TY  - THES
A1  - Wanzek, Katharina
T1  - The investigation of the function of repair proteins at G-quadruplex structures in \(Saccharomyces\) \(cerevisiae\) revealed that Mms1 promotes genome stability
T1  - Die Untersuchung der Funktion von Reparaturproteinen an G-Quadruplex Strukturen in \(Saccharomyces\) \(cerevisiae\) zeigte, dass Mms1 Genomstabilität fördert
N2  - G-quadruplex structures are highly stable alternative DNA structures that can, when not properly regulated, impede replication fork progression and cause genome instability (Castillo Bosch et al, 2014; Crabbe et al, 2004; Koole et al, 2014; Kruisselbrink et al, 2008; London et al, 2008; Lopes et al, 2011; Paeschke et al, 2013; Paeschke et al, 2011; Piazza et al, 2015; Piazza et al, 2010; Piazza et al, 2012; Ribeyre et al, 2009; Sabouri et al, 2014; Sarkies et al, 2012; Sarkies et al, 2010; Schiavone et al, 2014; Wu & Spies, 2016; Zimmer et al, 2016). The aim of this thesis was to identify novel G-quadruplex interacting proteins in Saccharomyces cerevisiae and to unravel their regulatory function at these structures to maintain genome integrity. Mms1 and Rtt101 were identified as G-quadruplex binding proteins in vitro via a pull-down experiment with subsequent mass spectrometry analysis. Rtt101, Mms1 and Mms22, which are all components of an ubiquitin ligase (Rtt101Mms1/Mms22), are important for the progression of the replication fork following fork stalling (Luke et al, 2006; Vaisica et al, 2011; Zaidi et al, 2008). The in vivo binding of endogenously tagged Mms1 to its target regions was analyzed genome-wide using chromatin-immunoprecipitation followed by deep-sequencing. Interestingly, Mms1 bound independently of Mms22 and Rtt101 to G-rich regions that have the potential to form G-quadruplex structures. In vitro, formation of G-quadruplex structures could be shown for the G-rich regions Mms1 bound to. This binding was observed throughout the cell cycle. Furthermore, the deletion of MMS1 caused replication fork stalling as evidenced by increased association of DNA Polymerase 2 at Mms1 dependent sites. A gross chromosomal rearrangement assay revealed that deletion of MMS1 results in a significantly increased genome instability at G-quadruplex motifs compared to G-rich or non-G-rich regions. Additionally, binding of the helicase Pif1, which unwinds G4 structures in vitro (Paeschke et al, 2013; Ribeyre et al, 2009; Sanders, 2010; Wallgren et al, 2016), to Mms1 binding sites was reduced in mms1 cells. The data presented in this thesis, together with published data, suggests a novel mechanistic model in which Mms1 binds to G-quadruplex structures and enables Pif1 association. This allows for replication fork progression and genome integrity.
N2  - Bei G-quadruplex Strukturen handelt es sich um stabile Sekundärstrukturen der DNA, welche das Fortschreiten der Replikationsgabel behindern und Genominstabilität verursachen können, falls sie nicht konsequent reguliert werden (Castillo Bosch et al, 2014; Crabbe et al, 2004; Koole et al, 2014; Kruisselbrink et al, 2008; London et al, 2008; Lopes et al, 2011; Paeschke et al, 2013; Paeschke et al, 2011; Piazza et al, 2015; Piazza et al, 2010; Piazza et al, 2012; Ribeyre et al, 2009; Sabouri et al, 2014; Sarkies et al, 2012; Sarkies et al, 2010; Schiavone et al, 2014; Wu & Spies, 2016; Zimmer et al, 2016). Ziel dieser Doktorarbeit war es, neue Proteininteraktionspartner dieser Strukturen in Saccharomyces cerevisiae zu identifizieren und zu untersuchen, wie diese Proteine die Strukturen regulieren um Genomstabilität zu gewährleisten. Mit Hilfe eines Pulldown Assays und anschließender massenspektrometrischer Analyse wurden Mms1 und Rtt101 in vitro als Interaktionspartner von G-quadruplex Strukturen identifiziert. Rtt101, Mms1 und Mms22, Komponenten der Ubiquitinligase Rtt101Mms1/Mms22, spielen eine wichtige Rolle beim Fortschreiten der Replikationsgabel, falls dieses durch Agenzien gehemmt wurde (Luke et al, 2006; Vaisica et al, 2011; Zaidi et al, 2008). Durch Chromatin-Immunpräzipitation mit anschließender Hochdurchsatzsequenzierung wurden die Bindestellen von Mms1 identifiziert. Interessanterweise hat Mms1 genomweit an G-reiche Sequenzen gebunden. Diese G-reichen Sequenzen bildeten G-quadruplex Strukturen in vitro aus. Die Bindung von Mms1 erfolgte unabhängig von Rtt101 und Mms22 sowie während des gesamten Zellzyklus. Außerdem kam es zu einer Verlangsamung der Replikationsgabel in mms1 Zellen, was durch eine verstärkte Bindung der DNA Polymerase 2 nachgewiesen wurde. Ein gross chromsomal rearrangement assay zeigte, dass die Genominstabilität in mms1 Zellen signifikant erhöht ist, wenn G-quadruplex Motive, im Vergleich zu nicht-G-reichen oder G-reichen Kontrollregionen, vorhanden sind. Zudem war die Bindung der Helikase Pif1, welche G-quadruplex Strukturen in vitro entwindet (Paeschke et al, 2013; Ribeyre et al, 2009; Sanders, 2010; Wallgren et al, 2016), stark reduziert, wenn Mms1 fehlte. Mit Hilfe der in dieser Doktorarbeit gewonnenen Ergebnisse, sowie mit Hilfe publizierter Daten, lässt sich ein Model postulieren, in welchem Mms1 an G-quadruplexe bindet und somit die Bindung von Pif1 ermöglicht. Dadurch werden das Fortschreiten der Replikationsgabel und die Genomstabilität gewährleistet.
KW  - Quadruplex-DNS
KW  - DNS-Reparatur
KW  - genome stability
KW  - Bierhefe
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142547
ER  - 
TY  - THES
A1  - Karl, Stefan
T1  - Control Centrality in Non-Linear Biological Networks
T1  - Kontrollzentralität in nichtlinearen biologischen Netzwerken
N2  - Biological systems such as cells or whole organisms are governed by complex regulatory networks of transcription factors, hormones and other regulators which determine the behavior of the system depending on internal and external stimuli. In mathematical models of these networks, genes are represented by interacting “nodes” whose “value” represents the activity of the gene.
Control processes in these regulatory networks are challenging to elucidate and quantify. Previous control centrality metrics, which aim to mathematically capture the ability of individual nodes to control biological systems, have been found to suffer from problems regarding biological plausibility.
This thesis presents a new approach to control centrality in biological networks. Three types of network control are distinguished: Total control centrality quantifies the impact of gene mutations and identifies potential pharmacological targets such as genes involved in oncogenesis (e.g. zinc finger protein GLI2 or bone morphogenetic proteins in chondrocytes). Dynamic control centrality describes relaying functions as observed in signaling cascades (e.g control in mouse colon stem cells). Value control centrality measures the direct influence of the value of the node on the network (e.g. Indian hedgehog as an essential regulator of proliferation in chondrocytes). Well-defined network manipulations define all three centralities not only for nodes, but also for the interactions between them, enabling detailed insights into network pathways.
The calculation of the new metrics is made possible by substantial computational improvements in the simulation algorithms for several widely used mathematical modeling paradigms for genetic regulatory networks, which are implemented in the regulatory network simulation framework Jimena created for this thesis.
Applying the new metrics to biological networks and artificial random networks shows how these mathematical concepts correspond to experimentally verified gene functions and signaling pathways in immunity and cell differentiation. In contrast to controversial previous results even from the Barabási group, all results indicate that the ability to control biological networks resides in only few driver nodes characterized by a high number of connections to the rest of the network. Autoregulatory loops  strongly increase the controllability of the network, i.e. its ability to control itself, and biological networks are characterized by high controllability in conjunction with high robustness against mutations, a combination that can be achieved best in sparsely connected networks with densities (i.e. connections to nodes ratios) around 2.0 - 3.0.
The new concepts are thus considerably narrowing the gap between network science and biology and can be used in various areas such as system modeling, plausibility trials and system analyses.
Medical applications discussed in this thesis include the search for oncogenes and pharmacological targets, as well their functional characterization.
N2  - Biologische Systeme wie Zellen aber auch ganze Organismen werden durch ein komplexes Netzwerk von Transkriptionsfaktoren, Hormonen und anderen Regulatoren kontrolliert, welche das Verhalten des Systems in Abhängigkeit von internen und externen Einflüssen steuern. In mathematischen Modellen dieser Netzwerke werden Gene durch „Knoten“ repräsentiert, deren „Wert“ die Aktivität des Gens wiederspiegelt.
Kontrollvorgänge in diesen Regulationsnetzwerken sind schwierig zu quantifizieren. Existierende Maße für die Kontrollzentralität, d.h. die Fähigkeit einzelner Knoten biologische Systeme zu kontrollieren, zeigen vor allem Probleme mit der biologischen Plausibilität der Ergebnisse.
Diese Dissertation stellt eine neue Definition der Kontrollzentralität vor. Dabei werden drei Typen der Kontrollzentralität unterschieden: Totale Kontrollzentralität quantifiziert den Einfluss von Mutationen eines Gens und hilft mögliche pharmakologische Ziele wie etwa Onkogene (z. B. das Zinkfingerprotein GLI2 oder Bone Morphogenetic Proteins in Chondrozyten) zu identifizieren. Dynamische Kontrollzentralität beschreibt signalweiterleitende Funktionen in Signalkaskaden (z. B. in Kontrollprozessen in Stammzellen des Mauskolons). Wert-Kontrollzentralität misst den Einfluss des Werts des Knotens (zum Beispiel die Rolle von Indian hedgehog als essentieller Regulator der Chondrozytenproliferation). Durch gezielte Manipulation von Netzwerken können die Zentralitäten nicht nur für Knoten, sondern auch für die Interaktionen zwischen ihnen bestimmt werden, was detaillierte Einblicke in Netzwerkpfade erlaubt.
Möglich wird die Berechnung der neuen Maße durch substantielle Verbesserungen der Simulationsalgorithmen mehrerer häufig verwendeter mathematischer Muster für Genregulationsnetzwerke, welche in der für diese Dissertation entwickelten Software Jimena implementiert wurden.
Durch die Anwendung der neuen Metriken auf biologische Netzwerke und künstliche Zufallsnetzwerke kann gezeigt werden, dass die mathematischen Konzepte experimentell bestätigte Funktionen von Genen und Signalpfaden im Immunsystem und der Zelldifferenzierung korrekt wiedergeben. Im Gegensatz zu umstrittenen Ergebnissen der Forschungsgruppe Barabási zeigt sich hier, dass die Fähigkeit, biologische Netzwerke zu kontrollieren, in nur wenigen Knoten konzentriert ist, welche sich vor allem durch viele Verbindungen zum Rest des Netzwerks auszeichnen. Knoten, welche ihre eigene Expression beeinflussen, steigern die Fähigkeit eines Netzwerkes sich selbst zu kontrollieren (Kontrollierbarkeit), und biologische Netzwerke zeichnen sich durch hohe Kontrollierbarkeit bei gleichzeitig hoher Resistenz gegenüber Mutationen aus. Diese Kombination kann am besten durch eher schwach verbundene Netzwerke erreicht werden, bei denen auf einen Knoten nur etwa 2 bis 3 Verbindungen kommen.
Die neuen Konzepte schlagen so eine Brücke zwischen Netzwerkwissenschaften und Biologie, und sind in einer Vielzahl von Gebieten wie der Modellierung von Systemen sowie der Überprüfung ihrer Plausibilität und ihrer Analyse anwendbar.
Medizinische Anwendungen, auf welche in dieser Dissertation eingegangen wird, sind zum Beispiel die Suche nach Onkogenen und pharmakologischen Zielen, aber auch deren funktionelle Analyse.
KW  - Bioinformatik
KW  - Genregulation
KW  - Nichtlineare Differentialgleichung
KW  - Genetic regulatory networks
KW  - Control centrality
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150838
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bertho, Sylvain
T1  - Biochemical and molecular characterization of an original master sex determining gene in Salmonids
T1  - Biochemische und molekulare Charakterisierung des Mastergens bei der Sex-bestimmung in Salmoniden
N2  - Sexual development is a fundamental and versatile process that shapes animal morphology, physiology and behavior. The underlying developmental process is composed of the sex determination and the sex differentiation. Sex determination mechanisms are extremely labile among taxa. The initial triggers of the sex determination process are often genetics called sex determining genes. These genes are expressed in the bipotential gonad and tilt the balance to a developmental program allowing the differentiation of either a testis or an ovary. Fish represent a large and fascinating vertebrate group to study both sex determination and sex differentiation mechanisms. To date, among the known sex determining genes, three gene families namely sox, dmrt and TGF-β factors govern this developmental program. As exception to this rule, sdY “sexually dimorphic on the Y” does not belong to one of these families as it comes from the duplication / evolution of an ancestor gene related to immunity, i.e., the interferon related factor 9, irf9. sdY is the master sex determining gene in salmonids, a group of fishes that include species such as rainbow trout and Atlantic salmon. The present study was aimed to firstly characterize the features of SdY protein. Results indicate that SdY is predominantly localized in the cytoplasm tested in various fish and mammalian cell lines and confirmed by different methods. Predictive in silico analysis revealed that SdY is composed of a β-sandwich core surrounded by three α-helices as well specific characteristics conferring a putative protein-protein interaction site. Secondly, the study was aimed to understand how SdY could trigger testicular differentiation. SdY is a truncated divergent version of Irf9 that has a conserved protein-protein domain but lost the DNA interaction domain of its ancestor gene. It was then hypothesized that SdY could initiate testicular differentiation by protein-protein interactions. To evaluate this we first conducted a yeast-two-hybrid screen that revealed a high proportion of transcription factors including fox proteins. Using various biochemical and cellular methods we confirm an interaction between SdY and Foxl2, a major transcription factor involved in ovarian differentiation and identity maintenance. Interestingly, the interaction of SdY with Foxl2 leads to nuclear translocation of SdY from the cytoplasm. Furthermore, this SdY translocation mechanism was found to be specific to fish Foxl2 and to a lesser extend Foxl3 and not other Fox proteins or mammalian FoxL2. In addition, we found that this interaction allows the stabilization of SdY and prevents its degradation. Finally, to better decipher SdY action we used as a model a mutated version of SdY that was identified in XY females of Chinook salmon natural population. Results show that this mutation induces a local conformation defect obviously leading to a misfolded protein and a quick degradation. Moreover, the mutated version compromised the interaction with Foxl2 defining a minimal threshold to induce testicular differentiation. Altogether results from my thesis propose that SdY would trigger testicular differentiation in salmonids by preventing Foxl2 to promote ovarian differentiation. Further research should be now carried out on how this interaction of SdY and Foxl2 acts in-vivo.
N2  - Le développement du sexe est un processus fondamental et versatile qui forme la morphologie, la physiologie et le comportement des animaux. Le processus de développement sous-jacent est composé de la détermination et de la différentiation du sexe. Les mécanismes de détermination du sexe sont extrêment labile parmi les taxons. Les signaux initiaux du processus de détermination du sexe sont souvent génétiques et nommés gènes de détermination du sexe. Ces gènes sont exprimés dans la gonade bipotente et font pencher l’équilibre vers un programme de développement permettant la formation soit d’un testicule soit d’un ovaire. Les poissons représentent un large et fascinant groupe de vertébrés pour étudier les processus de détermination et de différentiation du sexe. A l’heure actuelle, parmi les gènes de détermination connus, trois familles de gènes nommément sox, dmrt and les facteurs TGF-β gouvernent ce processus de développement. Comme exception à cette règle, sdY  « sexually dimorphic on the Y » n’appartient à aucune de ces familles puisqu’il provient d’une duplication/évolution d’un gène ancestral de l’immunité, c’est-à-dire d’un facteur lié à l’interféron, irf9. sdY est le gène maître de la détermination du sexe chez les salmonidés, un groupe de poissons incluant des espèces tel que la truite arc-en-ciel et le saumon Altantique. L’étude présentée avait pour but de premièrement caractériser les propriétés de la protéine SdY. Les résultats indiquent que SdY est localisée de façon prédominante dans le cytoplasme testés dans diverses cellules de poissons et de mammifères et confirmé par des différentes méthodes. Une analyse in silico prédictive a révélé que SdY est composé d’un core β-sandwich entouré par trois hélices-α ainsi que des caractéristiques lui conférant un site d’interaction protéine-protéine. Deuxièment, l’étude avait pour but de comprendre comment SdY pouvait entraîner  la différentiation testiculaire. SdY est une version tronquée divergente de Irf9 qui a conservé le domaine protéine-protéine mais a perdu le domaine d’interaction à l’ADN présent dans le gène ancestral. Il a été proposé que SdY entraîne la différentiation testiculaire par interaction(s) protéine-protéine. Afin d’évaluer cette hypothèse, un crible double-hybride en système levure a révélé une forte proportion de facteurs de transcription incluant les protéines fox. En utilisant de nombreuses méthodes au niveau cellulaire et biochimique, nous avons confirmé une interaction entre SdY et Foxl2, un facteur majeur impliqué dans la différentiation ovarienne et gardien de son identité. De façon intéressante, l’interaction de SdY avec Foxl2 conduit à une translocation nucléaire de SdY à partir du cytoplasme. De plus, le mécanisme de translocation de SdY est spécifique à la protéine Foxl2 et dans une moindre mesure à Foxl3 parmi les protéines Fox de poissons ou bien des protéines FoxL2 de mammifères. Puis, nous avons montré que cette interaction permet la stabilisation de SdY et empêche sa dégradation. Enfin, pour mieux décrypter l’action de SdY, nous avons utilisé comme modèle une version mutée qui a été identifiée dans une population naturelle de saumon Chinook avec des individus XY femelles. Les résultats montrent que la mutation induit un défaut de conformation local menant à une protéine mal-repliée et à sa dégradation. De plus, la version mutée compromet l’interaction avec Foxl2 définissant un seuil minimal d’induction de la différentiation testiculaire.  Les résultats de ma thèse pris dans leur ensemble proposent  que SdY pourrait entraîner la différentiation testiculaire chez les salmonidés en empêchant Foxl2 d’induire la différentiation ovarienne. Les recherches doivent se poursuivre dans le but de comprendre comment l’interaction SdY avec Foxl2 fonctionne in vivo.
N2  - Sexuelle Entwicklung ist ein grundlegender und vielfältiger Prozess, der die Morphologie, Physiologie und das Verhalten von Tieren gestaltet. Der zugrundeliegende Entwicklungsprozess besteht aus der Geschlechtsbestimmung und der Geschlechtsdifferenzierung. Die Mechanismen der Geschlechtsbestimmung sind sehr instabil zwischen verschiedenen Arten. Die Auslöser des Prozesses der Geschlechtsbestimmung sind oft genetischen Ursprungs wie geschlechtsbestimmende Gene. Diese Gene werden in den bipotentialen Gonaden exprimiert und steuern die Balance eines entwicklungsgemäßen Programms, das die Differenzierung zum Testis oder Ovar erlaubt. Fische repräsentieren eine umfangreiche und faszinierende Gruppe von Vertebraten, um die Mechanismen der Geschlechtsbestimmung und –differenzierung zu untersuchen. Bislang ist bekannt, dass –unter den bekannten geschlechtsbestimmenden Genen- die drei Gen-Familien sox, dmrt und die TGFß-Faktoren dieses Entwicklungsprogramm steuern. Als Ausnahme von dieser Regel ist sdY „sexually dimorphic on the Y“ keiner dieser Familien zugehörig da es von der Duplikation / Evolution eines Vorgänger-Gens, das mit Immunität wie z.B. interferon related factor9, irf9, in Verbindung steht, herrührt. sdY ist das Mastergen der Geschlechtsbestimmung in Salmoniden, die als Gruppe von Fischen Arten wie die Regenbogenforelle und den Atlantischen Lachs umfassen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es zunächst die Eigenschaften des SdY Proteins zu charakterisieren. Die Ergebnisse zeigen, dass SdY vor allem im Zytoplasma lokalisiert ist. Dies wurde in verschiedenen Fischen und Säugetier Zelllinien untersucht und mit Hilfe verschiedener Methoden bestätigt. Prädiktive in silico Analysen zeigten, dass SdY aus einem ß-sandwich Kern besteht, der von drei α-Helices umgeben ist sowie spezifischen Eigenschaften für eine putative Protein-Protein Interaktion Stelle. Das zweite Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu verstehen, wie SdY die testikuläre Differenzierung auslösen könnte. SdY ist eine verkürzte, divergente Version von Irf9, das eine konservierte Protein-Protein Domäne aufweist, jedoch seine DNA Interaktion Domäne a seines Vorläufer Gens verloren hat. Daher wurde angenommen, dass SdY die testikuläre Differenzierung durch Protein-Protein Interaktion initiieren könnte. Um diese Hypothese zu bestätigen führten wir zuerst einen Yeast Two-Hybrid Screen durch, der einen hohen Anteil an Transkriptionsfaktoren darunter fox Proteine zeigte. Unter Einsatz verschiedener biochemischer und zellulärer Methoden bestätigten wir eine Interaktion zwischen SdY und Foxl2, einem wesentlichen Transkriptionsfaktor, der in die Differenzierung und die Erhaltung der Identität der Ovarien involviert ist. Interessanterweise führt die Interaktion von SdY mit Foxl2 zu einer nukleären Translokation von SdY aus dem Zytoplasma. Außerdem wurde festgestellt, dass dieser SdY Translokations-Mechanismus für das Fisch Foxl2 und in einem geringerem Maße für Foxl3 spezifisch ist aber nicht für andere Fox Proteine oder Säuger FoxL2. Des Weiteren haben wir herausgefunden, dass diese Interaktion die Stabilisierung von SdY ermöglicht und sein Abbau verhindert. Zuletzt haben wir ein Modell einer mutierten Version von SdY benutzt, die in XY Weibchen der natürlichen Population der Königslachse identifiziert wurde, um die Wirkung von SdY besser zu entschlüsseln. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Mutation einen lokalen Konformationsdefekt verursacht, der zu fehlgefalteten Proteinen und einem raschen Abbau führt. Darüber hinaus beeinträchtigt die mutierte Version die Interaktion mit FoxL2 und definiert einen minimalen Grenzwert, um die testikuläre Differenzierung zu induzieren. Insgesamt deuten die Ergebnisse meiner Dissertation darauf hin, dass SdY die testikuläre Differenzierung in Salmoniden auslöst, indem es verhindert, dass Foxl2 die Differenzierung der Ovarien fördert. In Zukunft soll erforscht werden, wie sich die Interaktion von SdY und Foxl2 in-vivo auswirkt.
KW  - Fish Sex determination
KW  - gonad development
KW  - SdY
KW  - salmonids
KW  - Lachsartige <Familie>
KW  - Geschlechtsdifferenzierung
KW  - Molekulargenetik
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-139130
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lorenzin, Francesca
T1  - Regulation of transcription by MYC - DNA binding and target genes
T1  - Transkriptionelle Regulation durch MYC - DNA-Bindung und Zielgene
N2  - MYC is a transcription factor, whose expression is elevated or deregulated in many human cancers (up to 70%) and is often associated with aggressive and poorly differentiated tumors. Although MYC is extensively studied, discrepancies have emerged about how this transcription factor works. In primary lymphocytes, MYC promotes transcriptional amplification of virtually all genes with an open promoter, whereas in tumor cells MYC regulates specific sets of genes that have significant prognostic value. Furthermore, the set of target genes that distinguish MYC’s physiological function from the pathological/oncogenic one, whether it exists or not, has not been fully understood yet.
In this study, it could be shown that MYC protein levels within a cell and promoter affinity (determined by E-box presence or interaction with other proteins) of target genes toward MYC are important factors that influence MYC activity. At low levels, MYC can amplify a certain transcriptional program, which includes high affinity binding sites, whereas at high levels MYC leads to the specific up- and down regulation of genes with low affinity. Moreover, the promoter affinity characterizes different sets of target genes which can be distinguished in the physiological or oncogenic MYC signatures. 
MYC-mediated repression requires higher MYC levels than activation and formation of a complex with MIZ1 is necessary for inhibiting expression of a subset of MYC target genes.
N2  - MYC ist ein Transkriptionsfaktor, dessen Expression in vielen humanen Tumoren (bis zu 70 %) erhöht oder dereguliert ist. Die Tumore, in denen viel MYC hergestellt wird, zeichnen sich durch einen geringen Differenzierungsgrad aus und verhalten sich sehr aggressiv. Obwohl das biologische Verhalten des MYC Proteins intensiv untersucht wurde, sind unterschiedliche Modelle, wie dieser Transkriptionsfaktor funktioniert, entwickelt worden. In primären Lymphozyten verstärkt MYC die Expression fast aller Gene mit offener Chromatinstruktur, während MYC in Tumorzellen spezifische Gengruppten reguliert, deren Expression mit der Prognose von Patienten korreliert. Es ist also unklar, ob sich die Zielgene der physiologischen Funktion von Myc von den oncogenen/pathophysiologischen Zielgenen unterscheidet und um welche Gene es sich bei letzteren handelt. 
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Expressionsniveau  von MYC und unterschiedliche Promotoraffinitäten zu MYC (charakterisiert durch den Ebox-Gehalt und Interaktionen zu anderen Proteinen) wichtig für die Aktivität des MYC Proteins sind. So kann Myc bei niedrigen Konzentrationen ein bestimmtes transkriptionelles Programm amplifizieren, das sich aus hochaffinen Promotoren zusammensetzt. Bei hohen Konzentrationen hingegen führt MYC zur transkriptionellen Aktivierung und Repression bestimmter Zielgengruppen, die sich durch niedrige Affinität zu MYC auszeichnen. Somit ist die Promotoraffinität ein Parameter, der physiologische von oncogenen MYC Signaturen trennen kann. Darüberhinaus konnte gezeigt werden, dass MYC-vermittelte Repression höhere MYC Mengen benötigt, als MYC-vermittelte Transaktivierung und die Komplexbildung mit MIZ1 für die Repression einer Gruppe an MYC Zielgenen nötig ist.
KW  - MYC
KW  - Transcription
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150766
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kutscher, Marika
T1  - Novel Approaches to Antimicrobial Therapy of Pneumonia using Antibiotics and Therapeutic Antibodies
T1  - Neue Ansätze zur antimikrobiellen Behandlung von Pneumonien mittels Antibiotika und therapeutischen Antikörpern
N2  - Nosocomial pneumonia is mostly caused by methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). However, the standard antibiotic therapy is affected by increasing emergence of bacterial resistance. Therefore, novel therapeutic options are in high demand. New antimicrobial agents alone cannot handle the problem of increasing bacterial resistance but innovative drug delivery strategies and fast identification of infection causing pathogens are required to diminish bacterial resistance development. A very promising approach to improve the therapy of pneumonia is presented by local drug delivery to the lung. This application method enables high local drug concentrations in the lung leading to shorter application of antibiotics and hence reduces the risk of resistance development. Furthermore, the systemic concentration is lowered reducing the emergence of adverse effects.
Therefore, in this thesis several approaches to improve the therapy of MRSA pneumonia are studied.
One approach to achieve an efficient local delivery of antibiotics are nano-sized drug delivery systems which enable the nebulization of poorly-soluble antibiotics and can lead to even higher local drug concentrations due to their small size since nanoparticles improve mucus penetration and decrease phagocytosis by alveolar macrophages. Here, an analytical setup was developed that facilitates the identification of optimal preparation conditions for drug polyelectrolyte nanoplexes.
Another promising approach to support antimicrobial therapy of pneumonia is presented by antibody-based immunotherapy. Since the stability of the antibody and hence its therapeutic activity are endangered during production, transport, storage, and application, a stabilizing formulation was developed for hUK-66, an antibody targeting surface antigens of S. aureus. Furthermore, nebulization of this formulated monoclonal antibody was studied to enable local application. Finally, the immunotherapeutic efficacy of the nebulized hUK-66 formulation was investigated in an animal in vivo study.
Furthermore, rapid identification of the infection triggering pathogen is very important. The selective detection of S. aureus was achieved using optical planar Bragg grating sensors functionalized with hUK-66. In addition, the reusability of this system was studied applying a surface functionalization based on the cross-linker SPDP which enables a reversible fixation of the antibody.
N2  - Die Behandlung von Infektionen, die durch Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA)-Bakterien hervorgerufen wurden, stellt weltweit noch immer eine schwierige Herausforderung dar. Besonders durch MRSA ausgelöste nosokomiale Pneumonien stehen in direktem Zusammenhang mit erhöhter Morbidität und Mortalität sowie einer Verlängerung des Krankenhausaufenthaltes und der Beatmungsdauer. In Kapitel I dieser Dissertation werden die aktuellen Behandlungsempfehlungen für MRSA-Pneumonien und deren Nachteile diskutiert. Dabei wird in diesem Review aufgezeigt, dass aufgrund der drohenden Gefahr von schweren Nebenwirkungen und des Problems der steigenden Antibiotikakonzentrationen, die zur Bekämpfung von multiresistenten Krankheitserregern nötig sind, die alleinige systemische Anwendung von Antibiotika für eine Therapie der MRSA-Pneumonie mitunter nicht mehr ausreicht. Angesichts des vermehrten Auftretens von Resistenzen gegen die gängigen Antibiotika ist der Bedarf an neuen antimikrobiellen Mitteln sowie innovativen Strategien zur Wirkstoffapplikation hoch. Da die Entwicklung neuer Antibiotika in den letzten Jahrzehnten deutlich nachlässt, stellen Antikörper-basierte immuntherapeutische Ansätze eine vielversprechende Alternative dar. Darüber hinaus soll eine lokale Wirkstoffverabreichung in die Lunge die Pneumonie-Behandlung infolge erhöhter Wirkstoffkonzentration am Ort der Infektion und gleichzeitiger geringer systemischer Wirkstoffbelastung begünstigen, was das Risiko einer Resistenzentwicklung verringern kann. Verneblung ist hierbei ein direkter und einfacher Weg, Wirkstoffe bei intubierten Patienten an ihren Wirkort zu bringen und ist für die pulmonale Verabreichung von Antibiotika sowie Antikörpern gut erforscht. Zwar wurden weitere Fortschritte in der Weiterentwicklung der Gerätetechnologie und Wirkstoff-verabreichung für die Verneblung von Antibiotika und Antikörpern gemacht, diese wurden aber bisher kaum in der Behandlung von MRSA-Pneumonien umgesetzt. Deshalb konzentriert sich das erste Kapitel auf eine Übersicht über die Fortschritte in der lokalen Wirkstoffapplikation, welche potentiell auf die Behandlung von MRSA-Pneumonie mittels Antikörpern und Antibiotika übertragbar wären.
Kapitel II beschäftigt sich mit „Drug Delivery“-Systemen für Antibiotika in Nanometergröße, welche eine Umgehung des Löslichkeitsproblems von schwer wasserlöslichen Wirkstoffen ermöglichen. Außerdem kann eine durch Nanopartikel verbesserte Mucuspenetration die Wirkstoffkonzentrationen am Wirkort erhöhen, was als Möglichkeit angesehen wird, das Auftreten von Antibiotikaresistenz zu vermindern. Nanopartikel-Komplexe (Nanoplexe), welche durch Selbst-Zusammenlagerung eines Wirkstoffs und eines entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyts hergestellt werden, erlauben eine noch höhere Wirkstoffbeladung als herkömmliche Nanopartikel. In diesem Kapitel wurde unter Verwendung von Ciprofloxacin (CIP) und Dextransulfat (DS) als Modellkomponenten ein analytisches Setup evaluiert, das geeignet sein soll, optimale Herstellungsbedingungen für die Bildung von Nanoplexen zu identifizieren. Hierbei wurde die Eignung von Isothermaler Titrationskalorimetrie (ITC) zusammen mit anderen analytischen Methoden als Selektions-Hilfsmittel für eine rationale Formulierungsoptimierung bewertet, indem der Einfluss von unterschiedlichen Salzen und verschiedenen ionischen Stärken auf die CIP/DS-Nanoplexbildung untersucht wurde. Die Anwesenheit von Salz führte hierbei zu kleineren und zahlreicheren Partikeln mit größerer Einheitlichkeit, hatte aber keinen Einfluss auf die Freisetzung von CIP aus den Nanoplexen. Bedeutsam ist auch, dass die Bindungsaffinität mit Partikelform und Morphologie korrelierte, was möglicherweise eine Optimierung entscheidender Qualitätseigenschaften basierend auf ITC-Daten ermöglicht. Insgesamt erwies sich ITC zusammen mit den ergänzenden Methoden als nützliches Instrument für die Evaluierung von Bedingungen für Mischungsverhältnis, Art des Salzes und ionische Stärke für die Bildung von Nanoplexen.
In Kapitel III wird der Rahmen der Behandlungsmöglichkeiten für MRSA-Infektionen auf Antikörper-basierte Immuntherapien erweitert. Einen vielversprechenden Ansatz, die Abtötung der Bakterien zu fördern, stellt der zielgerichtete Angriff auf Komponenten der Bakterienoberfläche mit immunogenen Eigenschaften durch den humanisierten monoklonalen Antikörper hUK-66 dar. Allerdings werden therapeutische Proteine während ihrer Herstellung und bis zum Ende ihrer Aufbrauchsfrist mit einer Vielzahl von externen Einflüssen konfrontiert, die ihre Konformation und somit Stabilität beeinträchtigen können. Um eine wirksame Wirkstoffverabreichung zu ermöglichen und ungewollte Reaktionen des Immunsystems aufgrund Aggregation des Proteinmoleküls zu vermeiden, erstrebt dieses Kapitel die Identifizierung einer Formulierung für hUK-66, welche dessen physikalische und chemische Proteinstabilität bewahrt. Mit Hilfe von Ergebnissen der Charakterisierung des Antikörpers wurde ein optimaler pH-Wert für die Formulierung in einer Stabilitätsstudie mit kurzer Laufzeit evaluiert. In direktem Anschluss wurden verschiedene Kombinationen von Hilfsstoffen und Darreichungsformen hinsichtlich ihrer Fähigkeit, die Antikörperstabilität zu bewahren, analysiert, indem unterschiedliche flüssige und gefriergetrocknete Formulierungen in einer Langzeitstabilitätsstudie bei verschiedenen Lagerungstemperaturen untersucht wurden. Eine Lyophilisierung von hUK-66 in Histidinpuffer, pH 6, zusammen mit den Stabilisatoren Saccharose und Polysorbat 20 konnte die Stabilität dieses Antikörpers während des gesamten Formulierungsprozesses und einer Langzeit-Einlagerung bei 2-8°C nachweislich bewahren. 
Um therapeutische Proteine über die Lunge zu applizieren, ist es nötig, ein inhalierbares Aerosol zu erzeugen. Da sich jedoch während des Verneblungsprozesses die Luft-Flüssigkeitsgrenzfläche erheblich vergrößert, werden die Biomoleküle einem Grenzflächen-stress ausgesetzt. Deshalb werden in Kapitel IV die zuvor entwickelten hUK 66-Formulierungen hinsichtlich ihrer Eignung untersucht, den Antikörper während der Verneblung durch einen Düsenvernebler zu stabilisieren. Da zum Vernebeln eine sehr große Probenmenge benötigt wird, wurde zuerst ein In-vitro-Ersatzverfahren entwickelt, welches den Verneblungsstress simuliert, um den Wirkstoffverbrauch zu reduzieren. Die hUK-66-Formulierung mit Saccharose und Polysorbat 20 bewies, dass sie die Stabilität dieses Proteins sowohl im Vorversuch als auch bei der eigentlichen Verneblung bewahren konnte. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass eine Verneblung keinen nachteiligen Effekt auf die chemische Stabilität des Antikörpers ausgeübt hat. Zuletzt konnte die immuntherapeutische Wirksamkeit der vernebelten hUK-66-Formulierung bewiesen werden, da die Überlebensrate von Mäusen, die intranasal mit S. aureus infiziert worden waren, durch Inhalation der Antikörper-formulierung verlängert werden konnte. Für diese In-vivo-Studie wurde ein spezieller Aufbau erfolgreich entwickelt, der die Applikation des Aerosols an wache und normal atmende Mäuse ermöglicht. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Aufbaus war, dass die Mäuse dem Aerosol nur mit der Nase ausgesetzt waren, was die Nachteile einer Ganzkörperverneblung, wie Absorption über die Haut und Bedarf an großen Mengen an Aerosol, verringerte. Insgesamt gefährdeten die vielfache Verneblung und Rezirkulation der Proteinlösung innerhalb des Reservoirs die Konformation des formulierten Antikörpers unwesentlich. Somit konnte in dieser Arbeit die Stabilität von hUK-66 in einer optimierten Formulierung während einer Verneblung bewiesen sowie sein immuntherapeutisches Potential für eine effektive Behandlung von S. aureus Infektionen bei pulmonaler Verabreichung gezeigt werden.
Ein weiterer wichtiger Punkt für eine effektive und schnelle Behandlung von Pneumonien ist die umgehende Detektion und Identifikation derjenigen Krankheitserreger, welche die Infektion auslösen. Eine anschließende geeignete Wahl der Medikation ist entscheidend, um eine systemische Verbreitung und Fortdauer der Infektion genauso wie das Auftreten von Antibiotikaresistenzen zu vermeiden. Deshalb sind effiziente Detektionsmethoden für Pathogene im Bereich der klinischen Diagnostik sehr gefragt. In Kapitel V wurden Biosensoren als vielversprechende Alternative zur Verbesserung der Pathogendetektion untersucht, da sie eine sensitive, spezifische und schnelle Analyse diverser Proben erlauben. Durch Immobilisierung von hUK-66-Antikörpern auf der Oberfläche eines optischen planaren Bragg-Gitter-Sensors konnte eine selektive Detektion von S. aureus erreicht werden. Um weiterhin die Wiederverwendbarkeit der Sensoren zu verbessern sowie Installationszeit, Kosten und Vorbereitungsaufwand zu reduzieren, wurde eine Sensoroberflächen-funktionalisierung dahingehend evaluiert, ob sie eine wiederholte Verwendung des Sensors für die Antikörper-basierte Detektion von lebenden Bakterien ermöglicht. Die Anbindung von hUK-66, einem Fänger-Antikörper spezifisch für S. aureus, auf der Sensoroberfläche mit Hilfe eines spaltbaren Linkers sowie die anschließende spezifische Bindung von S. aureus konnten in Echtzeit nachverfolgt werden, was die Anwendbarkeit von optischen Sensoren für eine spezifische und schnelle Detektion von großen biologischen Strukturen hervorhebt. Die Wiederverwendbarkeit der mit Bakterien gesättigten Sensoren konnte erfolgreich durch eine Abspaltung des Antikörpers zusammen mit den angebundenen Bakterien mittels Reduktion der Disulfidbindungen und anschließender Refunktionalisierung mit aktiviertem Antikörper gezeigt werden und führte zu einer vergleichbaren Sensitivität gegenüber S. aureus.
KW  - Lungenentzündung
KW  - Monoklonaler Antikörper
KW  - MRSA
KW  - protein nebulization
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-138475
SN  - 978-3-8439-2784-0
PB  - Verlag Dr. Hut
CY  - München
ET  - 1. Aufl.
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A1  - Maurus, Katja
T1  - Melanoma Maintenance by the AP1 Transcription Factor FOSL1
T1  - Der Einfluss des Transkriptionsfaktors FOSL1 auf protumorigene Effekte im Melanom
N2  - Identifying novel driver genes in cancer remains a crucial step towards development of new therapeutic approaches and the basic understanding of the disease.
This work describes the impact of the AP1 transcription activator component FOSL1 on melanoma maintenance. FOSL1 is strongly upregulated during the progression of melanoma and the protein abundance is highest in metastases. I found that the regulation of FOSL1 is strongly dependent on ERK1/2- and PI3K- signaling, two pathways frequently activated in melanoma. Moreover, the involvement of p53 in FOSL1 regulation in melanoma was investigated. Elevated levels of the tumor suppressor led to decreased FOSL1 protein levels in a miR34a/miR34c- dependent manner. 
The benefit of elevated FOSL1 amounts in human melanoma cell lines was analyzed by overexpression of FOSL1 in cell lines with low endogenous FOSL1 levels. Enhanced levels of FOSL1 had several pro-tumorigenic effects in human melanoma cell lines. Besides increased proliferation and migration rates, FOSL1 overexpression induced the colony forming ability of the cells. Additionally, FOSL1 was necessary for anchorage independent growth in 3D cell cultures. Microarray analyses revealed novel downstream effectors of FOSL1. On the one hand, FOSL1 was able to induce the transcription of different neuron-related genes, such as NEFL, NRP1 and TUBB3. On the other hand, FOSL1 influenced the transcription of DCT, a melanocyte specific gene, in dependence of the differentiation of the melanoma cell line, indicating dedifferentiation. 
Furthermore, FOSL1 induced the transcription of HMGA1, a chromatin remodeling protein with reprogramming ability, which is characteristic for stem cells. Consequently, the influence of HMGA1 on melanoma maintenance was investigated. In addition to decreased proliferation and reduced anoikis resistance, HMGA1 knockdown reduced melanoma cell survival. Interestingly, the FOSL1 induced pro-tumorigenic effects were demonstrated to be dependent on the HMGA1 level. HMGA1 manipulation reversed FOSL1 induced proliferation and colony forming ability, as well as the anchorage independent growth effect.
In conclusion, I could show that additional FOSL1 confers a clear growth benefit to melanoma cells. This benefit is attributed to the induction of stem cell determinants, but can be blocked by the inhibition of the ERK1/2 or PI3K signaling pathways.
N2  - Die Identifizierung von neuen onkogenen Mutationen in Tumoren ist nach wie vor ein unerlässlicher Schritt für die Entwicklung neuer Therapieansätze und für das grundlegende Verständnis der Tumorerkrankungen.
Die vorliegende Arbeit beschreibt den Einfluss der AP1-Transkriptionskomplexkomponente FOSL1 auf die Tumorigenität des humanen Melanoms. FOSL1 wird im Verlauf der Melanomentwicklung stark hochreguliert und ist in Metastasen am stärksten exprimiert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass FOSL1 Expression stark von ERK1/2- und PI3K- vermittelten Signalen abhängig ist, welche im Melanom sehr häufig übermäßig aktiviert sind. Auch p53 ist an der Regulierung von FOSL1 im Melanom beteiligt. Durch eine Erhöhung der Proteinmenge dieses Tumorsuppressors konnte ich die Verminderung des FOSL1-Levels beobachten und konnte weiterhin zeigen, dass dieser Regulation ein  miR34a/c- vermittelter Mechanismus unterliegt.  
Weiterhin untersuchte ich den Vorteil einer erhöhten FOSL1- Menge in menschlichen Melanomzellen, indem FOSL1 in Zellen mit niedrigem endogenen FOSL1- Gehalt konstitutiv überexprimiert wurde. Erhöhte FOSL1- Mengen hatten unterschiedliche protumorigene Effekte auf humane Melanomzellen. Neben deutlich gesteigerter Proliferation und Migration konnte ich auch die FOSL1- induzierte Koloniebildung der Zellen demonstrieren. Ergänzend konnte gezeigt werden, dass FOSL1- Expression für Anoikisresistenz von Zellen notwendig ist. 
Des Weiteren konnte mit Hilfe einer Microarrayanalyse neue FOSL1- regulierte Effektoren identifiziert werden. Zunächst konnte demonstriert werden, dass FOSL1 zahlreiche neuronale Gene in ihrer Expression beeinflusst. Im Speziellen wurde NEFL, NRP1 und TUBB3 validiert. Zusätzlich nahm FOSL1 Einfluss auf die Expression von DCT, einem melanozytenspezifisch exprimierten Gen. Die Regulierung von DCT durch FOSL1 war abhängig vom Differenzierungsgrad der untersuchten Melanomzelllinien und wies, zusammen mit der Induktion von neuronal-assoziierten Genen, auf Dedifferenzierungsvorgänge hin. 
Neben den neuronalen Genen wurde auch die Expression von HMGA1, einem Chromatin-Remodeling-Faktor mit Reprogrammierungseigenschaften, durch FOSL1 induziert, was unter anderem charakteristisch für Stammzelligkeit ist. Infolge dieser Beobachtungen wurde der Einfluss von HMGA1 auf das humane Melanom untersucht. Die Herabregulierung von HMGA1 hatte unterschiedliche antitumorigene Effekte auf Melanomzellen. Zusätzlich zu stark verminderter Proliferation und Anoikisresistenz zeigten die Melanomzellen auch reduzierte Überlebensraten. Interessanterweise waren die FOSL1- induzierten, protumorigenen Effekte stark abhängig vom HMGA1- Gehalt der Zellen. Die Manipulation der HMGA1- Level machte die FOSL1- induzierte Proliferation, die Fähigkeit zur Koloniebildung und die Anoikisresistenz rückgängig. 
Zusammenfassend konnte ich darstellen, dass zusätzliches FOSL1 einer Melanomzelle einen klaren Wachstumsvorteil verschafft. Dieser Vorteil ist der Induktion von Stammzelldeterminanten zu verdanken und kann durch die spezifische Inhibierung von ERK1/2- und PI3K- Signalkaskaden verhindert werden.
KW  - Melanom
KW  - FOSL1
KW  - Melanoma Maintenance
KW  - Transkriptionsfaktor
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142995
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A1  - Kessel, Maximilian
T1  - HgTe shells on CdTe nanowires: A low-dimensional topological insulator from crystal growth to quantum transport
T1  - HgTe ummantelte CdTe Nanodrähte: Ein nieder-dimensionaler Topologischer Isolator vom Kristallwachstum zum Quantentransport
N2  - A novel growth method has been developed, allowing for the growth of strained HgTe shells on CdTe nanowires (NWs). The growth of CdTe-HgTe core-shell NWs required high attention in controlling basic parameters like substrate temperature and the intensity of supplied material fluxes. The difficulties in finding optimized growth conditions have been successfully overcome in this work.

We found the lateral redistribution of liquid growth seeds with a ZnTe growth start to be crucial to trigger vertical CdTe NW growth. Single crystalline zinc blende CdTe NWs grew, oriented along [111]B. The substrate temperature was the most critical parameter to achieve straight and long wires. In order to adjust it, the growth was monitored by reflection high-energy electron diffraction, which was used for fine tuning of the temperature over time in each growth run individually. For optimized growth conditions, a periodic diffraction pattern allowed for the detailed analysis of atomic arrangement on the surfaces and in the bulk. The ability to do so reflected the high crystal quality and ensemble uniformity of our CdTe NWs. The NW sides were formed by twelve stable, low-index crystalline facets. We observed two types stepped and polar sides, separated by in total six flat and non-polar facets.

The high crystalline quality of the cores allowed to grow epitaxial HgTe shells around. We reported on two different heterostructure geometries. In the first one, the CdTe NWs exhibit a closed HgTe shell, while for the second one, the CdTe NWs are overgrown mainly on one side. Scanning electron microscopy and scanning transmission electron microscopy confirmed, that many of the core-shell NWs are single crystalline zinc blende and have a high uniformity. The symmetry of the zinc blende unit cell was reduced by residual lattice strain. We used high-resolution X-ray diffraction to reveal the strain level caused by the small lattice mismatch in the heterostructures. Shear strain has been induced by the stepped hetero-interface, thereby stretching the lattice of the HgTe shell by 0.06 % along a direction oriented with an angle of 35 ° to the interface.

The different heterostructures obtained, were the base for further investigation of quasi-one-dimensional crystallites of HgTe. We therefore developed methods to reliably manipulate, align, localize and contact individual NWs, in order to characterize the charge transport in our samples. Bare CdTe cores were insulating, while the HgTe shells were conducting. At low temperature we found the mean free path of charge carriers to be smaller, but the phase coherence length to be larger than the sample size of several hundred nanometers. We observed universal conductance fluctuations and therefore drew the conclusion, that the trajectories of charge carriers are defined by elastic backscattering at randomly distributed scattering sites. When contacted with superconducting leads, we saw induced superconductivity, multiple Andreev reflections and the associated excess current. Thus, we achieved HgTe/superconductor interfaces with high interfacial transparency.

In addition, we reported on the appearance of peaks in differential resistance at Delta/e for HgTe-NW/superconductor and 2*Delta/e for superconductor/HgTe-NW/superconductor junctions, which is possibly related to unconventional pairing at the HgTe/superconductor interface. We noticed that the great advantage of our self-organized growth is the possibility to employ the metallic droplet, formerly seeding the NW growth, as a superconducting contact. The insulating wire cores with a metallic droplet at the tip have been overgrown with HgTe in a fully in-situ process. A very high interface quality was achieved in this case.
N2  - Topologische Isolatoren (TI) sind ein faszinierendes Forschungsfeld der Festkörperphysik. Im Inneren sind diese Materialien isolierend, am Rand zeigen sich jedoch topologisch geschützte, leitfähige Oberflächen-Zustände. Ihre lineare Energiedispersion und die Kopplung des Elektronenspins an die Bewegungsrichtung ermöglichen die Untersuchung von Teilchen, die sich als Dirac-Fermionen beschreiben lassen.

Für Nanodrähte, als Vertreter mesoskopischer Strukturen, spielen die Eigenschaften der Oberfläche eine größere Rolle, als für Strukturen mit makroskopischem Volumen. Ihr geringer Umfang beschränkt durch zusätzliche periodische Randbedingungen die erlaubten elektronischen Zustände. Durch ein externes Magnetfeld lassen sich TI-Nanodrähte vom trivialen in den helikalen Zustand überführen. Bringt man einen solchen Draht in direkten Kontakt mit einem Supraleiter, so werden Quasiteilchen vorhergesagt, die sich wie Majorana-Fermionen verhalten sollen.

Zur Untersuchung dieser Phänomene sind zunächst entscheidende technologische Hürden zu überwinden. Verschiedene TI sind derzeit bekannt. HgTe ist einer von ihnen und zeichnet sich bei tiefen Temperaturen durch eine hohe Beweglichkeit der Oberflächen-Elektronen und gleichzeitig einer geringen Leitfähigkeit im Volumen aus. Die bisherigen Untersuchungen in diesem Materialsystem beschränken sich auf zwei- und dreidimensionale Strukturen.

In dieser Arbeit wurde ein Verfahren zur Herstellung von quasi eindimensionalen TI-Nanodrähten entwickelt. Mittels vapor-liquid-solid Methode gewachsene CdTe Nanokristallite werden epitaktisch mit HgTe umwachsen. Die hergestellten Heterostrukturen werden mit Beugungsexperimenten charakterisiert, um den Einfluss der Wachstumsparameter wie Temperatur und Teilchenstrom auf die Qualität der Proben zu bestimmen und diese zu verbessern. In dieser Arbeit wird zum ersten mal eine Rekonstruktion der Oberflächenatome von Nanodrähten beschrieben. Für den Rückschluss auf die atomare Konfiguration mittels Elektronenbeugung müssen die einzelnen Kristallite eine hohe Selbstähnlichkeit aufweisen. Wie Bilder in atomarer Auflösung und hochaufgelöste Röntgenbeugung zeigen, werden einkristalline und verspannte CdTe-HgTe Strukturen erzeugt. Diese sollten die typischen TI Eigenschaften haben. Zur weiteren Untersuchung wurden Verfahren für die Manipulation und exakte Ausrichtung der Nanodrähte, sowie für die Kontaktierung mit verschiedenen Metallen entwickelt. Die blanken CdTe Nanodraht-Kerne selbst sind wie erwartet isolierend, mit HgTe umwachsene Proben jedoch leiten einen elektrischen Strom.

Die aktuelle Forschung beschäftigt sich nun intensiv mit dem Transport von Ladungs-trägern durch diese Nanodrähte. Dazu wird die Leitfähigkeit der Proben unter anderem bei tiefen Temperaturen und in Abhängigkeit äußerer elektrostatischer und magnetischer Felder bestimmt. Es werden verschiedene Effekte beobachtet. Universelle Fluktuationen des gemessenen Widerstandes, als ein Beispiel, resultieren aus einer Veränderung der geometrischen Phase der Ladungsträger. Dieser Effekt deutet auf elastische Rückstreuung der Ladungsträger in den HgTe Nanodrähten hin. Die Beobachtung kohärenter Transportphänomene erlaubt den Rückschluss, dass inelastische Streuprozesse bei tiefen Temperaturen kaum eine Rolle spielen.

Für Drähte mit supraleitenden Kontakten können induzierte Supraleitung und multiple Andreev-Reflektionen beobachtet werden. Zusammen mit dem beschriebenen excess current ist dies ein klares Zeichen für einen guten elektrischen Kontakt zwischen TI und Supraleiter. Zusätzlich beobachten wir eine Signatur nahe der Kante der Energielücke des Supraleiters, die eventuell durch pairing an der Grenzfläche zu erklären ist. Für die Verbindung von Spin-Bahn-Kopplung des TI und der Cooper-Paare des konventionellen Supraleiters wird die Entstehung eines unkonventionellen Supraleiters vorhergesagt. Dies ist ein weiteres interessantes Feld der modernen Festkörperphysik und Gegenstand aktueller Forschung.

Besonders bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, dass der metallische Tropfen, welcher ursprünglich das Nanodraht-Wachstum katalysiert hat, bei tiefen Temperaturen supraleitend wird. Der in dieser Arbeit vorgestellte selbst-organisierte Wachstumsprozess resultiert in einer sauberen Grenzfläche zwischen TI und Supraleiter. Zur Untersuchung der Effekte an dieser Grenzfläche muss nicht zwingend in einem separaten Schritt ein supraleitender Kontakt aufgebracht werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden und Erkenntnisse sind die Grundlage für die Realisierung von Experimenten, die geeignet wären, die erwarteten Majorana-Zustände in TI-Nanodrähten nachzuweisen.
KW  - Quecksilbertellurid
KW  - Nanodraht
KW  - Halbleiter-Supraleiter-Kontakt
KW  - vapor-liquid-solid
KW  - RHEED
KW  - MBE
KW  - CdTe
KW  - HgTe
KW  - Cadmiumtellurid
KW  - Topologischer Isolator
KW  - Kern-Schale-Struktur
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-149069
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A1  - Dagvadorj, Nergui
T1  - Improvement of T-cell response against WT1-overexpressing leukemia by newly developed anti-hDEC205-WT1 antibody fusion proteins
T1  - Verbesserung der T-Zellantwort gegen WT1-überexprimierende Leukämie mit neu entwickelten anti-hDEC205-WT1-Antikörperfusionsproteinen
N2  - Wilms tumor protein 1 (WT1) is a suitable target to develop an immunotherapeutic approach against high risk acute myeloid leukemia (AML), particularly their relapse after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). As an intracellular protein traversing between nucleus and cytoplasm, recombinant expression of WT1 is difficult. Therefore, an induction of WT1-specific T-cell responses is mostly based on peptide vaccination as well as dendritic cell (DC) electroporation with mRNA encoding full-length protein to mount WT1-derived peptide variations presented to T cells. Alternatively, the WT1 peptide presentation could be broadened by forcing receptor-mediated endocytosis of DCs. 
In this study, antibody fusion proteins consisting of an antibody specific to the human DEC205 endocytic receptor and various fragments of WT1 (anti-hDEC205-WT1) were generated for a potential DC-targeted recombinant WT1 vaccine. Anti-hDEC205-WT1 antibody fusion proteins containing full-length or major parts of WT1 were not efficiently expressed and secreted due to their poor solubility and secretory capacity. However, small fragment-containing variants: anti-hDEC205-WT110-35, anti-hDEC205-WT191-138, anti-hDEC205-WT1223-273, and anti-hDEC205-WT1324-371 were obtained in good yields. 
Since three of these fusion proteins contain the most of the known immunogenic epitopes in their sequences, the anti-hDEC205-WT191-138, anti-hDEC205-WT1223-273, and anti-hDEC205-WT1324-371 were tested for their T-cell stimulatory capacities. Mature monocyte-derived DCs loaded with anti-hDEC205-WT191-138 could induce ex vivo T-cell responses in 12 of 16 blood samples collected from either healthy or HSC transplanted individuals compared to included controls (P < 0.01). Furthermore, these T cells could kill WT1-overexpressing THP-1 leukemia cells in vitro after expansion. 
In conclusion, alongside proving the difficulty in expression and purification of intracellular WT1 as a vaccine protein, our results from this work introduce an alternative therapeutic vaccine approach to improve an anti-leukemia immune response in the context of allogeneic HSCT and potentially beyond.
N2  - Für die Entwicklung eines immuntherapeutischen Ansatzes zur Behandlung von hoch Risikopatienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML) und insbesondere zur Vorbeugung von Rezidiven nach allogener Stammzelltransplantation (SZT) stellt das Wilms-Tumor-Protein 1 (WT1) ein geeignetes Angriffsziel dar. Die rekombinante Expression von WT1, welches als Transkriptionsfaktor vom Zytosol in den Zellkern transloziert, gestaltet sich äußerst schwierig. WT1-spezifische T-Zellantworten werden daher hauptsächlich mittels Peptidvakzinierung oder Transfektion dendritischer Zellen (DC) mit mRNA, welche das vollständige WT1-Protein kodiert, herbeigeführt. Letzterer Ansatz bietet den Vorteil, dass passierenden T-Zellen eine größere Vielfalt an WT1-Peptidvarianten präsentiert werden kann. Eine verbesserte Peptidpräsentation kann außerdem über eine Optimierung der Rezeptor-vermittelten Endozytose der DCs erzielt werden.
Ziel der folgenden Arbeit war es, ein rekombinantes DC-gerichtetes WT1-Vakzin zu entwickeln. Dazu wurden anti-hDEC205-WT1-Fusionsproteine,  bestehend aus einem Antikörper gegen den humanen DEC205-Endozytoserezeptor und verschiedenen WT1-Fragmenten, konstruiert. Während sich Fusionsproteine, die das vollständige WT1-Protein oder große Teile dessen beinhalteten, aufgrund ihrer schlechten Löslichkeit und schwachen Sekretion kaum exprimieren und aufreinigen ließen, lieferte die Produktion der Fusionsproteine mit kürzeren WT1-Fragmenten,  anti-hDEC205-WT110-35, anti-hDEC205-WT191-138, anti-hDEC205-WT1223-273 und anti-hDEC205-WT1324-371, sehr gute Ausbeuten. Da letztere drei Proteine die meisten bislang bekannten immunogenen WT1-Peptide in ihrer Sequenz enthalten, wurde anschließend ihre Fähigkeit zur T-Zellstimulation untersucht. Dabei konnte in 12 von 16 Blutproben, die entweder von gesunden Spendern oder SZT-Patienten stammten, gezeigt werden, dass mit anti-hDEC205-WT191-138 beladene, reife, aus Monozyten generierte DCs ex vivo signifikant stärkere T-Zellantworten auslösen als die jeweils mitgeführten Kontrollen (P < 0.01). 
Nach Expansion waren die so aktivierten WT1-spezifischen T-Zellen sogar in der Lage, die WT1-überexprimierende AML-Zelllinie THP-1 in vitro zu lysieren.
In der vorliegenden Arbeit konnten daher nicht nur die bereits bekannten Schwierigkeiten der WT1-Expression und Aufreinigung bestätigt werden, sondern darüber hinaus konnte eine alternative therapeutische Vakzinierungsmethode zur Optimierung der anti-leukämischen Immunantwort im Rahmen einer allogenen SZT entwickelt werden.
KW  - antileukemia vaccine
KW  - Wilms tumor protein 1
KW  - anti-hDEC205-WT1 antibody fusion protein
KW  - dendritic cell-targeting
KW  - Akute myeloische Leukämie
KW  - Immuntherapie
KW  - Molekularbiologie
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-149098
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A1  - Fella, Christian
T1  - High-Resolution X-ray Imaging based on a Liquid-Metal-Jet-Source with and without X-ray Optics
T1  - Hochauflösende Röntgenbildgebung auf Basis einer
Flüssigmetall-Anoden-Quelle mit und ohne Röntgenoptiken
N2  - With increasing miniaturization in industry and medical technology, non-destructive testing techniques are an area of everincreasing importance. In this framework, X-ray microscopy offers an efficient tool for the analysis, understanding and quality assurance of microscopic species, in particular as it allows reconstructing three-dimensional data sets of the whole sample’s volumevia computed tomography (CT).
The following thesis describes the conceptualization, design, construction and characterization of a compact laboratory-based X-ray microscope in the hard X-ray regime around 9 keV, corresponding to a wavelength of 0.134 nm. Hereby, the main focus is on the optimization of resolution and contrast at relatively short exposure times. For this, a novel liquid-metal-jet anode source is the basis. Such only recently commercially available X-ray source reaches a higher brightness than other conventional laboratory sources, i.e. the number of emitted photons (X-ray quanta) per area and solid angle is exceptionally high. This is important in order to reach low exposure times. The reason for such high brightness is the usage of the rapidly renewing anode out of liquid metal which enables an effective dissipation of heat, normally limiting the creation of high intensities on a small area.
In order to cover a broad range of different samples, the microscope can be operated in two
modes. In the “micro-CT mode”, small pixels are realized with a crystal-scintillator and an
optical microscope via shadow projection geometry. Therefore, the resolution is limited by the emitted wavelength of the scintillator, as well as the blurring of the screen. However, samples in the millimeter range can be scanned routinely with low exposure times. Additionally, this mode is optimized with respect to in-line phase contrast, where edges of an object are enhanced and thus better visible.
In the second “nano-CT mode”, a higher resolution can be reached via X-ray lenses. However,
their production process is due to the physical properties of the hard X-ray range - namely high absorption and low diffraction - extremely difficult, leading typically to low performances. In combination with a low brightness, this leads to long exposure times and high requirements in terms of stability, which is one of the key problems of laboratory-based X-ray microscopy. With the here-developed setup and the high brightness of its source, structures down to 150 nm are resolved at moderate exposure times (several minutes per image) and nano-CTs can be obtained.
N2  - Mit zunehmender Miniaturisierung in Industrie und Medizintechnik werden zerstörungsfreie
Prüfverfahren immer wichtiger. In diesem Umfeld bietet Röntgenmikroskopie ein effizientes Instrument zu Analyse, Verständnis und Qualitätssicherung mikroskopischer Proben, insbesondere da sie im Rahmen der Computer-Tomografie (CT) die Aufnahme dreidimensionaler Datensätze des gesamten Probenvolumens ermöglicht.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Konzeption, Design, Aufbau und Charakterisierung
eines kompakten Labor-Röntgenmikroskops im harten Röntgenbereich bei 9 keV, bzw. einer
Wellenlänge von 0.134 nm. Im Fokus liegt dabei die Optimierung von Auflösung und Kontrast
bei möglichst kurzen Belichtungszeiten. Hier für bildet die Basis eine neuartige Flüssig-Metall-
Anoden Röntgenquelle. Solche erst seit kurzem kommerziell verfügbare Quellen erreichen eine
höhere Brillianz als konventionelle Laborquellen, d.h. dass die Anzahl der emittierten Photonen
(Röntgenquanten) pro Fläche und Raumwinkel außergewöhnlich hoch ist. Dies ist ein entscheidender Faktor, um nötige Belichtungszeiten zu verringern. Der Grund für die hohe Brillianz ist die Verwendung einer sich sehr schnell erneuernden Anode aus flüssigem Metall. Diese ermöglicht die effektive Abfuhr von Wärme, welche normalerweise die Erzeugung von höheren Intensitäten auf kleinerer Fläche limitiert.
Um ein möglichst großes Spektrum an Proben abzubilden, kann das Mikroskop in zwei Modi
betrieben werden. Im ”Mikro-CT Modus“ werden kleine Pixel mit Hilfe eines Kristall-Leuchtschirms und einem Lichtmikroskop über das Schattenwurfprinzip erreicht, weswegen dessen Auflösung durch die Wellenlänge des emittierten Lichts und die Unschärfe des Schirms beschränkt ist. Dafür können Proben im Millimeterbereich bei geringen Belichtungszeiten standardmäßig aufgenommen werden. Zudem wurde dieser Modus auf inline Phasen-Kontrast optimiert, bei welchem die Kanten eines Objekts durch Interferenz überhöht dargestellt werden und somit besser sichtbar sind.
Im zweiten ”Nano-CT Modus“ kann eine erhöhte Auflösung mit Hilfe von Röntgenlinsen erreicht
werden. Deren Herstellung ist aber aufgrund der physikalische Eigenschaften im harten
Röntgenbereichs - nämlich starke Absorption und schwache Brechung - technisch extrem
schwierig und meist mit einer sehr geringe optischen “Leistung” verbunden. Dies führt in Kombination mit einer geringen Brillianz zu sehr langen Belichtungszeiten und hohen Anforderungen an die Stabilität, was ein Kernproblem der auf Laborquellen basierenden Röntgenmikroskope darstellt. Mit der hier entwickelten Anlage können durch die hohe Brillianz der verwendeten Quelle bei moderaten Belichtungszeiten (wenige Minuten pro Bild) Strukturen der Größe 150 nm voneinander getrennt, sowie Nano-CTs aufgenommen werden.
KW  - computed tomography
KW  - non-destructive testing
KW  - X-ray microscopy
KW  - computed tomography (CT)
KW  - liquid-metal-jet anode X-ray source
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-145938
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A1  - Münchow, Hannes
T1  - I feel, therefore I learn – Effectiveness of affect induction interventions and possible covariates on learning outcomes
T1  - I feel, therefore I learn – Effektivität von Affektinduktionsinterventionen und mögliche Kovariaten auf den Lernerfolg
N2  - Affective states in the context of learning and achievement can influence the learning process essentially. The impact of affective states can be both directly on the learning performance and indirectly mediated via, for example, motivational processes. Positive activating affect is often associated with increased memory skills as well as advantages in creative problem solving. Negative activating affect on the other hand is regarded to impair learning outcomes because of promoting task-irrelevant thinking. While these relationships were found to be relatively stable in correlation studies, causal relationships have been examined rarely so far. This dissertation aims to investigate the effects of positive and negative affective states in multimedia learning settings and to identify potential moderating factors. Therefore, three experimental empirical studies on university students were conducted. In Experiment 1, N = 57 university students were randomly allocated to either a positive or negative affect induction group. Affects were elicited using short film clips. After a 20-minute learning phase in a hypertext-based multimedia learning environment on “functional neuroanatomy” the learners’ knowledge as well as transfer performance were measured. It was assumed that inducing positive activating affect should enhance learning performance. Eliciting negative activating affect on the other hand should impair learning performance. However, it was found that the induction of negative activating affect prior to the learning phase resulted in slight deteriorations in knowledge. Contrary to the assumptions, inducing positive activating affect before the learning phase did not improve learning performance. Experiment 2 induced positive activating affect directly during learning. To induce affective states during the entire duration of the learning phase, Experiment 2 used an emotional design paradigm. Therefore, N = 111 university students were randomly assigned to learn either in an affect inducing multimedia learning environment (use of warm colours and round shapes) or an affectively neutral counterpart (using shades of grey and angular shapes) on the same topic as in Experiment 1. Again, knowledge as well as transfer performance were measured after learning for 20 minutes. In addition, positive and negative affective states were measured before and after learning. Complex interaction patterns between the treatment and initial affective states were found. Specifically, learners with high levels of positive affect before learning showed better transfer performance when they learned in the affect inducing learning environment. Regarding knowledge, those participants who reported high levels of negative activating affect prior to the learning period performed worse. However, the effect on knowledge did not occur for those students learning in the affect inducing learning environment. For knowledge, the treatment therefore protected against poorer performance due to high levels of negative affective states. Results of Experiment 2 showed that the induction of positive activating affect influenced learning performance positively when taking into account affective states prior to the learning phase. In order to confirm these interaction effects, a conceptual replication of the previous experiment was conducted in Experiment 3. Experiment 3 largely retained the former study design, but changed the learning materials and tests used. Analogous to Experiment 2, N = 145 university students learning for 20 minutes in either an affect inducing or an affectively neutral multimedia learning environment on “eukaryotic cell”. To strengthen the treatment, Experiment 3 also used anthropomorphic design elements to induce affective states next to warm colours and round shapes. Moreover, in order to assess the change in affective states more exactly, an additional measurement of positive and negative affective states after half of the learning time was inserted. Knowledge and transfer were assessed again to measure learning performance. The learners’ memory skills were used as an additional learning outcome. To control the influence of potential confounding variables, the participants’ general and current achievement motivation as well as interest, and emotion regulation skills were measured. Contrary to the assumptions, Experiment 3 could not confirm the interaction effects of Experiment 2. Instead, there was a significant impact of positive activating affect prior to the learning phase on transfer, irrespective of the learners’ group affiliation. This effect was further independent of the control variables that were measured. Nevertheless, the results of Experiment 3 fit into the picture of findings regarding “emotional design” in hypermedia learning settings. To date, the few publications that have used this approach propose heterogeneous results, even when using identical materials and procedures.
N2  - Affektiven Zuständen im Lern- und Leistungskontext wird ein wesentlicher Einfluss auf den Lernprozess zugesprochen. Dabei wirken diese sowohl direkt auf die Lernleistung als auch indirekt vermittelt über beispielsweise motivationale Prozesse. Positive aktivierende Affekte stehen dabei oft im Zusammenhang mit erhöhter Gedächtnisleistung und kreativer Problemlösefähigkeit. Negative aktivierende Affekte anderseits werden eher als lernhinderlich angesehen, da sie aufgabenirrelevantes Denken fördern. Während sich diese Zusammenhänge im Rahmen korrelativer Studien als relativ stabil erwiesen haben, sind kausale Beziehungen bislang noch eher selten untersucht. Diese Arbeit hat daher zum Ziel, die Auswirkungen von positiven und negativen aktivierenden affektiven Zuständen beim Lernen mit Hypermedien genauer zu betrachten und mögliche moderierende Einflussfaktoren zu erkennen. Dabei wurden drei experimentelle empirische Studien mit Universitätsstudierenden durchgeführt. In Experiment 1 wurde Studierenden (N = 57) zufällig positiver oder negativer aktivierender Affekt mithilfe von kurzen Filmsequenzen induziert. Nach einer 20-minütigen Lernphase in einer hypertextbasierten multimedialen Lernumgebung zum Thema „Funktionelle Neuroanatomie“ wurden die Verständnis - und Transferleistungen der Studierenden gemessen. Es wurde dabei angenommen, dass sich positiver aktivierender Affekt vor dem Lernen positiv auf die Lernleistung auswirkt, während vor dem Lernen induzierter negativer aktivierender Affekt die entgegengesetzte Wirkung haben sollte. Es zeigte sich, dass die Induktion von negativem aktivierenden Affekt vor dem Lernen zu einer leichten Verschlechterung der Verständnisleistung führte. Entgegen der Vermutungen zeigten Probanden, bei denen positiver aktivierender Affekt vor dem Lernen erzeugt wurde, jedoch keine Verbesserung der Lernleistung. Als mögliche Erklärungsursache hierfür wurde unter anderem angenommen, dass die Affektinduktion vor dem Lernen zwar erfolgreich war, diese Affekte jedoch nicht für die gesamte Dauer der Lernzeit anhielten. In Experiment 2 wurde positiv aktivierender Affekt während der gesamten Lernphase induziert. Dazu wurden N = 111 Universitätsstudierende zufällig einer affektinduzierenden multimedialen Lernumgebung (Verwendung von warmen Farben und runden Formen) oder einem affektneutralen Gegenstück (Verwendung von Grautönen und eckigen Formen) zum Thema „Funktionelle Neuroanatomie“ zugeordnet. Nach einer Lernzeit von 20 Minuten wurden Verständnis- und Transferleistungen gemessen. Es zeigten sich komplexe Interaktionsmuster zwischen dem Treatment und positivem und negativem Affekt vor dem Lernen gefunden: Lernende, die vor dem Lernen stark positiv gestimmt waren, zeigten eine bessere Transferleistung, wenn sie in der affekt-erzeugenden Lernumgebung lernten. Berichteten die Lernenden dagegen hohe Ausprägungen von negativem Affekt vor dem Lernen, so sank ihre Verständnisleistung. Dieser Effekt trat nicht auf, wenn in der affekterzeugenden Lernumgebung gelernt wurde. Für Verständnislernen schützte das Treatment daher vor schlechterer Performanz durch stark ausgeprägten negativen aktivierenden Affekt vor dem Lernen. Die Ergebnisse von Experiment 2 weisen darauf hin, dass die Induktion von positivem aktivierenden Affekt das Lernen positiv beeinflusst, wenn man die Affektausprägungen vor dem Lernen berücksichtigt. In Experiment 3 wurde eine konzeptuelle Replikation des vorangegangenen Experiments durchgeführt. Dazu wurde das Studiendesign größtenteils beibehalten, jedoch die verwendeten Lernmaterialien und Lerntests verändert. Analog zu Experiment 2 lernten N = 145 Studierende für 20 Minuten entweder in einer affekterzeugenden oder einer affektneutralen Lernumgebung zum Thema „Eukaryotische Zellen“. Zu Stärkung des Treatments wurden in Experiment 3 neben warmen Farben und runden Formen auch anthropomorphe Designelemente zur Induktion von positivem aktivierenden Affekt verwendet. Zudem wurde eine zusätzliche Messung des positiven und negativen Affektes nach der Hälfte der Lernzeit eingefügt, um die Veränderung des affektiven Erlebens während des Lernens differenzierter zu erfassen. Als Maße für die Lernleistung wurden erneut Verständnis und Transfer sowie die Gedächtnisleistung erhoben. Um den Einfluss potentieller konfundierender Variablen zu kontrollieren wurden zudem die generelle und aktuelle Leistungsmotivation, das Interesse sowie die Emotionsregulation gemessen. Entgegen der Erwartungen, konnte Experiment 3 die Interaktionseffekte aus Experiment 2 nicht bestätigen. Stattdessen zeigte sich ein signifikanter Einfluss des positiven aktivierenden Affektes vor dem Lernen auf die Transferleistung, unabhängig von der Gruppenzugehörigkeit des Lernenden. Dieser Effekt war unabhängig von den erhobenen Kontrollvariablen. Dennoch passen die Ergebnisse in das heterogene Befundmuster, welches sich durch die wenigen experimentellen Studien zu „emotional design“ beim Lernen abzeichnet.
KW  - Affekt
KW  - Leistungsmotivation
KW  - Lernerfolg
KW  - emotional design
KW  - positive and negative affect
KW  - learning outcomes
KW  - achievement motivation
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-148432
ER  -