mindestens einmal geimpft zu sein. Dies könnte ein erhöhtes Gesundheitsbewusstsein der Medizinstudierenden widerspiegeln. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Anteil der Würzburger Medizinstudierenden, deren Impfstatus für die einzelnen IPIE den STIKO Empfehlungen für medizinisches Personal entsprach, über die Jahre 2004 bis 2020 angestiegen ist. Zum Großteil lag der Anteil der Studierenden mit Impfstatus entsprechend den STIKO Empfehlungen über dem aus den Studien der anderen Universitäten. Trotzdem blieben noch deutliche Lücken im Impfstatus, bspw. bei Pertussis oder Masern, und Wissen der Würzburger Medizinstudierenden bestehen. Diese Lücken werden sich auf Dauer in die Ärzteschaft und schließlich auch in die Empfehlungen durch das ärztliche Personal fortsetzen. Deshalb sollte ein besonderer Fokus auf die Verbesserung des Impfstatus Medizinstudierender gelegt werden, beispielsweise durch regelmäßige verpflichtende Kontrollen durch Betriebärzt*in, intensivierte Lehre sowie bessere Aufklärung bereits zu Beginn des Studiums. Das Format des Impfkurses, wie er in Würzburg durchgeführt wird, scheint ein gut gewähltes Format, um den Studierenden die Möglichkeit zu geben, ihren eigenen Impfstatus zu überprüfen und diesen weiter zu verbessern. Die Impfquote der Studierenden lag in den Jahren 2014 bis 2020 – den Jahren, in denen die Nachimpfungen im Kurs erfasst wurden – im Schnitt nach dem Kurs bei fast allen IPIE über 90%. Nur bei Pertussis lag die Impfquote nach dem Kurs bei 83,4% (vgl. vor dem Kurs 68,4%). Durch nationale Vereinheitlichung der Lehre im NKLM zum Thema Impfen, frühe Auseinandersetzung mit dem Thema und regelmäßige Überprüfung des eigenen Impfstatus sowie niederschwellige Impfangebote im Medizinstudium, kann einerseits eine Verbesserung des Impfstatus von Medizinstudierenden erreicht werden. Andererseits können so auch insgesamt bessere Impfquoten in der Bevölkerung durch die verbesserte Ausbildung von Ärztinnen bereits im Medizinstudium erzielt werden. N2 - In this study, the vaccination status of medical students in the sixth semester at Würzburg University from 2004-2020 was evaluated according to the STIKO recommendations applicable (hereinafter referred to as the vaccination rate) and compared with the results of studies at universities in Frankfurt, Bochum, and Dresden, as well as the general population and medical personnel in Germany. Additionally, it was analysed to what extent the offer of catch-up vaccinations in the “vaccination course” was accepted and possible correlations with identified vaccination gaps were discussed. For some vaccine-preventable infectious diseases (VPIE) such as pertussis, a significant increase in vaccination rates (from <2% to nearly 90%) was observed from 2004-2020, while for others, such as tetanus, a vaccination rate of approximately 75-90% was already seen since 2004, which increased to about 85-90% over the entire observation period. Compared to other studies involving medical students from various German universities, those from Würzburg consistently exhibited higher vaccination rates for measles, mumps, rubella, and varicella, with rates around 80-90% or higher, as opposed to 73-86% in other cities. For hepatitis B, an initially comparable vaccination rate (65-90%) later increased to a higher rate (around 80%) than in the comparison studies (around 40%). Regarding tetanus (average vaccination rate 85.2%), diphtheria (average vaccination rate 82.9%), pertussis (average vaccination rate 49.3%), and influenza (average seasonal vaccination rate 29.3%), the data from Würzburg were well comparable to the data from previous studies over similar periods. Compared to vaccination rate data for meningococcal and HPV vaccines in the general population, medical students from Würzburg in 2017-2020 had higher recorded values (48% vs. 29% for meningococcal and 63% vs. 53% for HPV). Compared to data from the RKI vaccination surveillance in 2020, the effect of the vaccination recommendation for children was evident (meningococcal: 90% of 4-7-year-olds, HPV: 63.3% of 14-year-olds). For the pneumococcal vaccine, although the STIKO recommendation does not apply to medical personnel, 10.8% of the students reported being vaccinated at least once. This could reflect an increased health awareness among medical students. In summary, it can be said that the proportion of medical students from Würzburg whose vaccination status for individual VPIEs corresponded to the STIKO recommendations for medical personnel increased from 2004 to 2020. For the most part, the proportion of students with vaccination status in line with STIKO recommendations was higher than in studies from other universities. However, significant gaps in vaccination status, such as for pertussis or measles, and in the knowledge of medical students from Würzburg still remained. These gaps will eventually extend into the medical profession and influence the recommendations made by medical personnel. Therefore, special focus should be placed on improving the vaccination status of medical students, for example, through regular mandatory checks by company physicians, intensified education, and better information at the beginning of studies. The format of the “vaccination course”, as conducted in Würzburg, appears to be a well-chosen method to provide students with the opportunity to check and improve their own vaccination status. The vaccination rate among students from 2014 to 2020—years in which catch-up vaccinations were recorded during the course—was on average over 90% for almost all VPIEs after the course. Only for pertussis was the vaccination rate after the course 83.4% (compared to 68.4% before the course). Through the national standardization of education in the NKLM on the topic of vaccination, early engagement with the topic, regular monitoring of one's vaccination status, and low-threshold vaccination offers during medical studies, the vaccination status of medical students can be improved. Additionally, this can lead to overall better vaccination rates in the population through the improved training of doctors already during their medical studies. KW - Impfung KW - Impfstatus KW - Immunstatus KW - Medizinstudierende KW - Vaccination KW - medical students KW - Würzburg Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369689 ER - TY - THES A1 - Mutter, Julian T1 - Modeling and simulation of a propulsive landing system with 3DOF T1 - Modellierung und Simulation eines propulsiven Landesystems mit 3DOF N2 - In this thesis, a model of the dynamics during the landing phase of an interplanetary lander mission is developed in a 3 DOF approach with the focus lying on landing by propulsive means. Based on this model, a MATLAB simulation was developed with the goal of enabling an estimation of the performance and especially the required fuel amount of a propulsive landing system on Venus. This landing system is modeled to be able to control its descent using thrusters and to perform a stable landing at a specified target location. Using this simulation, the planetary environments of Mars and Venus can be simulated and the impact of wind, atmospheric density and gravity as well as of using different thrusters on the fuel consumption and landing abilities of the simulated landing system can be investigated. The comparability of these results with the behavior of real landing systems is validated in this thesis by simulating the Powered Descent Phase of the Mars 2020 mission and comparing the results to the data the Mars 2020 descent stage has collected during this phase of its landing. Further, based on the simulation, the minimal necessary fuel amount for a successful landing on Venus has been determined for different scenarios. The simulation along with these results are a contribution to the research of this thesis’s supervisor Clemens Riegler, M.Sc., who will use them for a comparison of different types of landing systems in the context of his doctoral thesis. N2 - In dieser Arbeit wird ein dynamisches 3 DOF Modell entwickelt, dass die Landephase von interplanetaren Missionen beschreibt und dabei die Landung mit Triebwerken im Fokus hat. Basierend auf diesem Modell wurde im Rahmen dieser Arbeit eine MATLAB Simulation entwickelt, die zum Ziel hat, die Einschätzung der Leistungsfähigkeit und insbesondere des Treibstoffbedarfs eines Landesystems mit Triebwerken auf der Venus zu ermöglichen. Dieses Landesystem ist so modelliert, dass es seinen Abstieg mit Hilfe von Triebwerken steuern und eine stabile Landung an einer vorgegebenen Zielposition durchführen kann. Mithilfe dieser Simulation können die planetarischen Umgebungen von Mars und Venus simuliert und der Einfluss von Wind, atmosphärischer Dichte und Gravitation sowie die Einflüsse der Nutzung verschiedener Triebwerke auf den Treibstoffverbrauch und die Landefähigkeit des simulierten Landesystems untersucht werden. Die Vergleichbarkeit dieser Ergebnisse mit realen Landesystemen wird in dieser Arbeit validiert, in dem die Landephase der Mars 2020 Mission simuliert und die Ergebnisse mit den von der Mars 2020 Landesphäre gesammelten Daten verglichen werden. Basierend auf der Simulation wird außerdem die minimal nötige Treibstoffmenge für eine erfolgreiche Landung auf der Venus für verschiedene Szenarios bestimmt. Die Simulation sowie diese Ergebnisse liefern einen Beitrag zu der Forschungsarbeit des Betreuers dieser Arbeit, Clemens Riegler, M.Sc., der dies für einen Vergleich verschiedener Arten von Landesystemen im Rahmen seiner Doktorarbeit verwenden wird. T3 - Raumfahrttechnik und Extraterrestrik - 6 KW - Raumfahrt KW - Landung KW - Weltraumforschung KW - Weltraum KW - landing KW - modelling KW - simulation KW - control KW - guidance KW - propulison Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369306 ER - TY - GEN A1 - Aichele, Thorsten A1 - Heurich, Tina A1 - Müller, Noemi A1 - Odenbreit, Carina A1 - Radičević, Jana A1 - Raith, Sarah A1 - Röseler, Christoph A1 - Zaus, Petra T1 - 7 + 4. SEED – Szenarien für den Einsatz von E-Portfolios N2 - Mit dem Projekt SEED werden E-Portfolios für die Lehre an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg erschlossen. E-Portfolios ermöglichen es, Lehren und Lernen kompetenzorientiert weiterzuentwickeln und den individuellen Reflexionsanteil eines wissenschaftlichen Studiums im Sinne der Ausbildung professioneller Handlungsfähigkeit zu stärken. Insgesamt wurden sieben Nutzungsszenarien herausgearbeitet. Sie zeigen exemplarisch, auf welche Weise E-Portfolios in der Hochschullehre eingesetzt werden können. Vier Prüfungsvarianten helfen, beim Prüfen mittels E-Portfolios sowohl fachliche als auch reflexive Anteile abzubilden. KW - E-Portfolio KW - Theorie-Praxis-Transfer KW - reflexive Praxis KW - Peer-Feedback KW - kollaboratives Arbeiten KW - Handlungsorientierung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-370078 N1 - Englische Ausgabe unter https://doi.org/10.25972/OPUS-37009 ER - TY - GEN A1 - Aichele, Thorsten A1 - Heurich, Tina A1 - Müller, Noemi A1 - Odenbreit, Carina A1 - Radičević, Jana A1 - Raith, Sarah A1 - Röseler, Christoph A1 - Zaus, Petra T1 - 7 + 4. SEED – Scenarios for the Use of ePortfolios in Digital Learning N2 - The SEED project is developing ePortfolios for teaching at the Julius-Maximilians-Universität Würzburg. ePortfolios make it possible to further develop teaching and learning in a competence-oriented manner and to strengthen the individual reflection aspect of academic studies to support training professional skills. A total of seven use cases were developed. They provide examples of how ePortfolios can be used in university teaching. Four exam variants help to illustrate both subject-specific and reflective components when examining using ePortfolios. KW - ePortfolio KW - action orientation KW - theory-praxis-transfer KW - reflective practice KW - peer-feedback KW - collaborative work KW - Handlungsorientierung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-370091 N1 - Deutsche Ausgabe unter https://doi.org/10.25972/OPUS-37007 ER - TY - JOUR A1 - Jeanclos, Elisabeth A1 - Albersen, Monique A1 - Ramos, Rúben J. J. A1 - Raab, Annette A1 - Wilhelm, Christian A1 - Hommers, Leif A1 - Lesch, Klaus-Peter A1 - Verhoeven-Duif, Nanda M. A1 - Gohla, Antje T1 - Improved cognition, mild anxiety-like behavior and decreased motor performance in pyridoxal phosphatase-deficient mice JF - BBA - Molecular Basis of Disease N2 - Pyridoxal 5′-phosphate (PLP) is an essential cofactor in the catalysis of ~140 different enzymatic reactions. A pharmacological elevation of cellular PLP concentrations is of interest in neuropsychiatric diseases, but whole-body consequences of higher intracellular PLP levels are unknown. To address this question, we have generated mice allowing a conditional ablation of the PLP phosphatase PDXP. Ubiquitous PDXP deletion increased PLP levels in brain, skeletal muscle and red blood cells up to 3-fold compared to control mice, demonstrating that PDXP acts as a major regulator of cellular PLP concentrations in vivo. Neurotransmitter analysis revealed that the concentrations of dopamine, serotonin, epinephrine and glutamate were unchanged in the brains of PDXP knockout mice. However, the levels of γ-aminobutyric acid (GABA) increased by ~20%, demonstrating that elevated PLP levels can drive additional GABA production. Behavioral phenotyping of PDXP knockout mice revealed improved spatial learning and memory, and a mild anxiety-like behavior. Consistent with elevated GABA levels in the brain, PDXP loss in neural cells decreased performance in motor tests, whereas PDXP-deficiency in skeletal muscle increased grip strength. Our findings suggest that PDXP is involved in the fine-tuning of GABA biosynthesis. Pharmacological inhibition of PDXP might correct the excitatory/inhibitory imbalance in some neuropsychiatric diseases. KW - pyridoxal phosphatase KW - vitamin B6 KW - γ-Aminobutyric acid (GABA) KW - motor performance KW - neuropsychiatric diseases KW - neurotransmitter biosynthesis Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-323396 VL - 1865 ER - TY - THES A1 - Pollerhoff, Lena Katharina T1 - Age differences in prosociality across the adult lifespan: Insights from self-reports, experimental paradigms, and meta-analyses T1 - Altersunterschiede in Prosozialität über die erwachsene Lebensspanne hinweg: Erkenntnisse aus Selbstberichten, experimentellen Paradigmen und Meta-Analysen N2 - Human prosociality, encompassing generosity, cooperation, and volunteering, holds a vital role in our daily lives. Over the last decades, the question of whether prosociality undergoes changes over the adult lifespan has gained increased research attention. Earlier studies suggested increased prosociality in older compared to younger individuals. However, recent meta-analyses revealed that this age effect might be heterogeneous and modest. Moreover, the contributing factors and mechanisms behind these age-related variations remain to be identified. To unravel age-related differences in prosociality, the first study of this dissertation employed a meta-analytical approach to summarize existing findings and provide insight into their heterogeneity by exploring linear and quadratic age effects on self-reported and behavioral prosociality. Additionally, two empirical research studies investigated whether these age-related differences in prosociality were observed in real life, assessed through ecological momentary assessment (Study 2), and in a controlled laboratory setting by applying a modified dictator game (Study 3). Throughout these three studies, potential underlying behavioral and computational mechanisms were explored. The outcome of the meta-analysis (Study 1) revealed small linear age effects on prosociality and significant age group differences between younger and older adults, with higher levels of prosociality in older adults. Explorative evidence emerged in favor of a quadratic age effect on behavioral prosociality, indicating the highest levels in midlife. Additionally, heightened prosocial behavior among middle-aged adults was observed compared to younger adults, whereas no significant differences in prosocial behavior were noted between middle-aged and older adults. Situational and contextual features, such as the setting of the study and specific paradigm characteristics, moderated the age-prosociality relationship, highlighting the importance of the (social) context when studying prosociality. For Study 2, no significant age effect on real-life prosocial behavior was observed. However, evidence for a significant linear and quadratic age effect on experiencing empathy in real life emerged, indicating a midlife peak. Additionally, across all age groups, the link between an opportunity to empathize and age significantly predicted real-life prosocial behavior. This effect, indicating higher levels of prosocial behavior when there was a situation possibly evoking empathy, was most pronounced in midlife. Study 3 presented age differences in how older and younger adults integrate values related to monetary gains for self and others to make a potential prosocial decision. Younger individuals effectively combined both values in a multiplicative fashion, enhancing decision-making efficiency. Older adults showed an additive effect of values for self and other and displayed increased decision-making efficiency when considering the values separately. However, among older adults, individuals with better inhibitory control were better able to integrate information about both values in their decisions. Taken together, the findings of this dissertation offer new insights into the multi-faceted nature of prosociality across adulthood and the mechanisms that help explain these age-related disparities. While this dissertation observed increasing prosociality across the adult lifespan, it also questions the assumption that older adults are inherently more prosocial. The studies highlight midlife as a potential peak period in social development but also emphasize the importance of the (social) context and that different operationalizations might capture distinct facets of prosociality. This underpins the need for a comprehensive framework to understand age effects of prosociality better and guide potential interventions. N2 - Menschliche Prosozialität beinhaltet Verhaltensweisen wie Großzügigkeit, Kooperation und freiwilliges Engagement und spielt eine entscheidende Rolle in unserem täglichen Leben. In den letzten Jahrzehnten hat die Frage, ob sich Prosozialität über die erwachsene Lebensspanne hinweg verändert, zunehmende Bedeutung in der Forschung erfahren. Frühere Studien zeigten eine erhöhte Prosozialität bei älteren im Vergleich zu jüngeren Erwachsenen. Meta-Analysen zeigten jedoch, dass dieser Alterseffekt heterogen und geringfügig sein könnte. Zusätzlich sind die Faktoren und Mechanismen, die zu diesen altersbedingten Veränderungen beitragen, noch wenig verstanden. Um die altersbedingten Unterschiede in Prosozialität besser zu charakterisieren, wurde in der ersten Studie dieser Dissertation ein meta-analytischer Ansatz verfolgt, um vorhandene Forschungsergebnisse systematisch zusammenzufassen und Einblicke in die zugrundeliegende Heterogenität zu erhalten. Hierfür wurden lineare und quadratische Alterseffekte auf selbstberichtete und verhaltensbezogene Prosozialität untersucht. Zusätzlich untersuchten zwei empirische Studien, ob diese altersbedingten Unterschiede in prosozialem Verhalten auch im realen Leben durch „ecological momentary assessment“ (wiederholte Selbstberichte im Alltag; Studie 2) und in einer kontrollierten Laboruntersuchung mittels eines modifizierten Diktator-Spiels (Studie 3) beobachtbar sind. Im Rahmen dieser drei Studien wurden zudem potenzielle zugrundeliegende Verhaltens- und komputationale Mechanismen untersucht. Die Ergebnisse der Meta-Analyse (Studie 1) zeigten einen geringfügigen linearen Anstieg von Prosozialität über das erwachsene Alter hinweg und signifikante Unterschiede zwischen jüngeren und älteren Erwachsenen, wobei ältere Erwachsene prosozialer waren. Zusätzlich zeigte eine explorative Analyse einen quadratischen Effekt von Alter auf prosoziales Verhalten, mit den höchsten Werten im mittleren Erwachsenenalter. Darüber hinaus verhielten sich mittelalte Erwachsene prosozialer im Vergleich zu jüngeren Erwachsenen, während keine signifikanten Unterschiede zwischen mittelalten und älteren Erwachsenen gefunden wurden. Situative und kontextuelle Merkmale, wie beispielsweise das Setting der Studie und bestimmte Merkmale des Paradigmas, moderierten den Zusammenhang zwischen Alter und Prosozialität und heben damit die Bedeutung des (sozialen) Kontextes bei der Untersuchung von Prosozialität hervor. Studie 2 konnte keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Alter und prosozialem Verhalten im realen Leben finden. Es zeigte sich jedoch ein signifikanter linearer und quadratischer Alterseffekt auf das Erleben von Empathie im realen Leben, mit den höchsten Werten im mittelern Erwachsenenalter. Zudem zeigte sich, dass der Zusammenhang zwischen der Möglichkeit, in einer Situation Empathie zu empfinden, und dem Alter das Ausmaß an prosozialem Verhalten im realen Leben vorhersagte. Dieser Effekt, d.h. ein höheres Maß an prosozialem Verhalten in Situationen, die Empathie auslösen, war am stärksten im mittleren Erwachsenenalter ausgeprägt. In Studie 3 hingegen wurden Altersunterschiede in der Art und Weise beobachtet, wie ältere und jüngere Erwachsene die Werte potenzieller Gewinne für sich selbst versus für eine andere Person berücksichtigen, um eine mögliche prosoziale Entscheidung zu treffen. Jüngere Erwachsene kombinierten beide Werte auf multiplikative Weise, was zu einer erhöhten Entscheidungseffizienz führte. Ältere Erwachsene zeigten hingegen einen additiven Effekt der Werte für sich selbst und die andere Person auf ihre Entscheidungen und waren effizienter in ihrer Entscheidungsfindung, wenn sie die Werte separat betrachteten. Eine stärkere inhibitorische Kontrolle ermöglichte es älteren Erwachsenen, Informationen beider Werte in ihre Entscheidungsprozesse einzubeziehen. Die Ergebnisse dieser Dissertation liefern wertvolle Erkenntnisse zur vielschichtigen Natur der Prosozialität über die erwachsene Lebensspanne hinweg sowie zu den Mechanismen, die diese altersbedingten Unterschiede erklären können. Obwohl die Ergebnisse eine Zunahme an Prosozialität mit dem Alter stützen, hinterfragen sie auch die Annahme, dass ältere Erwachsene grundsätzlich prosozialer sind. Die einzelnen Studien setzen die Lebensmitte als möglichen Höhepunkt der sozialen Entwicklung in den Fokus, betonen aber auch die Bedeutung des (sozialen) Kontexts sowie die Tatsache, dass unterschiedliche Operationalisierungen möglicherweise unterschiedliche Facetten der Prosozialität erfassen. Dies hebt die Notwendigkeit einer umfassenden Übersichtsarbeit hervor, um Alterseffekte von Prosozialität besser verstehen und mögliche Interventionen erarbeiten zu können. KW - Altersunterschied KW - prosocial behavior KW - adult development KW - prosociality KW - older adults KW - Lebenslauf KW - Metaanalyse KW - prosocial Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-359445 ER - TY - JOUR T1 - Combination of inclusive and differential t(t)over-bar charge asymmetry measurements using ATLAS and CMS data at root S=7 and 8 TeV JF - Journal of High Energy Physics N2 - This paper presents combinations of inclusive and differential measurements of the charge asymmetry (A(C)) in top quark pair (t(t)over-bar) events with a lepton+jets signature by the ATLAS and CMS Collaborations, using data from LHC proton-proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV. The data correspond to integrated luminosities of about 5 and 20 fb(-1) for each experiment, respectively. The resulting combined LHC measurements of the inclusive charge asymmetry are A(C)(LHC7) = 0.005 +/- 0.007 (stat) +/- 0.006 (syst) at 7 TeV and A(C)(LHC8) = 0.0055 +/- 0.0023 (stat) +/- 0.0025 (syst) at 8 TeV. These values, as well as the combination of A(C) measurements as a function of the invariant mass of the t(t)over-bar system at 8 TeV, are consistent with the respective standard model predictions. KW - Hadron-Hadron scattering (experiments) KW - Patron distributions KW - Top physics KW - PP Collisions Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312669 VL - 33 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Kreinberg, Sören A1 - Porte, Xavier A1 - Schicke, David A1 - Lingnau, Benjamin A1 - Schneider, Christian A1 - Höfling, Sven A1 - Kanter, Ido A1 - Lüdge, Kathy A1 - Reitzenstein, Stephan T1 - Mutual coupling and synchronization of optically coupled quantum-dot micropillar lasers at ultra-low light levels JF - Nature Communications N2 - Synchronization of coupled oscillators at the transition between classical physics and quantum physics has become an emerging research topic at the crossroads of nonlinear dynamics and nanophotonics. We study this unexplored field by using quantum dot microlasers as optical oscillators. Operating in the regime of cavity quantum electrodynamics (cQED) with an intracavity photon number on the order of 10 and output powers in the 100 nW range, these devices have high β-factors associated with enhanced spontaneous emission noise. We identify synchronization of mutually coupled microlasers via frequency locking associated with a sub-gigahertz locking range. A theoretical analysis of the coupling behavior reveals striking differences from optical synchronization in the classical domain with negligible spontaneous emission noise. Beyond that, additional self-feedback leads to zero-lag synchronization of coupled microlasers at ultra-low light levels. Our work has high potential to pave the way for future experiments in the quantum regime of synchronization. KW - nanoscale devices KW - quantum optics KW - semiconductor lasers Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-229811 VL - 10 ER - TY - JOUR A1 - Kremer, Mark A1 - Biesenthal, Tobias A1 - Maczewsky, Lukas J. A1 - Heinrich, Matthias A1 - Thomale, Ronny A1 - Szameit, Alexander T1 - Demonstration of a two-dimensional PT-symmetric crystal JF - Nature Communications N2 - With the discovery of PT-symmetric quantum mechanics, it was shown that even non-Hermitian systems may exhibit entirely real eigenvalue spectra. This finding did not only change the perception of quantum mechanics itself, it also significantly influenced the field of photonics. By appropriately designing one-dimensional distributions of gain and loss, it was possible to experimentally verify some of the hallmark features of PT-symmetry using electromagnetic waves. Nevertheless, an experimental platform to study the impact of PT-symmetry in two spatial dimensions has so far remained elusive. We break new grounds by devising a two-dimensional PT-symmetric system based on photonic waveguide lattices with judiciously designed refractive index landscape and alternating loss. With this system at hand, we demonstrate a non-Hermitian two-dimensional topological phase transition that is closely linked to the emergence of topological mid-gap edge states. KW - micro-optics KW - optical materials and structures KW - topological matter Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230132 VL - 10 ER - TY - JOUR A1 - Kraus, Michael A1 - Grimm, Clemens A1 - Seibel, Jürgen T1 - Reversibility of a Point Mutation Induced Domain Shift: Expanding the Conformational Space of a Sucrose Phosphorylase JF - Scientific Reports N2 - Despite their popularity as enzyme engineering targets structural information about Sucrose Phosphorylases remains scarce. We recently clarified that the Q345F variant of Bifidobacterium adolescentis Sucrose Phosphorylase is able to accept large polyphenolic substrates like resveratrol via a domain shift. Here we present a crystal structure of this variant in a conformation suitable for the accommodation of the donor substrate sucrose in excellent agreement with the wild type structure. Remarkably, this conformation does not feature the previously observed domain shift which is therefore reversible and part of a dynamic process rather than a static phenomenon. This crystallographic snapshot completes our understanding of the catalytic cycle of this useful variant and will allow for a more rational design of further generations of Sucrose Phosphorylase variants. KW - biocatalysis KW - X-ray crystallography Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224845 VL - 8 ER - TY - JOUR A1 - Müller, Laura S. M. A1 - Cosentino, Raúl O. A1 - Förstner, Konrad U. A1 - Guizetti, Julien A1 - Wedel, Carolin A1 - Kaplan, Noam A1 - Janzen, Christian J. A1 - Arampatzi, Panagiota A1 - Vogel, Jörg A1 - Steinbiss, Sascha A1 - Otto, Thomas D. A1 - Saliba, Antoine-Emmanuel A1 - Sebra, Robert P. A1 - Siegel, T. Nicolai T1 - Genome organization and DNA accessibility control antigenic variation in trypanosomes JF - Nature N2 - Many evolutionarily distant pathogenic organisms have evolved similar survival strategies to evade the immune responses of their hosts. These include antigenic variation, through which an infecting organism prevents clearance by periodically altering the identity of proteins that are visible to the immune system of the host1. Antigenic variation requires large reservoirs of immunologically diverse antigen genes, which are often generated through homologous recombination, as well as mechanisms to ensure the expression of one or very few antigens at any given time. Both homologous recombination and gene expression are affected by three-dimensional genome architecture and local DNA accessibility2,3. Factors that link three-dimensional genome architecture, local chromatin conformation and antigenic variation have, to our knowledge, not yet been identified in any organism. One of the major obstacles to studying the role of genome architecture in antigenic variation has been the highly repetitive nature and heterozygosity of antigen-gene arrays, which has precluded complete genome assembly in many pathogens. Here we report the de novo haplotype-specific assembly and scaffolding of the long antigen-gene arrays of the model protozoan parasite Trypanosoma brucei, using long-read sequencing technology and conserved features of chromosome folding4. Genome-wide chromosome conformation capture (Hi-C) reveals a distinct partitioning of the genome, with antigen-encoding subtelomeric regions that are folded into distinct, highly compact compartments. In addition, we performed a range of analyses—Hi-C, fluorescence in situ hybridization, assays for transposase-accessible chromatin using sequencing and single-cell RNA sequencing—that showed that deletion of the histone variants H3.V and H4.V increases antigen-gene clustering, DNA accessibility across sites of antigen expression and switching of the expressed antigen isoform, via homologous recombination. Our analyses identify histone variants as a molecular link between global genome architecture, local chromatin conformation and antigenic variation. KW - histone variants KW - genome architecture KW - single molecule real time (SMRT) KW - brucei genome KW - distance-dependent decay Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224265 VL - 563 ER - TY - JOUR A1 - Munz, Matthias A1 - Richter, Gesa M. A1 - Loos, Bruno G. A1 - Jepsen, Søren A1 - Divaris, Kimon A1 - Offenbacher, Steven A1 - Teumer, Alexander A1 - Holtfreter, Birte A1 - Kocher, Thomas A1 - Bruckmann, Corinna A1 - Jockel-Schneider, Yvonne A1 - Graetz, Christian A1 - Munoz, Loreto A1 - Bhandari, Anita A1 - Tennstedt, Stephanie A1 - Staufenbiel, Ingmar A1 - van der Velde, Nathalie A1 - Uitterlinden, André G. A1 - de Groot, Lisette C. P. G. M. A1 - Wellmann, Jürgen A1 - Berger, Klaus A1 - Krone, Bastian A1 - Hoffmann, Per A1 - Laudes, Matthias A1 - Lieb, Wolfgang A1 - Andre, Franke A1 - Dommisch, Henrik A1 - Erdmann, Jeanette A1 - Schaefer, Arne S. T1 - Genome-wide association meta-analysis of coronary artery disease and periodontitis reveals a novel shared risk locus JF - Scientific Reports N2 - Evidence for a shared genetic basis of association between coronary artery disease (CAD) and periodontitis (PD) exists. To explore the joint genetic basis, we performed a GWAS meta-analysis. In the discovery stage, we used a German aggressive periodontitis sample (AgP-Ger; 680 cases vs 3,973 controls) and the CARDIoGRAMplusC4D CAD meta-analysis dataset (60,801 cases vs 123,504 controls). Two SNPs at the known CAD risk loci ADAMTS7 (rs11634042) and VAMP8 (rs1561198) passed the pre-assigned selection criteria (PAgP-Ger < 0.05; PCAD < 5 × 10−8; concordant effect direction) and were replicated in an independent GWAS meta-analysis dataset of PD (4,415 cases vs 5,935 controls). SNP rs1561198 showed significant association (PD[Replication]: P = 0.008 OR = 1.09, 95% CI = [1.02–1.16]; PD [Discovery + Replication]: P = 0.0002, OR = 1.11, 95% CI = [1.05–1.17]). For the associated haplotype block, allele specific cis-effects on VAMP8 expression were reported. Our data adds to the shared genetic basis of CAD and PD and indicate that the observed association of the two disease conditions cannot be solely explained by shared environmental risk factors. We conclude that the molecular pathway shared by CAD and PD involves VAMP8 function, which has a role in membrane vesicular trafficking, and is manipulated by pathogens to corrupt host immune defense. KW - vesicle-associated membrane protein 8 (VAMP8) KW - ADAM metallopeptidase with thrombospondin type 1 motif 5 (ADAMTS7) KW - shared genetic basis KW - genome-wide association studies (GWAS) KW - GWAS meta-analysis Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231647 VL - 8 ER - TY - THES A1 - Karwen, Till T1 - Platelets promote insulin secretion of pancreatic β-cells T1 - Thrombozyten fördern die Insulinsekretion von pankreatischen β-Zellen N2 - The pancreas is the key organ for the maintenance of euglycemia. This is regulated in particular by α-cell-derived glucagon and β-cell-derived insulin, which are released in response to nutrient deficiency and elevated glucose levels, respectively. Although glucose is the main regulator of insulin secretion, it is significantly enhanced by various potentiators. Platelets are anucleate cell fragments in the bloodstream that are essential for hemostasis to prevent and stop bleeding events. Besides their classical role, platelets were implemented to be crucial for other physiological and pathophysiological processes, such as cancer progression, immune defense, and angiogenesis. Platelets from diabetic patients often present increased reactivity and basal activation. Interestingly, platelets store and release several substances that have been reported to potentiate insulin secretion by β-cells. For these reasons, the impact of platelets on β-cell functioning was investigated in this thesis. Here it was shown that both glucose and a β-cell-derived substance/s promote platelet activation and binding to collagen. Additionally, platelet adhesion specifically to the microvasculature of pancreatic islets was revealed, supporting the hypothesis of their influence on glucose homeostasis. Genetic or pharmacological ablation of platelet functioning and platelet depletion consistently resulted in reduced insulin secretion and associated glucose intolerance. Further, the platelet-derived lipid fraction was found to enhance glucose-stimulated insulin secretion, with 20-hydroxyeicosatetraenoic acid (20-HETE) and possibly also lyso-precursor of platelet-activating factor (lysoPAF) being identified as crucial factors. However, the acute platelet-stimulated insulin secretion was found to decline with age, as did the levels of platelet-derived 20-HETE. In addition to their direct stimulatory effect on insulin secretion, specific defects in platelet activation have also been shown to affect glucose homeostasis by potentially influencing islet vascular development. Taking together, the results of this thesis suggest a direct and indirect mechanism of platelets in the regulation of insulin secretion that ensures glucose homeostasis, especially in young individuals. N2 - Der Pankreas ist das Schlüsselorgan für die Aufrechterhaltung der Glukosehomöostase. Diese wird insbesondere durch das von α-Zellen stammende Glukagon und von β-Zellen stammende Insulin reguliert, die als Reaktion auf Nährstoffmangel beziehungsweise erhöhte Glukosespiegel freigesetzt werden. Obwohl Glukose der Hauptregulator der Insulinsekretion ist, wird sie durch verschiedene Potentiatoren erheblich gesteigert. Thrombozyten sind kernlose Zellfragmente im Blutkreislauf, die für die Hämostase unerlässlich sind. Neben ihrer klassischen Funktion sind sie auch an anderen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt, etwa an der Tumorentwicklung, der Immunabwehr und der Angiogenese. Thrombozyten von Diabetikern weisen häufig eine erhöhte Reaktivität und basale Aktivierung auf. Außerdem speichern und sekretieren sie Substanzen, von denen bekannt ist, dass sie die Insulinsekretion durch β-Zellen verstärken. Aus diesen Gründen wurde in dieser Arbeit der Einfluss von Thrombozyten auf die Funktion von β-Zellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl Glukose als auch eine aus β-Zellen stammende Substanz/en die Thrombozytenaktivierung und die Bindung an Kollagen fördern. Darüber hinaus wurde eine spezifische Thrombozytenadhäsion an der Mikrovaskulatur der pankreatischen Inseln festgestellt, was die Hypothese ihres Einflusses auf die Glukosehomöostase unterstützt. Eine genetische oder pharmakologische Ablation der Thrombozytenfunktion sowie eine Depletion von Thrombozyten führten zu einer verminderten Insulinsekretion und einer damit verbundenen Glukoseintoleranz. Hierbei erwies sich die Lipidfraktion von Thrombozyten als essentieller Potentiator für die glukosestimulierte Insulinsekretion, wobei 20-Hydroxyeicosatetraensäure (20-HETE) und die Lyso-Vorstufe des Plättchen-Aktivierenden Faktors (LysoPAF) als entscheidende Faktoren identifiziert werden konnten. Weiterhin wurde festgestellt, dass sowohl der direkte stimulierende Effekt von Thrombozyten auf die Insulinsekretion, als auch deren 20-HETE Sekretion mit zunehmendem Alter abnimmt. Thrombozyten beeinflussten außerdem die Inselvaskularisierung, welche mutmaßlich zusätzlich zu Glukoseintoleranz führt. Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser Arbeit auf einen direkten und indirekten Mechanismus der Thrombozyten bei der Regulierung der Insulinsekretion hin, der die Glukosehomöostase insbesondere bei jungen Menschen gewährleistet. KW - platelet KW - β cell KW - insulin KW - pancreas KW - diabetes KW - Thrombozyt KW - Insulinsekretion Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313933 ER - TY - THES A1 - Pätzel [geb. Ditter], Katharina Sabine T1 - Molekulare Charakterisierung eines Mitgliedes der TNF-Rezeptor-Superfamilie des Fuchsbandwurmes \(Echinococcus\) \(multilocularis\) T1 - Molecular characterization of a TNF-receptor-superfamily member of \(Echinococcus\) \(multilocularis\) N2 - Die alveoläre Echinokokkose (AE), die durch den Fuchsbandwurm Echinococcus multilocularis verursacht wird, ist eine seltene jedoch schwere und oft tödlich verlaufende Erkrankung. Aufgrund der späten Diagnosestellung sind kurative Behandlungsmethoden häufig nicht durchführbar und als einzige Behandlungsmöglichkeit bleibt eine lebenslange und nebenwirkungsreiche Therapie mit Benzimidazolen. Verbesserte Therapieoptionen durch die Entwicklung neuer Medikamente sind dringend notwendig. Hierfür kann es hilfreich sein die Biologie des Fuchsbandwurmes und die Kommunikationswege zwischen Parasit und Wirt zu verstehen. Bereits in vorherigen Arbeiten als auch in dieser Arbeit erwiesen sich evolutionsgeschichtlich konservierte Signalwege als Kommunikationsweg zwischen dem Fuchsbandwurm und seinem Wirt von zentraler Rolle. Die Entschlüsselung des Echinococcus-Genoms gab Hinweise darauf, dass ein Mitglied der Tumornekrosefaktor-Rezeptor-Superfamilie, jedoch kein endogener TNF α ähnlicher Ligand im Genom kodiert wird. Ein Mitglied der TNFR-Superfamilie des Fuchsbandwurmes (EmTNFR) wurde in dieser Arbeit als membranständiger Rezeptor mit einer intrazellulären Todesdomäne (DD) und hoher Ähnlichkeit zum humanen Typ 16 der TNF-Rezeptor-Superfamilie, auch 〖p75〗^NTR genannt, charakterisiert. Sowohl in bioinformatischen als auch in Sequenzanalysen wurden drei alternative Splicing-Formen von emtnfr (emtnfr, emtnfr-v2 und emtnfr-v3) nachgewiesen. emtnfr-v2 entsteht durch Alternatives Splicing und kodiert ein Protein, das keine intrazelluläre Todesdomäne besitzt. emtnfr-v3 verwendet einen alternativen Transkriptionstart und wird von den letzten 3 Exons von emtnfr kodiert. emtnfr-v3, kodiert ein Protein ohne extrazelluläre Region, aber mit intrazellulärer Todesdomäne. Ein löslicher TNF-Rezeptor konnte auf Proteinebene nicht nachgewiesen werden. Aufgrund von phylogenetischen Analysen und der Rezeptor-Struktur ist zu vermuten, dass EmTNFR ein p75NTR Homolog ist und damit der ursprünglichen Form der TNF-Rezeptoren entspricht. Mitglieder eines intrazellulären TNF-Signalweges wurden in bioinformatischen Analysen beim Fuchsbandwurm E. multilocularis identifiziert. Expressionsuntersuchungen zeigten sowohl in Trankriptomdaten als auch auf Proteinebene eine starke Expression von EmTNFR in Primärzellen und im Metazestoden (MZ), dem pathogenen Stadium für den Zwischenwirt. Echinococcus-Stammzellkulturen zeigten nach RNA-Interferenz-basiertem Knockdown des EmTNFR-kodierenden Gens deutliche Entwicklungsdefekte. Des Weiteren zeigten Echinococcus-Stammzellkulturen nach einer Behandlung mit TNF-α, einem potentiellen Liganden des TNF-Rezeptors und einem zentralen Zytokin in der Immunabwehr des Zwischenwirtes, Entwicklungsfortschritte, wie eine verbesserte Bildung von MZ aus Stammzellen. Zusätzlich wurde in whole-mount in situ Hybridisierungs-Versuchen eine ubiquitäre Expression von emtnfr in der Germinalschicht des MZ sowie eine Spezifität von emtnfr für den MZ, welcher ursächlich für die AE ist, nachgewiesen. Somit scheinen sowohl EmTNFR als auch TNF-α eine wichtige Funktion bei der Entwicklung und Etablierung des Fuchsbandwurmes während der frühen Phase der Infektion des Zwischenwirtes zu haben. TNF-α könnte ein weiterer Faktor für den ausgeprägten Organtropismus des Parasiten zur Leber sein, denn dort bestehen durch Kupfferzellen produzierte hohe lokale Konzentration von TNF-α. Zusammenfassend deuten die hier erarbeiteten Daten darauf hin, dass EmTNFR über die Bindung von Wirts-TNF-α bei der frühen Entwicklung des Echincoccus-Metazestoden eine Rolle spielt. N2 - Alveolar echinococcosis (AE), which is caused by the metacestode larval stage of the fox tapeworm Echinococcus multilocularis, is a rare but severe, often fatal disease. Due to late diagnosis and advanced spread of the infection curative therapy is often not possible and the only treatment option is benzimidazole chemotherapy, which often must be taken lifelong and has adverse side effects. Improvement of therapeutic options is thus urgently needed. To this end, a closer understanding of parasite biology and communication mechanisms between parasite and host are helpful. In this work, focus was laid on the possibility of host-parasite cross-communication involving an evolutionarily conserved signalling pathway. By mining the Echinococcus genome sequence, a gene encoding a member of the tumor necrosis-factor-receptor family (TNF-R), was identified. In this work, EmTNFR, a member of the TNF-R superfamily, of the fox tapeworm was identified as a membrane bound receptor with intracellular death domain and highest similarity to human TNFRSF 16, also called p75NTR. In in silico analysis and cDNA sequencing, 3 alternative splice forms of emtnfr (emtnfr-v1, -v2 and -v3) were found. emtnfr-v2 is the result of alternative splicing and encodes a protein lacking the intracellular death domain. emtnfr-v3 employs an alternative transcription start and is encoded by the last 3 exons of emtnfr. emtnfr-v3 encodes a protein without extracellular domain, but containing an intracellular death domain. A soluble TNF-receptor could not be found in proteomic analysis. Based on phylogenetic analysis and receptor structure, EmTNFR is thought to be a homolog of p75NTR, corresponding to the ancient form of TNF receptors. Members of an intracellular TNF signaling pathway were identified in bioinformatic analyses in the fox tapeworm E. multilocularis, indicating the presence of a full TNFR signalling pathway. Expression studies showed in transcriptome data and at protein level a strong expression of EmTNFR in primary cells and in the metacestode (MZ), the pathogenic stage for the intermediate host. Echinococcus stem cell cultures showed marked developmental defects after RNAi based knockdown of the EmTNFR-encoding gene. Furthermore, Echinococcus stem cell culture displayed accelerated developmental progress such as enhanced formation of MZ from stem cells after treatment with TNF-α, a potential ligand of the TNF receptor, and a central cytokine in the immune defense of the intermediate host. In addition, whole-mount in situ hybridization experiments demonstrated ubiquitous expression of emtnfr in the germinal layer of MZ and specificity of emtnfr for MZ, the causative agent of AE. Thus, both EmTNFR and TNF-α appear to have an important function in development and establishment of the fox tapeworm during the early phase of infection of the intermediate host. TNF-α could be an additional factor for the pronounced organ tropism of the parasite to the liver, caused by a high local concentration of TNF-α produced by Kupffer cells. In summary, the data generated in this work suggest that EmTNFR plays a role in the early development of Echinococcus metacestode via binding of host TNF-α. KW - Fuchsbandwurm KW - Wirt-Parasit-Beziehung KW - Parasit KW - Tumor-Nekrose-Faktor KW - Echinococcus multilocularis KW - TNF-Rezeptor KW - Wirt-Parasiten-Interaktion KW - Molekulare Charakterisierung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369397 ER - TY - THES A1 - Zimmermann, Sebastian Andres T1 - Drug Monitoring of Kinase Inhibitors in the Context of Precision Medicine – Focus on Minimally Invasive Microsampling T1 - Arzneistoffspiegelmessung von Kinaseinhibitoren im Kontext der Präzisionsmedizin – Fokus auf minimalinvasives Mikrosampling N2 - The aim of the present work was to improve drug monitoring in patients with various diseases in the context of precision medicine. This was pursued through the development and validation of mass spectrometric methods for determining the drug concentrations of kinase inhibitors and their clinical application. Besides conventional approaches to determine plasma level concentrations, the focus was also on alternative sampling techniques using volumetric absorptive microsampling (VAMS). A conventional LC-MS/MS method was developed for the determination of cabozantinib in human EDTA plasma and validated according to the guidelines of the European and United States drug authorities (EMA, FDA). The method met the required criteria for linearity, accuracy and precision, selectivity, sensitivity, and stability of the analyte. Validation was also performed for dilution integrity, matrix effect, recovery, and carry-over, with results also in accordance with the requirements. The importance of monitoring the exposure of cabozantinib was demonstrated by a clinical case report of a 34-year-old female patient with advanced adrenocortical carcinoma who also required hemodialysis due to chronic kidney failure. Expected cabozantinib plasma concentrations were simulated for this off-label use based on a population pharmacokinetic model. It was shown that the steady state trough levels were much lower than expected but could not be explained by hemodialysis. Considering the critical condition and potential drug-drug interaction with metyrapone, a substance the patient had taken among several others during the observation period, individual pharmacokinetics could consequently not be estimated without drug monitoring. In addition, a VAMS method for simultaneous determination of ten kinase inhibitors from capillary blood was developed. This microsampling technique was mainly characterized by the collection of a defined volume of blood, which could be dried and subsequently analyzed. The guidelines for bioanalytical method validation of the EMA and FDA were also used for this evaluation. As the nature of dried blood samples differs from liquid matrices, further parameters were investigated. These include the investigation of the hematocrit effect, process efficiency, and various stability conditions, for example at increased storage temperatures. The validation showed that the developed method is suitable to analyze dried matrix samples accurate, precise, and selective for all analytes. Apart from the stability tests, all acceptance criteria were met. The decreased stability of two analytes was probably due to the reproducible but reduced recovery. In vitro studies provided results on the VAMS-to-plasma correlation to predict the analyte distribution between both matrices, at least in an exploratory manner. It revealed a heterogeneous picture of analytes with different VAMS-to-plasma distributions. Furthermore, the analysis of 24 patient samples indicated the applicability of at-home VAMS. Both should be confirmed later as part of the clinical validation. The clinical investigation of the VAMS method pursued two objectives. On the one hand, the simultaneous collection of VAMS and serum samples should enable a conversion of the determined concentrations and, on the other hand, the feasibility of autonomous microsampling at home should be examined more closely. For the former, it could be shown that different conversion methods are suitable for converting VAMS concentrations into serum levels. The type of conversion was secondary for the prediction. However, the previously defined criteria could not be fulfilled for all five kinase inhibitors investigated. The framework conditions of the study led to increased variability, especially for analytes with short half-life. A low and varying hematocrit, caused by the underlying disease, also made prediction difficult for a specific patient collective. For the second objective, investigating the feasibility of VAMS, different aspects were considered. It could be shown that the majority of patients support home-based microsampling. The acceptance is likely to increase even further when microsampling is no longer part of a non-interventional study, but participation is accompanied by targeted monitoring and subsequent adjustment of the therapy. The fact that additional training increases understanding of the correct sampling procedure is also a source of confidence. Demonstrated stability during storage under real-life conditions underlines the practicality of this sampling technique. Taken together, mass spectrometric methods for both plasma and VAMS could be developed and validated, and their clinical application could be successfully demonstrated. The availability of simple bioanalytical methods to determine kinase inhibitor exposure could improve access to prospective studies and thus facilitate the implementation of routine therapeutic drug monitoring. N2 - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einsatz des Drug Monitorings bei Patienten mit verschiedenen Erkrankungen im Rahmen der Präzisionsmedizin zu erleichtern. Dies wurde durch die Entwicklung und Validierung massenspektrometrischer Methoden zur Bestimmung der Wirkstoffkonzentrationen von Kinaseinhibitoren und deren klinische Anwendung verfolgt. Dabei standen neben konventionellen Ansätzen zur Bestimmung der Plasmaspiegelkonzentration auch alternative Entnahmetechniken in Form von „Volumetric Absorptive Microsampling (VAMS)“ im Mittelpunkt. Eine solche konventionelle LC-MS/MS-Methode wurde zur Bestimmung von Cabozantinib in humanem EDTA-Plasma entwickelt und nach den Richtlinien der europäischen und US-amerikanischen Arzneimittelbehörden (EMA, FDA) validiert. Die Methode erfüllte die geforderten Kriterien bezüglich Linearität, Richtigkeit und Präzision, Selektivität, Sensitivität und Stabilität des Analyten. Die Validierung erfolgte auch hinsichtlich Verdünnungsintegrität, Matrixeffekt, Wiederfindung, und Analyt-Verschleppung, deren Ergebnisse ebenso in Übereinstimmung mit den Vorgaben standen. Die Bedeutung der Expositionsüberwachung von Cabozantinib wurde anhand eines klinischen Fallberichts einer 34-jährigen Patientin mit fortgeschrittenem Nebennierenrindenkarzinom, die aufgrund chronischen Nierenversagens zudem dialysepflichtig war, gezeigt. Die erwartbaren Cabozantinib-Plasmakonzentrationen wurden für diesen Off-Label-Use basierend auf einem populations-pharmakokinetischen Modell simuliert. Es zeigte sich, dass die Steady-State-Talspiegel wesentlich niedriger waren als angenommen, sich aber nicht durch die Hämodialyse erklären ließen. Unter Berücksichtigung des kritischen Gesundheitszustandes und möglicher Arzneimittelinteraktionen mit Metyrapon, einer Substanz, die die Patientin neben einigen anderen während des Beobachtungszeitraums eingenommen hatte, konnte die individuelle Pharmakokinetik folglich nicht ohne Arzneistoffspiegelmessung abgeschätzt werden. Darüber hinaus konnte eine VAMS-Methode zur simultanen Bestimmung von zehn Kinaseinhibitoren aus Kapillarblut entwickelt werden. Dieses Mikrosampling-Verfahren zeichnete sich vor allem durch die Entnahme eines definierten Blutvolumens aus, welches getrocknet und anschließend analysiert werden konnte. Auch hierbei wurden die Richtlinien für bioanalytische Methodenvalidierung der EMA und FDA zur Beurteilung herangezogen. Da sich die Beschaffenheit der Trockenblutproben von flüssigen Matrices unterscheidet, wurden weitere Einflussfaktoren untersucht. Dazu gehören die Untersuchung des Hämatokrit-Effekts, der Prozesseffizienz und verschiedener Stabilitätsbedingungen, zum Beispiel bei erhöhten Lagertemperaturen. Die Validierung zeigte, dass die entwickelte Methode in der Lage ist Trockenmatrixproben für alle Analyten richtig, präzise und selektiv zu messen. Von den Stabilitätsuntersuchungen abgesehen wurden alle Akzeptanzkriterien erfüllt. Die verminderte Stabilität von zwei Analyten ist vermutlich durch die zwar reproduzierbare, aber geringere Wiederfindungsrate zu begründen. In vitro Untersuchungen lieferten Ergebnisse über die VAMS-zu-Plasma-Korrelation, um die Analytverteilung zwischen beiden Matrizes zumindest exploratorisch vorherzusagen. Dabei zeigte sich ein heterogenes Bild von Analyten mit unterschiedlicher VAMS-zu-Plasma-Verteilung. Darüber hinaus zeigten die Messungen von 24 Patientenproben die Anwendbarkeit von VAMS im häuslichen Umfeld. Beides sollte später im Rahmen der klinischen Validierung bestätigt werden. Die klinische Untersuchung der VAMS-Methode verfolgte zweierlei Ziele. Zum einen sollte durch die zeitgleiche Entnahme von VAMS und Serumproben eine Umrechnung der ermittelten Konzentrationen ermöglicht und zum anderen die Durchführbarkeit der eigenständigen Mikroprobenentnahme zuhause genauer überprüft werden. Für Ersteres konnte gezeigt werden, dass verschiedene Umrechnungsmethoden geeignet sind, VAMS-Konzentrationen in Serumspiegel umzurechnen. Die Art der Umrechnung war für die Vorhersage zweitrangig. Allerdings konnten nicht für alle fünf untersuchten Kinaseinhibitoren die zuvor festgelegten Kriterien erfüllt werden. Die Rahmenbedingungen der Studie führten vor allem bei Analyten mit geringer Halbwertszeit zu einer erhöhten Variabilität. Ein geringer und schwankender Hämatokritwert, bedingt durch die zugrundeliegende Erkrankung, erschwerte zudem die Vorhersage bei einem bestimmten Patientenkollektiv. Für das zweite Ziel, die Durchführbarkeit von VAMS zu untersuchen, wurden verschiedene Aspekte betrachtet. Es konnte gezeigt werden, dass die Mehrheit der Patienten die häusliche Mikroprobenentnahme befürwortet. Die Akzeptanz dürfte sogar noch weiter steigen, wenn die Mikroprobenentnahme nicht mehr nur Teil einer nicht-interventionellen Studie ist, sondern die Teilnahme mit einer gezielten Überwachung und anschließenden Anpassung der Therapie einhergeht. Zuversichtlich stimmte auch die Tatsache, dass ein zusätzliches Training das Verständnis für die korrekte Durchführung erhöht. Dass sich die Stabilität auch bei der Lagerung unter Realbedingungen zeigen ließ, unterstreicht die Praxistauglichkeit dieser Sampling-Technik. Insgesamt konnten sowohl für Plasma als auch VAMS massenspektrometrische Methoden entwickelt, validiert und deren klinische Anwendung erfolgreich demonstriert werden. Die Verfügbarkeit von simplen bioanalytischen Methoden zur Bestimmung der Kinaseinhibitor-Exposition könnte den Zugang zu prospektiven Studien und damit die Einführung von routinemäßigem Therapeutischen Drug Monitoring erleichtern. KW - Arzneimittelüberwachung KW - Blutspiegel KW - Klinische Pharmazie KW - Kinaseinhibitor KW - Therapeutisches Drug Monitoring KW - TDM KW - Precision medicine KW - Volumetric absorptive microsampling KW - VAMS Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369550 ER - TY - THES A1 - de Sunda, Angela T1 - Effekte der Tiefenhirnstimulation bei Patienten mit idiopathischem Parkinson-Syndrom auf Symptome der Stimme und des Sprechens T1 - Effects of Deep Brain Stimulation of the subthalamic nucleus on symptoms of voice and speech in patients with Parkinson´s Disease N2 - Sprech- und Stimmstörungen sind häufige Symptome der Idiopathischen Parkinson Erkrankung (IPS), wobei bis zu 89% der Patienten im Verlauf der Krankheit unter einer Dysarthrie leiden. Die Tiefenhirnstimulation des Nucleus subthalamicus (STN-DBS) ist eine etablierte Behandlung für die motorischen Symptome des IPS (Allert et al., 2004). Während STN-DBS positive Effekte auf einige Teilfunktionsbereiche der Dysarthrie zu haben scheint, berichten die meisten Studien entweder über keine Verbesserung oder eine Verschlechterung der Sprech- und Stimmfunktionen nach Implantation der STN-DBS (Tsuboi et al., 2015; Wang et al., 2003; Wertheimer et al., 2014). Klinische Erfahrungswerte sowie Fallberichte und Studien lassen vermuten, dass diese sprachtherapeutisch relevanten Nebenwirkungen unabhängig von der therapeutischen Wirksamkeit der STN-DBS sind und daher als unerwünschte, aber nicht therapieimmanente Interferenzfaktoren anzusehen sind (Bouthour et al., 2018), die es genauer zu untersuchen gilt, da die Lebensqualität von IPS-Erkrankten als stark einschränkend wahrgenommen wird (Hariz et al., 2010). Eine aufwendige und methodisch fundierte Klassifizierung wurde von Tsuboi und Kollegen vorgenommen, die im Zusammenhang mit STN-DBS fünf Cluster von Sprech- und Stimmstörungen identifizierten (Tanaka et al., 2020; Tsuboi et al., 2015, 2017). Dazu zählten die Phänotypen „spastische Dysarthrie“, „Stottern“, „rigid-hypokinetischer Typ“, „behauchte Stimme“ und „gepresste Stimme“. Erste Hinweise lassen darauf schließen, dass die Nebenwirkungen von STN-DBS auf die Stimulation spezifischer Gehirnkreise zurückzuführen sein könnte (Fox et al., 2014). In dieser Arbeit wird eine retrospektive Studie mit STN-DBS stimulierten IPS Erkrankten vorgestellt, die sprachtherapeutisch relevante Sprech- und Stimmstörungen unter zwei Bedingungen bewertet (ein- und ausgeschaltete Stimulation) sowie eine prospektive Studie mit den beiden gleichen Bedingungen. Beide Studien haben das Ziel einer Replizierbarkeit der Ergebnisse von Tsuboi et al. (2015, 2017). Die zweite prospektive Studie bezieht außerdem konnektombasierte Daten ein. Die Ergebnisse beider Studien lassen quantitativ keine Signifikanzen hinsichtlich der o.g. dysarthrischen Phänotypen zu, quantitativ lassen sich jedoch deutliche Tendenzen ähnlich der Ausgangsstudie erkennen. Zudem wurden das Cluster „Stottern“ in der retrospektiven Studie als weiteres möglicherweise STN-DBS immantentes Cluster identifiziert. In der prospektiven Studie wurde ein Cluster hinzugefügt, da in den Beurteilungen zusätzlich die Symptomatik „hasty speech“ oder auch „hastiges Sprechen“ beobachtet wurde. N2 - Speech and voice disorders are common symptoms of Parkinson's disease (PD) with up to 89% of patients suffering from dysarthria during the course of the disease. Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus (STN-DBS) is an established treatment for the motor symptoms of PD (Allert et al., 2004). While STN-DBS appears to have positive effects on some subfunctional areas of dysarthria, most studies report either no improvement or a deterioration in speech and voice functions after implantation of STN-DBS (Tsuboi et al., 2015; Wang et al., 2003; Wertheimer et al., 2014). Clinical experience as well as case reports and studies suggest that these side effects relevant to speech therapy are independent of the therapeutic effectiveness of STN-DBS and should therefore be regarded as undesirable but not therapy-immanent interference factors (Bouthour et al., 2018), which need to be investigated more closely. It is considered to be a serious problem, as the quality of life of PD sufferers is perceived to be severely limiting (Hariz et al., 2010). A complex and methodologically solid classification was carried out by Tsuboi and colleagues, who identified five clusters of speech and voice disorders in connection with STN-DBS (Tanaka et al., 2020; Tsuboi et al., 2015, 2017). These included the phenotypes "spastic dysarthria", "stuttering", "rigid-hypokinetic type", "breathy voice" and "pressed voice". Initial evidence suggests that the side effects of STN-DBS could be due to the stimulation of specific brain circuits (Fox et al., 2014). This paper presents a retrospective study with STN-DBS-stimulated PD patients that assesses speech therapy-relevant disorders under two conditions (stimulation on and off) as well as a prospective study with the same two conditions. Both studies aim to replicate the results of Tsuboi et al. (2015, 2017). The second prospective study also includes connectome-based data. The results of both studies do not show any quantitative significance with regard to the dysarthric phenotypes mentioned above, but quantitatively clear tendencies similar to the original study can be seen. In addition, the "stuttering" cluster was identified in the retrospective study as another cluster possibly inherent in STN-DBS. A cluster was added in the prospective study because the symptoms of "hasty speech" were also observed in the assessments. KW - Dysarthrie KW - Parkinson-Krankheit KW - Parkinson Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363014 ER - TY - THES A1 - Aroko, Erick Onyango T1 - Trans-regulation of \(Trypanosoma\) \(brucei\) variant surface glycoprotein (VSG) mRNA and structural analysis of a \(Trypanosoma\) \(vivax\) VSG using X-ray crystallography T1 - Trans-regulierung der mRNA des variablen Oberflächenglykoprotein (VSG) von \(Trypanosoma\) \(brucei\) und strukturelle Analyse eines \(Trypanosoma\) \(vivax\) VSG mittels Kristallstrukturanalyse N2 - African trypanosomes are unicellular parasites that cause nagana and sleeping sickness in livestock and man, respectively. The major pathogens for the animal disease include Trypanosoma vivax, T. congolense, and T. brucei brucei, whereas T. b. gambiense and T. b. rhodesiense are responsible for human infections. Given that the bloodstream form (BSF) of African trypanosomes is exclusively extracellular, its cell surface forms a critical boundary with the host environment. The cell surface of the BSF African trypanosomes is covered by a dense coat of immunogenic variant surface glycoproteins (VSGs). This surface protein acts as an impenetrable shield that protects the cells from host immune factors and is also involved in antibody clearance and antigenic variation, which collectively ensure that the parasite stays ahead of the host immune system. Gene expression in T. brucei is markedly different from other eukaryotes: most genes are transcribed as long polycistronic units, processed by trans-splicing a 39-nucleotide mini exon at the 5′ and polyadenylation at the 3′ ends of individual genes to generate the mature mRNA. Therefore, gene expression in T. brucei is regulated post-transcriptionally, mainly by the action of RNA binding proteins (RBPs) and conserved elements in the 3′ untranslated regions (UTR) of transcripts. The expression of VSGs is highly regulated, and only a single VSG gene is expressed at a time from one of the ~15 subtelomeric domains termed bloodstream expression sites (BES). When cells are engineered to simultaneously express two VSGs, the total VSG mRNA do not exceed the wild type amounts. This suggests that a robust VSG mRNA balancing mechanism exists in T. brucei. The present study uses inducible and constitutive expression of ectopic VSG genes to show that the endogenous VSG mRNA is regulated only if the second VSG is properly targeted to the ER. Additionally, the endogenous VSG mRNA response is triggered when high amounts of the GFP reporter with a VSG 3′UTR is targeted to the ER. Further evidence that non-VSG ER import signals can efficiently target VSGs to the ER is presented. This study suggests that a robust trans-regulation of the VSG mRNA is elicited at the ER through a feedback loop to keep the VSG transcripts in check and avoid overshooting the secretory pathway capacity. Further, it was shown that induction of expression of the T. vivax VSG ILDat1.2 in T. brucei causes a dual cell cycle arrest, with concomitant upregulation of the protein associated with differentiation (PAD1) expression. It could be shown that T. vivax VSG ILDat1.2 can only be sufficiently expressed in T. brucei after replacing its native GPI signal peptide with that of a T. brucei VSG. Taken together, these data indicate that inefficient VSG GPI anchoring and expression of low levels of the VSG protein can trigger differentiation from slender BSF to stumpy forms. However, a second T. vivax VSG, ILDat2.1, is not expressed in T. brucei even after similar modifications to its GPI signals. An X-ray crystallography approach was utilized to solve the N-terminal domain (NTD) structure of VSG ILDat1.2. This is first structure of a non-T. brucei VSG, and the first of a surface protein of T. vivax to be solved. VSG ILDat1.2 NTD maintains the three-helical bundle scaffold conserved in T. brucei surface proteins. However, it is likely that there are variations in the architecture of the membrane proximal region of the ILDat1.2 NTD and its CTD from T. brucei VSGs. The tractable T. brucei system is presented as a model that can be used to study surface proteins of related trypanosome species, thus creating avenues for further characterization of trypanosome surface coats. N2 - Afrikanische Trypanosomen sind einzellige Parasiten, die Nagana in Nutzvieh und die Schlafkrankheit im Menschen verursachen. Zu den Hauptverursachern der Tierkrankheit gehören Trypanosoma vivax, T. congolense und T. brucei brucei, während T. b. gambiense und T. b. rhodesiense für Infektionen im Menschen verantwortlich sind. Da die Blutstromform (BSF) der afrikanischen Trypanosomen rein extrazellulär vorkommt, bildet die Zelloberfläche eine kritische Grenzregion mit der Wirtsumgebung. Die Zelloberoberfläche der BSF afrikanischer Trypanosomen ist mit einem dichten Mantel an immunogenen variablen Oberflächenglykoproteinen (variant surface glycoprotein, VSG) umgeben. Dieses Oberflächenprotein dient als Barriere zum Schutz gegen Faktoren des Wirtsimmunsystems und spielt ebenfalls eine Rolle in Antikörper-Clearance und antigener Variation, welche gemeinsam dafür sorgen, dass der Parasit dem Wirtsimmunsystem stets einen Schritt voraus bleibt. Die Genexpression von T. brucei weist dezidierte Unterschiede im Vergleich zu anderen Eukaryoten auf: Die meisten Gene werden als lange polyzystronische Einheiten transkribiert, die durch trans-Splicing eines Miniexons aus 39 Nukleotiden am 5′ und Polyadenylierung am 3′ Ende der individuellen Gene prozessiert wird. Daher wird die Genexpression in T. brucei posttranskriptionell reguliert, zumeist durch RNA Bindeproteine (RBPs) und konservierte Elemente in der 3′ untranslatierten Region (UTR). Die Expression der VSGs ist stark reguliert, so wird zu einer gegebenen Zeit stets nur ein VSG Gen aus einer von ~15 Subtelomerregionen, die Blutstrom Expressionsorte (bloodstream expression sites, BES) genannt werden, exprimiert. Zellen, die gentechnisch manipuliert wurden um zwei VSGs zu exprimieren, produzieren die gleiche Menge an VSG mRNA wie Wildtyp Zellen. Dies deutet auf die Existenz eines robusten Mechanismus zur Regulierung der Gesamt-VSG mRNA Menge in T. brucei hin. Diese Arbeit verwendet induzierbare sowie konstitutive Expression eines ektopischen VSG Gens um zu zeigen, dass die endogene VSG mRNA nur reguliert wird, wenn das zweite VSG zum ER gelangt. Außerdem wird die endogene VSG mRNA Antwort auch ausgelöst, wenn hohe Mengen eines GFP Reporters, der eine VSG 3′UTR enthält, zum ER geleitet wird. Weiterhin, wird gezeigt, dass ER Importsignale anderer Proteine VSGs effizient zum ER dirigieren können. Das Ergebnis dieser Studie deutet darauf hin, dass eine Rückkopplungsschleife am ER eine robuste trans-Regulation der VSG mRNA auslöst, die die VSG Transkripte limitiert und somit eine Überlastung des sekretorischen Wegs verhindert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es nach Induktion der Expression des T. vivax VSGs ILDat1.2 in T. brucei zu einem doppelten Zellzyklusarrest mit gleichzeitiger Hochregulation der Expression des protein associated with differentation (PAD1) kam und dass dieses T. vivax VSG nur nach Austausch des GPI Signalpeptids durch das eines T. brucei VSGs effizient exprimiert werden konnte. Zusammengenommen suggerieren diese Daten, dass eine ineffiziente GPI-Verankerung und wenig abundante Expression des VSGs die Differenzierung der sogenannten slender BSF zur sogenannten stumpy Form einleiten kann. Ein zweites T. vivax VSG, ILDat2.1, konnte hingegen auch nach Austausch des GPI Signals nicht in T. brucei exprimiert werden. Mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse wurde die Struktur der N-terminalen Domäne (NTD) des ILDat1.2 VSGs gelöst. Es handelt sich hierbei um die erste Proteinstruktur eines VSGs, welches nicht aus T. brucei stammt und die erste Struktur eines Oberflächenproteins von T. vivax. Das in T. brucei Oberflächenproteinen konservierte drei-Helix Grundgerüst ist auch in der NTD des ILDat1.2 VSGs enthalten. Die Architektur der Membranproximalen Gegend der IlDat1.2 NTD und CTD unterscheiden sich aber vermutlich von der der T. brucei VSGs. Das leicht handhabbare T. brucei System bietet somit ein geeignetes Modell um die Oberflächenproteine anderer afrikanischer Trypanosomen Spezies zu untersuchen und eröffnet neue Wege zur Charakterisierung ihrer Oberflächenmäntel. KW - Trypanosoma vivax KW - Trypanosoma brucei KW - Variant surface glycoprotein KW - messenger RNA KW - Regulation of expression KW - messenger RNA regulation KW - VSG structure Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241773 ER - TY - THES A1 - Reissland, Michaela T1 - USP10 is a \(de\) \(novo\) tumour-specific regulator of β-Catenin and contributes to cancer stem cell maintenance and tumour progression T1 - USP10 ist ein \(de\) \(novo\) tumorspezifischer Regulator von ß-Catenin und trägt zur Erhaltung von Krebsstammzellen und zur Tumorprogression bei N2 - Colorectal Cancer (CRC) is the third most common cancer in the US. The majority of CRC cases are due to deregulated WNT-signalling pathway. These alterations are mainly caused by mutations in the tumour suppressor gene APC or in CTNNB1, encoding the key effector protein of this pathway, β-Catenin. In canonical WNT-signalling, β-Catenin activates the transcription of several target genes, encoding for proteins involved in proliferation, such as MYC, JUN and NOTCH. Being such a critical regulator of these proto-oncogenes, the stability of β-Catenin is tightly regulated by the Ubiquitin-Proteasome System. Several E3 ligases that ubiquitylate and degrade β-Catenin have been described in the past, but the antagonists, the deubiquitylases, are still unknown. By performing an unbiased siRNA screen, the deubiquitylase USP10 was identified as a de novo positive regulator of β-Catenin stability in CRC derived cells. USP10 has previously been shown in the literature to regulate both mutant and wild type TP53 stability, to deubiquitylate NOTCH1 in endothelial cells and to be involved in the regulation of AMPKα signalling. Overall, however, its role in colorectal tumorigenesis remains controversial. By analysing publicly available protein and gene expression data from colorectal cancer patients, we have shown that USP10 is strongly upregulated or amplified upon transformation and that its expression correlates positively with CTNNB1 expression. In contrast, basal USP10 levels were found in non-transformed tissues, but surprisingly USP10 is upregulated in intestinal stem cells. Endogenous interaction studies in CRC-derived cell lines, with different extend of APCtruncation, revealed an APC-dependent mode of action for both proteins. Furthermore, by utilising CRISPR/Cas9, shRNA-mediated knock-down and overexpression of USP10, we could demonstrate a regulation of β-Catenin stability by USP10 in CRC cell lines. It is widely excepted that 2D cell culture systems do not reflect complexity, architecture and heterogeneity and are therefore not suitable to answer complex biological questions. To overcome this, we established the isolation, cultivation and genetically modification of murine intestinal organoids and utilised this system to study Usp10s role ex vivo. By performing RNA sequencing, dependent on different Usp10 levels, we were able to recapitulate the previous findings and demonstrated Usp10 as important regulator of β-dependent regulation of stem cell homeostasis. Since genetic depletion of USP10 resulted in down-regulation of β-Catenin-dependent transcription, therapeutic intervention of USP10 in colorectal cancer was also investigated. Commercial and newly developed inhibitors were tested for their efficacy against USP10, but failed to significantly inhibit USP10 activity in colorectal cancer cells. To validate the findings from this work also in vivo, development of a novel mouse model for colorectal cancer has begun. By combining CRISPR/Cas9 and classical genetic engineering with viral injection strategies, WT and genetically modified mice could be transformed and, at least in some animals, intestinal lesions were detectable at the microscopic level. The inhibition of USP10, which we could describe as a de novo tumour-specific regulator of β-Catenin, could become a new therapeutic strategy for colorectal cancer patients. N2 - Darmkrebs ist die dritthäufigste Krebsart in den USA. Die Mehrheit der Darmkrebsfälle sind auf einen deregulierten WNT-Signalweg zurückzuführen. Diese Veränderungen wer- den hauptsächlich durch Mutationen im Tumorsuppressor-Gen APC oder in CTNNB1 verursacht, welches für das zentrale Protein dieses Signalwegs, β-Catenin, kodiert. Beim kanonischen WNT-Signalweg aktiviert β-Catenin die Transkription mehrerer Gene, die für, an der Proliferation beteiligte Proteine wie MYC, JUN und NOTCH, kodieren. Da β-Catenin ein kritischer Regulator dieser proto-Onkogene ist, wird die Stabilität von β-Catenin durch das Ubiquitin-Proteasom-System streng reguliert. In der Vergangen- heit wurden mehrere E3-Ligasen beschrieben, die β-Catenin ubiquitylieren und abbauen, aber die Deubiquitylasen, sind grö𐀀tenteils noch unbekannt. Mit Hilfe eines unvoreingenommenen siRNA-Screens wurde die Deubiquitylase USP10 als de novo Regulator der β-Catenin-Stabilität in Darmkrebs-Zellen identifiziert. In der Literatur wurde bereits gezeigt, dass USP10 sowohl die Stabilität von mutiertem als auch von wild typ TP53 reguliert, NOTCH1 in Endothelzellen deubiquityliert und an der Regulation des AMPKα Signalwegs beteiligt ist. Insgesamt bleibt seine Rolle in der kolorektalen Tumorgenese aber bisher umstritten. Anhand der Analyse öffentlich zugänglicher Protein- und Genexpressionsdaten haben wir gezeigt, dass USP10 bei der Transformation stark hochreguliert oder amplifiziert wird und dass seine Expression positiv mit der von CTNNB1 korreliert. Im Gegensatz dazu wurden in nicht transformiertem Gewebe basale USP10-Spiegel gefunden, aber überraschenderweise ist USP10 in intestinalen Stammzellen hochreguliert. Endogene Interaktionsstudien in Darmkrebs-Zelllinien mit unterschiedlichem Ausma𐀀 an APC-Trunkierung zeigten eine APC-abhängige Interaktion für beide Proteine. Darüber hinaus konnten wir mit Hilfe von CRISPR/Cas9, shRNA-vermitteltem Knock-down und Überexpression von USP10 eine Regulation der β-Catenin-Stabilität durch USP10 in Darmkrebs-Zelllinien nachweisen. Es ist allgemein bekannt, dass 2D-Zellkultursysteme die Komplexität, Architektur und Heterogenität nicht widerspiegeln und daher nicht geeignet sind, um komplexe biologische Fragen zu beantworten. Um dies zu überwinden, haben wir die Isolierung, Kultivierung und genetische Veränderung von murinen Dar- morganoiden etabliert und dieses System genutzt, um die Rolle von Usp10 ex vivo zu untersuchen. Durch die Durchführung von RNA-Sequenzierungen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Usp10-Spiegeln konnten wir die bisherigen Ergebnisse rekapitulieren und Usp10 als wichtigen Regulator der β-Catenin-abhängigen Regulation der Stammzell- homöostase nachweisen. Da die genetische Depletion von USP10 zu einer Herunterregulierung der β-Catenin- abhängigen Transkription führte, wurde auch die therapeutische Intervention von USP10 in Darmkrebs untersucht. Kommerzielle und neu entwickelte Inhibitoren wurden auf ihre Wirksamkeit gegen USP10 getestet, konnten jedoch die Aktivität von USP10 in Darmkrebs- Zellen nicht hemmen. Um die Erkenntnisse aus dieser Arbeit auch in vivo zu validieren, wurde mit der Entwicklung eines neuartigen Mausmodells für Darmkrebs begonnen. Durch die Kombination von CRISPR/Cas9 und klassischer Gentechnik mit viralen Injektionsstrategien konnten WT- und gentechnisch veränderte Mäuse trans- formiert werden und zumindest bei einigen Tieren waren Darmläsionen auf mikroskopis- cher Ebene nachweisbar. Die Inhibtierung von USP10, als de novo tumorspezifischer Regulator von β-Catenin, könnte eine neue therapeutische Strategie für Darmkrebs-Patienten werden. KW - Biomedizin KW - Biomedicine Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-319579 ER - TY - THES A1 - Schulz, Daniel T1 - Development of Inhibitory Control in Kindergarten Children T1 - Entwicklung von Inhibitionskontrolle bei Kindern im Kindergartenalter N2 - This dissertation explores the development and assessment of inhibitory control – a crucial component of executive functions – in young children. Inhibitory control, defined as the ability to suppress inappropriate responses (Verbruggen & Logan, 2008), is essential for adaptable and goal-oriented behavior. The rapid and non-linear development of this cognitive function in early childhood presents unique challenges for accurate assessment. As children age, they often exhibit a ceiling effect in terms of response accuracy (Petersen et al., 2016), underscoring the need to consider response latency as well. Ideally, combining response latency with accuracy could yield a more precise measure of inhibitory control (e.g., Magnus et al., 2019), facilitating a detailed tracking of developmental changes in inhibitory control across a wider age spectrum. The three studies of this dissertation collectively aim to clarify the relationship between response accuracy, response latency, and inhibitory control across different stages of child development. Each study utilizes a computerized Pointing Stroop Task (Berger et al., 2000) to measure inhibitory control, examining the task's validity and the integration of dual metrics for a more comprehensive evaluation. The first study focuses on establishing the validity of using both response accuracy and latency as indicators of inhibitory control. Utilizing the framework of explanatory item-response modeling (De Boeck & Wilson, 2004), the study revealed how the task characteristics congruency and item position influence both the difficulty level and timing aspects in young children’s responses in the computerized Pointing Stroop task. Further, this study found that integrating response accuracy with latency, even in a basic manner, provides additional insights. Building upon these findings, the second study investigates the nuances of integrating response accuracy and latency, examining whether this approach can account for age-related differences in inhibitory control. It also explores whether response latencies may contain different information depending on the age and proficiency of the children. The study leverages novel and established methodological perspectives to integrate response accuracy and latency into a single metric, showing the potential applicability of different approaches for assessing inhibitory control development. The third study extends the investigation to a longitudinal perspective, exploring the dynamic relationship between response accuracy, latency, and inhibitory control over time. It assesses whether children who achieve high accuracy at an earlier age show faster improvement in response latency, suggesting a non-linear maturation pathway of inhibitory control. The study also examines if the predictive value of early response latency for later fluid intelligence is dependent on the response accuracy level. Together, these empirical studies contribute to a more robust understanding of the complex interaction between inhibitory control, response accuracy, and response latency, facilitating valid evaluations of cognitive capabilities in children. Moreover, the findings may have practical implications for designing educational strategies and clinical interventions that address the developmental trajectory of inhibitory control. The nuanced approach advocated in this dissertation suggests prioritizing accuracy in assessment and interventions during the early stages of children's cognitive development, gradually shifting the focus to response latency as children mature and secure their inhibitory control abilities. N2 - Die vorliegende Dissertation erforscht die Erfassung und Entwicklung von Inhibitionskontrolle bei jungen Kindern – einer zentralen Komponente der Exekutiven Funktionen. Inhibitionskontrolle, also die Fähigkeit, automatisierte aber unangemessene Reaktionen zu unterdrücken (Verbruggen & Logan, 2008), ist wesentlich für adaptives und zielgerichtetes Verhalten. Die schnelle und nichtlineare Entwicklung dieser kognitiven Funktion im frühen Kindesalter gestaltet eine präzise Messung herausfordernd. Mit zunehmendem Alter der Kinder zeigt sich häufig ein Deckeneffekt hinsichtlich der Antwortgenauigkeit (Petersen et al., 2016), was die Notwendigkeit hervorhebt, auch die Reaktionszeit in Betracht zu ziehen. Idealerweise könnte durch die Integration von Reaktionszeit und Antwortgenauigkeit ein Messwert berechnet werden (z.B. Magnus et al., 2019), welcher eine detaillierte Erfassung von Entwicklungsveränderungen der Inhibitionskontrolle über ein breiteres Altersspektrum hinweg ermöglicht. Die drei Studien dieser Dissertation zielen darauf ab, die Beziehung zwischen Antwortgenauigkeit, Reaktionszeit und Inhibitionskontrolle in verschiedenen Stadien der kindlichen Entwicklung zu untersuchen. Jede Studie nutzt eine computergestützte Inhibitionsaufgabe, den computerized Pointing-Stroop Task (cPST; Berger et al., 2000), um die Inhibitionskontrolle zu messen, wobei die Validität dieses Tests und die Integration von Antwortgenauigkeit und Reaktionszeit für eine umfassendere Bewertung untersucht werden. In der ersten Studie wird untersucht, ob sowohl Antwortgenauigkeit als auch Reaktionszeit valide Indikatoren für Inhibitionskontrolle in jungen Kindern darstellen. Unter Verwendung von explanatorischen Item-Response-Modellen zeigte die Studie, wie die Aufgabenmerkmale Kongruenz und Item-Position die Aufgabenschwierigkeit sowohl in Bezug auf Antwortgenauigkeit als auch Reaktionszeit im cPST beeinflussen. Darüber hinaus zeigten sich erste Hinweise, dass bereits eine rudimentäre Integration von Antwortgenauigkeit und Reaktionszeit zusätzliche Einsichten liefert. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen untersucht die zweite Studie die Feinheiten der Integration von Antwortgenauigkeit und Reaktionszeit und prüft, ob moderne Methoden der Integration dieser beiden Metriken altersbedingte Unterschiede in der Inhibitionskontrolle berücksichtigen können. Sie erforscht auch, ob sich aus den Reaktionszeiten in Inhibitionsaufgaben, abhängig vom Alter und Können der Kinder, unterschiedliche Schlussfolgerungen ziehen lassen. Die Studie nutzt neue und etablierte methodische Ansätze, um Antwortgenauigkeit und Reaktionszeit zu einer Metrik zu integrieren und zeigt die potenzielle Anwendbarkeit verschiedener Ansätze zur Bewertung der Entwicklung der Inhibitionskontrolle. Die dritte Studie erweitert die Untersuchung auf eine Längsschnittperspektive und erforscht die dynamische Beziehung zwischen Antwortgenauigkeit, Reaktionszeit und Inhibitionskontrolle im Laufe der Entwicklung. Sie betrachtet, ob Kinder, die in jüngerem Alter eine hohe Genauigkeit erreichen, eine schnellere Verbesserung in der Reaktionszeit zeigen. Die Studie untersucht weiter, ob der prädiktive Wert von Reaktionszeit für zukünftige fluide Intelligenz in Abhängigkeit zu der Antwortgenauigkeit steht. Zusammen tragen diese empirischen Arbeiten zu einem tieferen Verständnis der komplexen Interaktion zwischen Inhibitionskontrolle, Antwortgenauigkeit und Reaktionszeit bei und erleichtern valide Bewertungen dieser kognitiven Fähigkeiten bei Kindern. Darüber hinaus könnten die Ergebnisse praktische Implikationen für die Gestaltung von Interventionen haben, die sich mit dem Entwicklungsverlauf der Inhibitionskontrolle befassen. Der in dieser Dissertation vertretene Ansatz legt nahe, Antwortgenauigkeit bei der Bewertung und Interventionen während der frühen Phasen der kognitiven Entwicklung von Kindern zu priorisieren und den Fokus allmählich auf die Reaktionszeit zu verlagern, sobald Kinder ihre Inhibitionskontrolle festigen und ausbauen. KW - Kognitive Entwicklung KW - Kognition KW - Psychologie KW - Executive Functions KW - Inhibitory Control KW - Inhibitionskontrolle KW - Linear-Mixed Models KW - Linear Gemischte Modelle KW - Cognition KW - Child Development KW - Kindliche Entwicklung KW - Exekutive Funktionen KW - Kinderentwicklung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-357152 ER - TY - THES A1 - Heimberger, Kevin T1 - Regulation pathways of c-MYC under glutamine-starving conditions in colon carcinoma cells T1 - Regulierungsmechanismen von c-MYC in Darmkrebszellen unter Glutaminmangelbedingungen N2 - Colon carcinomas (CRC) are statistically among the most fatal cancer types and hence one of the top reasons for premature mortality in the developed world. CRC cells are characterized by high proliferation rates caused by deregulation of gene transcription of proto-oncogenes and general chromosomal instability. On macroscopic level, CRC cells show a strongly altered nutrient and energy metabolism. This work presents research to understand general links between the metabolism and transcription alteration. Mainly focussing on glutamine dependency, shown in colon carcinoma cells and expression pathways of the pro-proliferation protein c-MYC. Previous studies showed that a depletion of glutamine in the cultivation medium of colon carcinoma cell lines caused a proliferation arrest and a strong decrease of overall c-MYC levels. Re-addition of glutamine quickly replenished c-MYC levels through an unknown mechanism. Several proteins altering this regulation mechanism were identified and proposed as possible starting point for further in detail studies to unveil the precise biochemical pathway controlling c-MYC translation repression and reactivation in a rapid manner. On a transcriptional level the formation of RNA:DNA hybrids, so called R-loops, was observed under glutamine depleted conditions. The introduction and overexpression of RNaseH1, a R-loop degrading enzyme, in combination with an ectopically expressed c-MYC variant, independent of cellular regulation mechanisms by deleting the regulatory 3’-UTR of the c-MYC gene, lead to a high rate of apoptotic cells in culture. Expression of a functionally inactive variant of RNaseH1 abolished this effect. This indicates a regulatory function of R-loops formed during glutamine starvation in the presence of c-MYC protein in a cell. Degradation of R-loops and high c-MYC levels in this stress condition had no imminent effect on the cell cycle progression is CRC cells but disturbed the nucleotide metabolism. Nucleotide triphosphates were strongly reduced in comparison to starving cells without R-loop degradation and proliferating cells. This study proposes a model of a terminal cycle of transcription termination, unregulated initiation and elongation of transcription leading to a depletion of energy resources of cells. This could finally lead to high apoptosis of the cells. Sequencing experiments to determine a coinciding of termination sites and R-loop formation sides failed so far but show a starting point for further studies in this essential survival mechanism involving R-loop formation and c-MYC downregulation. N2 - Darmkrebs gehört statistisch zu den Krebsarten mit den höchsten Sterblichkeitsraten und zählen somit zu den häufigsten Todesursachen der entwickelten Länder. Darmkrebszellen zeichnen sich durch chromosomale Instabilität und hohe Proliferationsraten aus, die durch eine Deregulierung der Expression verschiedener Proto-Onkogene zustande kommen. Generell besitzen diese Krebszellen einen stark veränderten Nährstoff- und Energiestoffwechsel im Vergleich zu gesunden somatischen Zellen. Diese Arbeit strebt ein besseres Verständnis der Verbindung zwischen dem Metabolismus und der Gen-Expression an. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf dem Mechanismus der Expression des proliferationsfördernden Proteins c-MYC und der Abhängigkeit von Glutamin, die Darmkrebszellen charakterisiert. Frühere Studien haben gezeigt, dass der Entzug von Glutamin aus dem Kulturmedium von Darmkrebszelllinien eine Arretierung des Zellzyklus bewirkt sowie die Konzentration des Proteins c-MYC reduziert. Erneute Zugabe von Glutamin zum Medium stellt die MYC-Konzentration schnell wieder her. Die Hintergründe dieses Mechanismus sind bislang aber kaum verstanden. Einige Proteine wurden hier als potenzielle Kandidaten identifiziert, die einen Einfluss auf den biochemischen Prozess haben könnten, der die schnelle Wiederaufnahme der c-MYC Translation gewährleistet. Auf Translationsebene wurden RNA:DNA-Hybriden, sogenannte R-loops, gefunden, die sich unter anderem unter Glutamin-Mangelbedingungen im Genom bilden können. Ein gezielter Abbau dieser R-loops mithilfe des Enzyms RNaseH1, in Kombination mit der ektopischen Expression einer c-MYC-Variante, die unempfindlich gegenüber der zelleigenen Regulationsmechanismen ist, führte zu einer erhöhten Anzahl an apoptotischen Zellen in Kultur. Exprimiert man eine funktionell inaktive Variante der RNaseH1, statt der funktionellen, so kann dieser Apoptose-fördernde Prozess nicht beobachtet werden. Dies bestärkt die Hypothese, dass die R-loops, die sich während eines Glutamin-Mangels und hoher c-MYC-Konzentration bilden, eine regulatorische Funktion innehaben. Als Ursache für die Apoptose konnte ein Effekt der veränderten Expression auf das Fortschreiten des Zellzyklus ausgeschlossen werden. Jedoch zeigte sich eine Veränderung im Nukleotid-Metabolismus. Betroffene Zellen zeigten deutlich reduzierte Nuklotidtriphosphat-Konzentrationen im Vergleich zu Zellen unter Glutaminmangelbedingungen ohne R-loop-Abbau. In dieser Arbeit wurde ein Modell entwickelt, das einen sich selbst negativ verstärkenden Zyklus vorschlägt, der die Zellen zur Apoptose führt. Transkriptionstermination und eine unkontrollierte Initiation der Transkription im Wechsel führt zu einem Verbrauch der lebensnotwendigen Energieressourcen der Zellen. Sequenzierungsexperimente zur Lokalisierung der R-loops und Terminationsstellen sind bislang fehlgeschlagen, bieten jedoch Ansätze für künftige Forschung. KW - Myc KW - cMYC regulation KW - Colorectal Cancer KW - Glutamine KW - Translation regulation Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363316 ER - TY - JOUR A1 - Morimoto, Yoshiro A1 - Shimada-Sugimoto, Mihoko A1 - Otowa, Takeshi A1 - Yoshida, Shintaro A1 - Kinoshita, Akira A1 - Mishima, Hiroyuki A1 - Yamaguchi, Naohiro A1 - Mori, Takatoshi A1 - Imamura, Akira A1 - Ozawa, Hiroki A1 - Kurotaki, Naohiro A1 - Ziegler, Christiane A1 - Domschke, Katharina A1 - Deckert, Jürgen A1 - Umekage, Tadashi A1 - Tochigi, Mamoru A1 - Kaiya, Hisanobu A1 - Okazaki, Yuji A1 - Tokunaga, Katsushi A1 - Sasaki, Tsukasa A1 - Yoshiura, Koh-ichiro A1 - Ono, Shinji T1 - Whole-exome sequencing and gene-based rare variant association tests suggest that PLA2G4E might be a risk gene for panic disorder JF - Translational Psychiatry N2 - Panic disorder (PD) is characterized by recurrent and unexpected panic attacks, subsequent anticipatory anxiety, and phobic avoidance. Recent epidemiological and genetic studies have revealed that genetic factors contribute to the pathogenesis of PD. We performed whole-exome sequencing on one Japanese family, including multiple patients with panic disorder, which identified seven rare protein-altering variants. We then screened these genes in a Japanese PD case–control group (384 sporadic PD patients and 571 controls), resulting in the detection of three novel single nucleotide variants as potential candidates for PD (chr15: 42631993, T>C in GANC; chr15: 42342861, G>T in PLA2G4E; chr20: 3641457, G>C in GFRA4). Statistical analyses of these three genes showed that PLA2G4E yielded the lowest p value in gene-based rare variant association tests by Efficient and Parallelizable Association Container Toolbox algorithms; however, the p value did not reach the significance threshold in the Japanese. Likewise, in a German case–control study (96 sporadic PD patients and 96 controls), PLA2G4E showed the lowest p value but again did not reach the significance threshold. In conclusion, we failed to find any significant variants or genes responsible for the development of PD. Nonetheless, our results still leave open the possibility that rare protein-altering variants in PLA2G4E contribute to the risk of PD, considering the function of this gene. KW - clinical genetics KW - medical genetics Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224192 VL - 8 ER - TY - JOUR A1 - Schneider, Christian A1 - Glazov, Mikhail M. A1 - Korn, Tobias A1 - Höfling, Sven A1 - Urbaszek, Bernhard T1 - Two-dimensional semiconductors in the regime of strong light-matter coupling JF - Nature Communications N2 - The optical properties of transition metal dichalcogenide monolayers are widely dominated by excitons, Coulomb-bound electron–hole pairs. These quasi-particles exhibit giant oscillator strength and give rise to narrow-band, well-pronounced optical transitions, which can be brought into resonance with electromagnetic fields in microcavities and plasmonic nanostructures. Due to the atomic thinness and robustness of the monolayers, their integration in van der Waals heterostructures provides unique opportunities for engineering strong light-matter coupling. We review first results in this emerging field and outline future opportunities and challenges. KW - optical physics KW - two-dimensional materials Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231295 VL - 9 ER - TY - JOUR A1 - Selkrig, Joel A1 - Mohammad, Farhan A1 - Ng, Soon Hwee A1 - Chua, Jia Yi A1 - Tumkaya, Tayfun A1 - Ho, Joses A1 - Chiang, Yin Ning A1 - Rieger, Dirk A1 - Pettersson, Sven A1 - Helfrich-Förster, Charlotte A1 - Yew, Joanne Y. A1 - Claridge-Chang, Adam T1 - The Drosophila microbiome has a limited influence on sleep, activity, and courtship behaviors JF - Scientific Reports N2 - In animals, commensal microbes modulate various physiological functions, including behavior. While microbiota exposure is required for normal behavior in mammals, it is not known how widely this dependency is present in other animal species. We proposed the hypothesis that the microbiome has a major influence on the behavior of the vinegar fly (Drosophila melanogaster), a major invertebrate model organism. Several assays were used to test the contribution of the microbiome on some well-characterized behaviors: defensive behavior, sleep, locomotion, and courtship in microbe-bearing, control flies and two generations of germ-free animals. None of the behaviors were largely influenced by the absence of a microbiome, and the small or moderate effects were not generalizable between replicates and/or generations. These results refute the hypothesis, indicating that the Drosophila microbiome does not have a major influence over several behaviors fundamental to the animal’s survival and reproduction. The impact of commensal microbes on animal behaviour may not be broadly conserved. KW - behavioural ecology KW - sleep Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-235891 VL - 8 ER - TY - JOUR A1 - Nerreter, Thomas A1 - Letschert, Sebastian A1 - Götz, Ralph A1 - Doose, Sören A1 - Danhof, Sophia A1 - Einsele, Hermann A1 - Sauer, Markus A1 - Hudecek, Michael T1 - Super-resolution microscopy reveals ultra-low CD19 expression on myeloma cells that triggers elimination by CD19 CAR-T JF - Nature Communications N2 - Immunotherapy with chimeric antigen receptor-engineered T-cells (CAR-T) is under investigation in multiple myeloma. There are reports of myeloma remission after CD19 CAR-T therapy, although CD19 is hardly detectable on myeloma cells by flow cytometry (FC). We apply single molecule-sensitive direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM), and demonstrate CD19 expression on a fraction of myeloma cells (10.3–80%) in 10 out of 14 patients (density: 13–5,000 molecules per cell). In contrast, FC detects CD19 in only 2 of these 10 patients, on a smaller fraction of cells. Treatment with CD19 CAR-T in vitro results in elimination of CD19-positive myeloma cells, including those with <100 CD19 molecules per cell. Similar data are obtained by dSTORM analyses of CD20 expression on myeloma cells and CD20 CAR-T. These data establish a sensitivity threshold for CAR-T and illustrate how super-resolution microscopy can guide patient selection in immunotherapy to exploit ultra-low density antigens. KW - cancer imaging KW - cancer immunotherapy KW - imaging Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-232258 VL - 10 ER - TY - JOUR A1 - Odin, Per A1 - Chaudhuri, K. Ray A1 - Volkmann, Jens A1 - Antonini, Angelo A1 - Storch, Alexander A1 - Dietrichs, Espen A1 - Pirtošek, Zvezdan A1 - Henriksen, Tove A1 - Horne, Malcolm A1 - Devos, David A1 - Bergquist, Filip T1 - Viewpoint and practical recommendations from a movement disorder specialist panel on objective measurement in the clinical management of Parkinson’s disease JF - npj Parkinson's Disease N2 - Motor aspects of Parkinson’s disease, such as fluctuations and dyskinesia, can be reliably evaluated using a variety of “wearable” technologies, but practical guidance on objective measurement (OM) and the optimum use of these devices is lacking. Therefore, as a first step, a panel of movement disorder specialists met to provide guidance on how OM could be assessed and incorporated into clinical guidelines. A key aspect of the incorporation of OM into the management of Parkinson’s disease (PD) is defining cutoff values that separate “controlled” from “uncontrolled” symptoms that can be modified by therapy and that relate to an outcome that is relevant to the person with PD (such as quality of life). Defining cutoffs by consensus, which can be subsequently tested and refined, is the first step to optimizing OM in the management of PD. OM should be used by all clinicians that treat people with PD but the least experienced may find the most value, but this requires guidance from experts to allow non-experts to apply guidelines. While evidence is gained for devices that produce OM, expert opinion is needed to supplement the evidence base. KW - Parkinson's disease Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234435 VL - 4 ER - TY - JOUR A1 - Mussel, Patrick A1 - Hewig, Johannes T1 - A neural perspective on when and why trait greed comes at the expense of others JF - Scientific Reports N2 - Depending on the point of view, conceptions of greed range from being a desirable and inevitable feature of a well-regulated, well-balanced economy to the root of all evil - radix omnium malorum avaritia (Tim 6.10). Regarding the latter, it has been proposed that greedy individuals strive for obtaining desired goods at all costs. Here, we show that trait greed predicts selfish economic decisions that come at the expense of others in a resource dilemma. This effect was amplified when individuals strived for obtaining real money, as compared to points, and when their revenue was at the expense of another person, as compared to a computer. On the neural level, we show that individuals high, compared to low in trait greed showed a characteristic signature in the EEG, a reduced P3 effect to positive, compared to negative feedback, indicating that they may have a lack of sensitivity to adjust behavior according to positive and negative stimuli from the environment. Brain-behavior relations further confirmed this lack of sensitivity to behavior adjustment as a potential underlying neuro-cognitive mechanism which explains selfish and reckless behavior that may come at the expense of others. KW - human behaviour KW - psychology Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231652 VL - 9 ER - TY - JOUR A1 - Schmitt, Martin A1 - Moras, Paolo A1 - Bihlmayer, Gustav A1 - Cotsakis, Ryan A1 - Vogt, Matthias A1 - Kemmer, Jeannette A1 - Belabbes, Abderrezak A1 - Sheverdyaeva, Polina M. A1 - Kundu, Asish K. A1 - Carbone, Carlo A1 - Blügel, Stefan A1 - Bode, Matthias T1 - Indirect chiral magnetic exchange through Dzyaloshinskii–Moriya-enhanced RKKY interactions in manganese oxide chains on Ir(100) JF - Nature Communications N2 - Localized electron spins can couple magnetically via the Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida interaction even if their wave functions lack direct overlap. Theory predicts that spin–orbit scattering leads to a Dzyaloshinskii–Moriya type enhancement of this indirect exchange interaction, giving rise to chiral exchange terms. Here we present a combined spin-polarized scanning tunneling microscopy, angle-resolved photoemission, and density functional theory study of MnO2 chains on Ir(100). Whereas we find antiferromagnetic Mn–Mn coupling along the chain, the inter-chain coupling across the non-magnetic Ir substrate turns out to be chiral with a 120° rotation between adjacent MnO2 chains. Calculations reveal that the Dzyaloshinskii–Moriya interaction results in spin spirals with a periodicity in agreement with experiment. Our findings confirm the existence of indirect chiral magnetic exchange, potentially giving rise to exotic phenomena, such as chiral spin-liquid states in spin ice systems or the emergence of new quasiparticles. KW - magnetic properties and materials KW - surfaces, interfaces and thin films Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230986 VL - 10 ER - TY - JOUR A1 - Schurr, Yvonne A1 - Spindler, Markus A1 - Kurz, Hendrikje A1 - Bender, Markus T1 - The cytoskeletal crosslinking protein MACF1 is dispensable for thrombus formation and hemostasis JF - Scientific Reports N2 - Coordinated reorganization of cytoskeletal structures is critical for key aspects of platelet physiology. While several studies have addressed the role of microtubules and filamentous actin in platelet production and function, the significance of their crosstalk in these processes has been poorly investigated. The microtubule-actin cross-linking factor 1 (MACF1; synonym: Actin cross-linking factor 7, ACF7) is a member of the spectraplakin family, and one of the few proteins expressed in platelets, which possess actin and microtubule binding domains thereby facilitating actin-microtubule interaction and regulation. We used megakaryocyte- and platelet-specific Macf1 knockout (Macf1fl/fl, Pf4-Cre) mice to study the role of MACF1 in platelet production and function. MACF1 deficient mice displayed comparable platelet counts to control mice. Analysis of the platelet cytoskeletal ultrastructure revealed a normal marginal band and actin network. Platelet spreading on fibrinogen was slightly delayed but platelet activation and clot traction was unaffected. Ex vivo thrombus formation and mouse tail bleeding responses were similar between control and mutant mice. These results suggest that MACF1 is dispensable for thrombopoiesis, platelet activation, thrombus formation and the hemostatic function in mice. KW - actin KW - microtubules Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234966 VL - 9 ER -