TY  - THES
A1  - Mathew-Schmitt, Sanjana
T1  - Development of blood-brain barrier spheroid models based on human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and investigation of shear stress on hiPSC-derived brain capillary endothelial-like cells
T1  - Entwicklung von Sphäroid-Modellen der Blut-Hirn-Schranke basierend auf 
menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) und Untersuchung der Scherbeanspruchung von hiPSC-abgeleiteten Hirnkapillarendothel-ähnlichen Zellen
N2  - A highly regulated microenvironment is essential in maintaining normal functioning of the central nervous system (CNS). The existence of a biological barrier, termed as the blood-brain barrier (BBB), at the blood to brain interface effectively allows for selective passage of substances and pathogens into the brain (Kadry, Noorani et al. 2020). The BBB chiefly serves in protecting the brain from extrinsic toxin entry and pathogen invasions. The BBB is formed mainly by brain capillary endothelial cells (BCECs) which are responsible for excluding ∼ 100% of large-molecule neurotherapeutics and more than 98% of all small-molecule drugs from entry into the brain. Minimal BBB transport of major potential CNS drugs allows for attenuated effective treatments for majority of CNS disorders (Appelt-Menzel, Oerter et al. 2020). Animals are generally used as model systems to study neurotherapeutic delivery into the brain, however due to species based disparity, experimental animal models lead to several false positive or false negative drug efficacy predictions thereby being unable to fully predict effects in humans (Ruck, Bittner et al. 2015). An example being that over the last two decades, much of the studies involving animals lead to high failure rates in drug development with ~ 97% failure in cancers and ~ 99% failure for Alzheimer´s disease (Pound 2020). Widespead failures in clinical trials associated with neurological disorders have resulted in questions on whether existing preclinical animal models are genuinely reflective of the human condition (Bhalerao, Sivandzade et al. 2020). Apart from high failure rates in humans, the costs for animal testings is extremely high. According to the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD), responsible for determining animal testing guidelines and methodology for government, industry, and independent laboratories the average cost of a single two-generation reproductive animal toxicity study worldwide is 318,295 € and for Europe alone is ~ 285,842 € (Van Norman 2019). Due to these reasons two separate movements exist within the scientific world, one being to improve animal research and the other to promote new approach methodologies with the European government setting 2025 - 2035 as a deadline for gradually disposing the use of animals in pharmaceutical testing (Pound 2020).
The discovery of human induced pluripotent stem cell (hiPSC) technology in 2006 (Takahashi and Yamanaka 2006, Takahashi, Tanabe et al. 2007) revolutionized the field of drug discovery in-vitro. HiPSCs can be differentiated into various tissue types that mimic disease phenotypes, thereby offering the possibility to deliver humanized in-vitro test systems. With respect to the BBB, several strategies to differentiate hiPSCs to BCECs (iBCECs) are reported over the years (Appelt-Menzel, Oerter et al. 2020). However, iBCECs are said to possess an epithelial or undifferentiated phenotype causing incongruity in BBB lineage specifications (Lippmann,
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Azarin et al. 2020). Therefore, in order to identify a reliable differentiation strategy in deriving iBCECs possessing hallmark BBB characteristics, which can be used for downstream applications, the work in this thesis compared two methods, namely the co-differentiation (CD) and the directed differentiation (DD). Briefly, CD mimics a brain like niche environment for iBCEC specification (Lippmann, Al-Ahmad et al. 2014), while DD focuses on induction of the mesoderm followed by iBCEC specification (Qian, Maguire et al. 2017). The results obtained verified that while iBCECs derived via CD, in comparison to human BCEC cell line hCMEC/D3 showed the presence of epithelial transcripts such as E-Cadherin (CDH1), and gene level downregulation of endothelial specific platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) and VE-cadherin (CDH5) but demonstrated higher barrier integrity. The CD strategy essentially presented iBCECs with a mean trans-endothelial electrical resistance (TEER) of ~ 2000 – 2500 Ω*cm2 and low permeability coefficients (PC) of < 0.50 μm/min for small molecule transport of sodium fluorescein (NaF) and characteristic BCEC tight junction (TJ) protein expression of claudin-5 and occludin. Additionally, iBCECs derived via CD did not form tubes in response to angiogenic stimuli. DD on the other hand resulted in iBCECs with similar down regulations in PECAM-1 and CDH5 gene expression. They were additionally characterized by lower barrier integrity, measured by mean TEER of only ~ 250 – 450 Ω*cm2 and high PC of > 5 μm/min in small molecule transport of NaF. Although iBCECs derived via DD formed tubes in response to angiogenic stimuli, they did not show positive protein expression of characteristic BCEC TJs such as claudin-5 and occludin. These results led to the hypothesis that maturity and lineage specification of iBCECs could be improved by incorporating in-vivo like characteristics in-vitro, such as direct co-culture with neurovascular unit (NVU) cell types via spheroid formation and by induction of shear stress and fluid flow. In comparison to standard iBCEC transwell mono-cultures, BBB spheroids showed enhanced transcript expression of PECAM-1 and reduced expression of epithelial markers such as CDH1 and claudin-6 (CLDN6). BBB spheroids showed classical BCEC-like ultrastructure that was identified by TJ particles on the protoplasmic face (P-face) and exoplasmic face (E-face) of the plasma membrane. TJ strands were organized as particles and particle-free grooves on the E-face, while on the P-face, partly beaded particles and partly continuous strands were identified. BBB spheroids also showed positive protein expression of claudin-5, VE-cadherin, PECAM-1, glucose transporter-1 (GLUT-1), P-glycoprotein (P-gp) and transferrin receptor-1 (Tfr-1). BBB spheroids demonstrated higher relative impedance percentages in comparison to spheroids without an iBCEC barrier. Barrier integrity assessments additionally corresponded with lower permeability to small molecule tracer NaF, with spheroids containing iBCECs showing higher relative fluorescence unit percentages (RFU%) of ~ 90% in apical compartments, compared to ~ 80% in spheroids without iBCECs. In summary, direct cellular contacts in the complex spheroid model resulted in enhanced maturation of iBCECs.
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A bioreactor system was used to further assess the effect of shear stress. This system enabled inclusion of fluidic flow and shear stress conditions in addition to non-invasive barrier integrity measurements (Choi, Mathew et al. 2022). iBCECs were cultured for a total of seven days post differentiation (d17) within the bioreactor and barrier integrity was non-invasively monitored. Until d17 of long-term culture, TEER values of iBCECs steadily dropped from ~ 1800 Ω*cm2 ~ 400 Ω*cm2 under static conditions and from ~ 2500 Ω*cm2 to ~ 250 Ω*cm2 under dynamic conditions. Transcriptomic analyses, morphometric analyses and protein marker expression showed enhanced maturation of iBECs under long-term culture and dynamic flow. Importantly, on d10 claudin-5 was expressed mostly in the cytoplasm with only ~ 5% iBCECs showing continuous staining at the cell borders. With increase in culture duration, iBCECs at d17 of static culture showed ~ 18% of cells having continuous cell border expression, while dynamic conditions showed upto ~ 30% of cells with continuous cell-cell border expression patterns. Similarly, ~ 33% of cells showed cell-cell border expression of occludin on d10 with increases to ~ 55% under d17 static and up to ~ 65% under d17 dynamic conditions, thereby indicating iBCEC maturation.
In conclusion, the data presented within this thesis demonstrates the maturation of iBCECs in BBB spheroids, obtained via direct cellular contacts and by the application of flow and shear stress. Both established novel models need to be further validated for pharmaceutical drug applications together with in-vitro-in-vivo correlations in order to exploit their full potential.
N2  - Eine hochregulierte Mikroumgebung ist für die Aufrechterhaltung der normalen Funktion des Zentralen Nervensystems (ZNS) unerlässlich. Das Vorhandensein einer biologischen Barriere, der so genannten Blut-Hirn-Schranke (BHS), als Schnittstelle zwischen Blutkreislauf und Gehirn ermöglicht den selektiven Durchgang von Substanzen und Pathogenen in das Gehirn (Kadry, Noorani et al. 2020). Die BHS dient hauptsächlich dazu, das Gehirn vor dem Eindringen von Toxinen von außen und dem Eindringen von Krankheitserregern zu schützen. Die BHS wird hauptsächlich von Hirnkapillarendothelzellen (engl. brain capillary endothelial cells, BCECs) gebildet, die dafür verantwortlich sind, dass ∼ 100% der großmolekularen Neurotherapeutika und mehr als 98% aller kleinmolekularen Medikamente nicht in das Gehirn gelangen können. Ein eingeschränkter BHS-Transport wichtiger potenzieller Wirkstoffe führt zu einer abgeschwächten Wirksamkeit der Behandlung der meisten ZNS-Erkrankungen (Pardridge 2005). Mäuse, Ratten, Schweine und Rinder werden in der Regel als Modellsysteme verwendet, um die Verabreichung von Neurotherapeutika in das Gehirn zu untersuchen. Aufgrund der Unterschiede zwischen den Spezies führen experimentelle Tiermodelle jedoch vermehrt zu falsch positiven oder falsch negativen Vorhersagen über die Wirksamkeit von Medikamenten, so dass sie nicht in der Lage sind, die Wirkungen beim Menschen vollständig vorherzusagen (Ruck, Bittner et al. 2015). Ein Beispiel dafür ist, dass in den letzten zwei Jahrzehnten ein Großteil der Studien an Tieren zu Misserfolgsraten in der Wirkstoffzulassung geführt hat. Bei einer Fehlerrate von 97% im Zusammenhang mit Krebs und ~99% bei Alzheimer führt dies zum Therapieversagen (Pound 2020). Die weit verbreiteten Misserfolge bei klinischen Versuchen im Zusammenhang mit neurologischen Erkrankungen haben zu der Frage geführt, ob die bestehenden präklinischen Tiermodelle wirklich die Physiologie des Menschen widerspiegeln (Bhalerao, Sivandzade et al. 2020). Abgesehen von den hohen Ausfallraten sind die Kosten für Tierversuche extrem hoch. Nach Angaben der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (engl. Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD), welche für die Festlegung von Tierversuchsrichtlinien und -methoden für die Regierung, die Industrie und unabhängige Labore zuständig ist, belaufen sich die durchschnittlichen Kosten für eine einzige Zwei-Generationen-Studie zur Reproduktionstoxizität an Tieren weltweit auf 318.295 € und allein für Europa auf ~ 285.842 € (Van Norman 2019). Aus diesen Gründen gibt es zwei unterschiedliche Bemühungen unter den Wissenschaftlern. Zum einen zur Verbesserung der Tierforschung und zum anderen zur Förderung neuer Methoden gemäß den 3R (eng. replace, reduce, refine), wobei die europäische Regierung die Jahre 2025 bis 2035 als Frist für den schrittweisen Verzicht auf Tierversuche in der Forschung festgelegt hat (Pound 2020). Die
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Entdeckung der humanen induziert pluripotenten Stammzell (hiPSC)-Technologie im Jahr 2006 (Takahashi und Yamanaka 2006, Takahashi, Tanabe et al. 2007) hat den Bereich der Arzneimittelforschung revolutioniert, da hiPSCs in verschiedene Gewebetypen differenziert werden können und damit die Möglichkeit bieten, humanisierte in-vitro-Testsysteme bereitzustellen, die zur Untersuchung verschiedener Krankheiten verwendet werden können.
In Bezug auf die BHS wurde im Laufe der Jahre mehrere Strategien zur Differenzierung von hiPSCs zu BCECs (iBCECs) etabliert (Appelt-Menzel, Oerter et al. 2020), allerdings wird ihnen ein epithelialer Phänotyp nachgesagt, was zu Fragen in der Spezifikation der BBB führt (Lippmann, Azarin et al. 2020). Um eine verlässliche Differenzierungsstrategie für die Gewinnung von iBCECs mit charakteristischen BHS-Merkmalen zu finden, welche für Downstream-Anwendungengenutztwerden können, wurden in dieser Arbeit zwei Methoden verglichen. Die Ko-Differenzierung (engl. co-differentiation, CD) und die gerichtete Differenzierung (engl. directed differentiation, DD). Zusammengefasst simuliert die CD eine ZNS-ähnliche Mikroumgebung für die Spezifikation der iBCECs nach (Lippmann, Al-Ahmad et al. 2014), während sich die DD auf die Induktion des Mesoderms und die anschließende iBCEC-Spezifikation konzentriert (Qian, Maguire et al. 2017). Die erzielten Ergebnisse bestätigten, dass iBCECs, welche mittels CD abgeleitet wurden, im Vergleich zur humanen BCEC-Zelllinie (hCMEC/D3) zwar epitheliale Transkripte wie E-Cadherin (CDH1) besitzen, aber eine Herabregulierung von Thrombozyten-Endothelzell-Adhäsionsmolekül-1 (PECAM-1) und VE-Cadherin (CDH5) aufweisen. Die von CD abgeleiteten iBCECs hatten zudem eine höhere Barriere-Integrität und Funktionalität gezeigt. Im Wesentlichen führte die CD-Strategie zu iBCECs mit einem hohen transendothelialen elektrischen Widerstand (engl. Transendothelialelectrical resistance, TEER) von 2000 - 2500Ω*cm2, einem niedrigen Permeabilitätskoeffizienten (eng. Permeability co-efficient, PC) von < 0,50 μm/min für den Transport kleiner Moleküle wie Natriumfluorescein (NaF) und einer charakteristischen Expression von BCEC-spezifischen Tight Junction (TJ)-Proteinen wie Claudin-5 und Occludin. Außerdem bildeten iBCECs, welche über CD gewonnen wurden, keine Gefäßstrukturen als Reaktion auf angiogene Stimuli. DD hingegen führte zu iBCECs mit einer ähnlichen Herabregulierung der PECAM-1- und CDH5-Genexpression, die zusätzlich durch eine geringere Barriereintegrität, gemessen an einem niedrigen TEER von nur ~ 250 - 450 Ω*cm2 und einem hohen PC von > 5 μm/min, bei dem Transport von NaF gekennzeichnet war. Obwohl die über DD gewonnenen iBCECs in der Lage waren Gefäßnetze auszubilden, zeigten sie keine Expression der charakteristischen BCEC-TJs wie Claudin-5 und Occludin.
Diese Ergebnisse führten zu der Hypothese, die in-vitro Differenzierung und Reifung von iBCECs zu verbessern, indem in-vivo-ähnliche Stimuli in-vitro angewandt werden, wie z. B. die direkte Kokultur mit Zelltypen der neurovaskulären Einheit (NVE) durch Sphäroidbildung und die Induktion von Scherstress in einem dynamischen Flussmodell. Im Vergleich zu iBCEC-
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basierten Transwellmodellen, die zumeist in Monokulturen aufgebaut werden, zeigten die BHS-Sphäroide eine erhöhte Expression von PECAM-1 und eine reduzierte Expression von Epithelmarkern wie E-Cadherin (CDH1) und Claudin-6 (CLDN6). BHS-Sphäroide zeigten eine klassische BCEC-ähnliche Ultrastruktur, die durch TJ-Partikel auf der protoplasmatischen Phase (P-Phase) und der exoplasmatischen Phase (E-Phase) der Plasmamembran gekennzeichnet war. Die TJ-Stränge waren als Partikel und partikelfreie Rillen auf der E-Phase organisiert, während auf der P-Phase teils Partikel und teils kontinuierliche Stränge zu erkennen waren. BHS-Sphäroide zeigten auch eine positive Proteinexpression von Claudin-5, VE-Cadherin, PECAM-1, Glukose-Transporter-1 (GLUT-1), P-Glykoprotein (P-gp) und Transferrin-Rezeptor-1 (Tfr-1). Die BHS-Sphäroide wiesen ebenfalls höhere relative Impedanzwerte im Vergleich zu Sphäroiden ohne iBCEC-Barriere auf. Die Bewertung der Integrität der Barriere korrespondierte zudem mit einer geringeren Permeabilität für den niedermolekularen Tracer NaF, wobei Sphäroide mit iBCECs einen höheren Prozentsatz an relativen Fluoreszenzeinheiten (RFU%) von etwa 90% in den apikalen Kompartimenten aufwiesen, verglichen mit etwa 80% in Sphäroiden ohne iBCECs. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass direkte zelluläre Kontakte im komplexen Sphäroidmodell zu einer verstärkten Reifung von iBCECs führten.
In-vivo ist die BHS Scherbelastungen ausgesetzt, die einen wichtigen und oft vernachlässigten physiologischen Stimulus darstellen (Cucullo, Hossain et al. 2011). Um die Auswirkung von Scherstress auf die Eigenschaften und die Reifung von iBCECs zu messen, wurden diese in einem Bioreaktorsystem kultiviert.(Choi, Mathew et al. 2022). Hier war es möglich, iBCECs für insgesamt sieben Tage nach der Differenzierung (d17) erfolgreich in diesem System zu kultivieren und zusätzlich die Barriereintegrität nicht-invasiv zu überwachen. Bis d17 der Langzeitkultur fielen die TEER-Werte von iBCECs stetig von ~ 1800 Ω*cm2 ~ 400 Ω*cm2 unter statischen Bedingungen bzw. von ~ 2500 Ω*cm2 auf ~ 250 Ω*cm2 unter dynamischen Bedingungen. Zusätzliche Untersuchungen und Vergleiche von iBCECs unter diesen Kulturbedingungen mittels transkriptioneller und morphometrischer Analysen, sowie Expression von Proteinmarkern zeigten, dass iBCECs aufgrund der Langzeitkultur und des dynamischen Flusses eine verstärkte Reifung vorweisen. Wichtig ist, dass Claudin-5 bei d10 hauptsächlich im Zytoplasma exprimiert wurde und nur etwa 5% der iBCECs eine kontinuierliche Färbung an den Zellgrenzen aufwiesen. Mit zunehmender Kulturdauer zeigten iBCECs bei d17 in statischer Kultur ~ 18% der Zellen mit kontinuierlicher Zellrandexpression, während unter dynamischen Bedingungen bis zu ~ 30% der Zellen kontinuierliche Zellrandexpressionsmuster aufwiesen. In ähnlicher Weise zeigten ~ 33% der Zellen eine Zell-Zell-Grenzexpression von Occludin an d10 mit einem Anstieg auf ~ 55% unter d17 statischen und bis zu ~ 65% unter d17 dynamischen Bedingungen, was auf eine iBCEC-Reifung hinweist. Zusammenfassend zeigen die in dieser Arbeit vorgestellten Daten die Reifung von iBCECs in
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BHS Sphäroiden, die durch direkte Zell - Zell Kontakte und in dynamischen Strömungsmodellen durch die Anwendung von Scherspannungen erreicht wird. Beide etablierten neuen Modelle müssen für pharmazeutische Anwendungen zusammen mit In-vitro-in-vivo-Korrelationen weiter validiert werden, um ihr volles Potential zu beweisen.
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Blood-brain barrier
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-322475
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 <alpha>
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
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TY  - THES
A1  - van Dorp, Joel
T1  - Site-specific biomolecule modification for directed surface attachment
T1  - Ortsspezifische Biomolekülmodifikation zur gezielten Oberflächenanbindung
N2  - Site-directed bioorthogonal conjugation techniques have substantially advanced research in numerous areas. Their exceptional value reflects in the extent of applications, that have been realized with spacial-controlled bioorthogonal reactions. Specific labeling of surfaces, proteins, and other biomolecule allows for new generations of drug delivery, tracking, and analyzing systems. With the continuous advance and refinement of available methods, this field of research will become even more relevant in the time to come. Yet, as individual as the desired purpose is, as different can be the most suitable modification strategy. In this thesis, two different bioconjugation approaches, namely CuAAC and factor XIIIa mediated ligation, are used in distinct application fields, featuring eGFP as a model protein showcasing the advantages as well as the challenges of each technique.
The introduction of a unique accessible functionality is the most critical feature of a site-specific reaction, and the first considerable hurdle to clear. While most surfaces, peptides, or small molecules might require less expenditure to modulate, equipping large biomolecules like proteins with additional traits requires careful consideration to preserve the molecule’s stability and function. Therefore, the first section of this project comprises the engineering of eGFP via rational design. Initially, wild-type eGFP was subcloned, expressed, and characterized to serve as a reference value for the designed variants. Subsequently, eGFP was mutated and expressed to display a recognition site for factor XIIIa. Additionally, a second mutant harbored a TAG-codon to enable amber codon suppression and consequently the incorporation of the alkyne bearing unnatural amino acid Plk to support a CuAAC reaction. Fluorescence spectroscopy was used to confirm that the fluorescent properties of all expressed muteins were identically equal to wild-type eGFP, which is a reliable marker for the intact barrel structure of the protein. Trypsin digestion and HPLC were deployed to confirm each protein variant's correct sequence and mass.
The second part of this work focuses on the conjugation of cargo molecules deploying the chosen approaches. Solid-phase peptide synthesis was used to create a peptide that served as a lysine donor substrate in the crosslinking mechanism of FXIIIa. Additionally, the peptide was provided with a cysteine moiety to allow for highly flexible and simple loading of desired cargo molecules via conventional thiol-Michael addition, thus establishing an adaptive labeling platform. The effective ligation was critically reviewed and confirmed by monitoring the exact mass changes by HPLC. Protocols for attaching payloads such as biotin and PEG to the linker peptide were elaborated. While the biotin construct was successfully conjugated to the model protein, the eGFP-PEG linkage was not achieved judging by SDS-PAGE analysis. Furthermore, featuring isolated peptide sequences, the properties of the FXIIIa-mediated reaction were characterized in detail. Relative substrate turnover, saturation concentrations, by-product formation, and incubation time were comprehensively analyzed through HPLC to identify optimal reaction conditions. CuAAC was successfully used to label the Plk-eGFP mutein with Azide-biotin, demonstrated by western blot imaging.
Within the last part of this study, the application of the conjugation systems was extended to different surfaces. As regular surfaces do not allow for immediate decoration, supplementary functionalization techniques like gold-thiol interaction and silanization on metal oxides were deployed. That way gold-segmented nanowires and Janus particles were loaded with enoxaparin and DNA, respectively. Nickel and cobalt nanowires were modified with silanes that served as linker molecules for subsequent small molecule attachment or PEGylation. Finally, the eGFP muteins were bound to a particle surface in a site-specific manner. Beads displaying amino groups were utilized to demonstrate the effective use of FXIIIa in surface modification. Moreover, the bead’s functional moieties were converted to azides to enable CuAAC “Click Chemistry” and direct comparison. Each modification was analyzed and confirmed through fluorescence microscopy.
N2  - Techniken zur ortsspezifischen bioorthogonalen Konjugation von Biomolekülen haben die Forschung in zahlreichen Bereichen erheblich vorangebracht. Ihr außerordentlicher Wert spiegelt sich in der Vielzahl der Anwendungen wider, die mit bioorthogonalen Reaktionen realisiert werden konnten. Die kontrollierte Bestückung von Oberflächen, Proteinen und anderen Biomolekülen ermöglicht neue Generationen von Systemen zur Arzneimittelapplikation als auch zu Tracking- und Analyseverfahren. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verfeinerung der verfügbaren Methoden wird dieses Forschungsgebiet in Zukunft noch mehr an Bedeutung gewinnen. Doch so individuell wie der gewünschte Zweck ist, so unterschiedlich kann auch die am besten geeignete Modifikationsstrategie sein. In dieser Arbeit werden zwei verschiedene Biokonjugationsansätze, nämlich CuAAC und Faktor-XIIIa-vermittelte Ligation, in unterschiedlichen Anwendungsbereichen eingesetzt, wobei eGFP als Modellprotein dient, um sowohl die Vorteile als auch die Herausforderungen der jeweiligen Technik aufzuzeigen.
Die Einführung einer genau abgrenzbaren Funktionalität ist das wichtigste Merkmal einer ortsspezifischen Reaktion und die erste große Hürde, die es zu nehmen gilt. Während die meisten Oberflächen, Peptide oder kleinen Moleküle mit geringem Aufwand moduliert werden können, erfordert das Ausstatten von Proteinen mit zusätzlichen Merkmalen sorgfältige Überlegung und weitreichende Kenntnis, um die Stabilität und Funktion der Molekülstruktur zu erhalten. Der erste Abschnitt dieses Projekts umfasst daher das Protein-Engineering von eGFP durch rationales Design. Zunächst wurde der Wildtyp von eGFP subkloniert, exprimiert und charakterisiert, um als Referenzwert für die entworfenen Varianten zu dienen. Anschließend wurde eGFP so mutiert und exprimiert, dass es eine Erkennungsstelle für Faktor XIIIa aufweist. Zusätzlich enthielt eine zweite Mutante ein TAG-Codon, um die Unterdrückung des Amber-Codons und damit den Einbau der Alkin-tragenden unnatürlichen Aminosäure Plk zu ermöglichen, um wiederum eine CuAAC-Reaktion zu unterstützen. Mit Hilfe von Fluoreszenzspektroskopie wurde bestätigt, dass die Fluoreszenzeigenschaften aller exprimierten Muteine identisch mit denen des Wildtyps eGFP sind, was ein zuverlässiger Marker für die intakte Barrel-Struktur des Proteins ist. Trypsinverdau und HPLC wurden eingesetzt, um die korrekte Sequenz und Masse der einzelnen Proteinvarianten zu bestätigen. Der zweite Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die Konjugation von „Cargo-Molekülen“ unter Verwendung der gewählten Ansätze. Mittels Festphasen-Peptidsynthese wurde ein Peptid hergestellt, das als Lysin-Donor-Substrat im Vernetzungsmechanismus von FXIIIa diente. Zusätzlich wurde das Peptid mit einem Cystein-Element versehen, um eine hochflexible und einfache Beladung mit gewünschten Frachtmolekülen durch konventionelle Thiol-Michael-Addition zu ermöglichen und so eine adaptive Koppelungsplattform zu schaffen. Die effektive Ligation wurde durch die Überwachung der genauen Massenänderungen mittels HPLC kritisch überprüft und bestätigt. Es wurden Protokolle für die Anbringung von Nutzlasten wie Biotin und PEG an das Linker-Peptid ausgearbeitet. Während das Biotin-Konstrukt erfolgreich an das Modellprotein konjugiert wurde, konnte die eGFP-PEG-Bindung nach Auswertung der SDS-PAGE-Analyse nicht erreicht werden. Darüber hinaus wurden anhand der isolierten Peptidsequenzen die Eigenschaften der FXIIIa-vermittelten Reaktion im Detail charakterisiert. Relativer Substratumsatz, Sättigungskonzentrationen, Nebenproduktbildung und Inkubationszeit wurden mittels HPLC umfassend analysiert, um optimale Reaktionsbedingungen zu ermitteln. CuAAC wurde erfolgreich zur Markierung des Plk-eGFP-Muteins mit Azid-Biotin eingesetzt, was durch Western-Blot-Darstellung nachgewiesen wurde.
Im letzten Teil dieser Arbeit wurde die Anwendung der Konjugationssysteme auf verschiedene Oberflächen übertragen. Da normale Oberflächen keine unmittelbare Dekoration erlauben, wurden zusätzliche Funktionalisierungstechniken wie Gold-Thiol-Wechselwirkung und Silanisierung auf Metalloxiden eingesetzt. Auf diese Weise wurden goldsegmentierte Nanowires und Januspartikel mit Enoxaparin bzw. DNA beladen. Nickel- und Kobalt-Nanowires wurden mit Silanen modifiziert, die als Verbindungsmoleküle für die anschließende Anlagerung kleiner Moleküle oder PEGylierung dienten. Schließlich wurden die eGFP-Muteine ortsspezifisch an eine Partikeloberfläche gebunden. Beads mit Aminogruppen wurden verwendet, um den effektiven Einsatz von FXIIIa bei der Oberflächenmodifikation zu demonstrieren. Darüber hinaus wurden die funktionellen Einheiten der Beads in Azide umgewandelt, um eine CuAAC-„Klickchemie" und somit einen direkten Vergleich zu ermöglichen. Jede Modifikation wurde mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie analysiert und bestätigt.
KW  - Proteinglutamin-Glutamyltransferase <Proteinglutamin-gamma-glutamyltransferase>
KW  - Click-Chemie
KW  - Rekombinantes Protein
KW  - Nanodraht
KW  - Bioengineering
KW  - Surface modification
KW  - Site-specific modification
KW  - CuAAC
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369536
ER  - 
TY  - THES
A1  - Göttler [geb. Lang], Anna
T1  - Auswirkung der bariatrischen Operation auf die Aktivität des autonomen Nervensystems im kardialen und peripheren Kompartiment
T1  - Effect of bariatric surgery on autonomic nervous system activity in the cardiac and peripheral compartment of the body
N2  - Die vorliegende Arbeit thematisiert die Aktivität des autonomen Nervensystems im Vergleich vor versus nach bariatrischer Operation bei ProbandInnen mit morbider Adipositas. Wir untersuchten, ob die Operation und der damit einhergehende Gewichtsverlust drei Monate nach dem bariatrischen Eingriff zu einer Veränderung der Aktivität des autonomen Nervensystems im thorakalen und im motorischen/peripheren Kompartiment führt. Als Parameter dienen für das thorakale Kompartiment die Herzfrequenzvariabilität und für das periphere/motorische Kompartiment vaskuläre (lnRHI und AI) und sudomotorische (Schweißvolumen, Antwortlatenz) Parameter. 
Unsere Ergebnisse im thorakalen Kompartiment zeigen einen Anstieg der Herzfrequenzvariabilität 3 Monate nach bariatrischer Operation. Wir schließen uns daher der Hypothese an, die mit morbider Adipositas assoziierte Erhöhung der sympathischen Aktivität im thorakalen Kompartiment könne durch bariatrische Operationen reversibel sein. Im peripheren/motorischen Kompartiment können wir keine eindeutige Veränderung der Aktivität des autonomen Nervensystems vor versus nach bariatrischer Operation beobachten. Andere Studien konnten hierzu deutlichere Ergebnisse erheben, die ebenfalls eine erhöhte sympathische Aktivität im motorischen Kompartiment zeigten, welche nach bariatrischer Operation reversibel war. 
Insgesamt können wir die These einer autonomen Imbalance bei Adipositas sowie einer Verringerung der sympathischen Aktivität im thorakalen Kompartiment nach bariatrischer Operation unterstützen. Die Veränderungen im autonomen Nervensystem leisten möglicherweise einen Beitrag zur Verbesserung der kardiovaskulären Gesundheit und der metabolischen Situation nach der bariatrischen Operation.
N2  - The present work addresses the activity of the autonomic nervous system comparing before versus after bariatric surgery in subjects with morbid obesity. We investigated whether surgery and associated weight loss led to changes in autonomic nervous system activity in the thoracic and motoric/peripheral compartment three months after bariatric surgery. Heart rate variability serves as parameter for the thoracic compartment, vascular (lnRHI and AI) and sudomotor (sweat volume, response latency) parameters for the peripheral/motoric compartment. Our results in the thoracic compartment show an increase in heart rate variability 3 months after bariatric surgery. We therefore agree with the hypothesis that the increase in sympathetic activity in the thoracic compartment associated with morbid obesity could be reversible by bariatric surgery. In the peripheral/motoric compartment, we did not observe any clear change in autonomic nervous system activity comparing before versus after bariatric surgery. Other studies were able to obtain clearer results showing increased sympathetic activity in the motoric compartment in subjects with morbid obesity that was reversible after bariatric surgery. Overall, we can support the hypothesis of an autonomic imbalance in obesity and a reduction in sympathetic activity in the thoracic compartment after bariatric surgery. The changes in the autonomic nervous system may contribute to improving cardiovascular health and metabolic status after bariatric surgery.
KW  - Vegetatives Nervensystem
KW  - Gefäßwiderstand
KW  - Herzfrequenzvariabilität
KW  - quantitativer sudomotorischer Axonreflextest
KW  - endotheliale Funktion
KW  - Adipositas
KW  - autonomes Nervensystem
KW  - Frequenzbereich
KW  - Zeitbereich
KW  - bariatrische
KW  - Fettsucht
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369328
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TY  - THES
A1  - Weiß, Eva Maria
T1  - Einfluss von Makrophagen auf autophagische Vorgänge in Schwann´schen Zellen unter den Bedingungen von Nervenläsion und genetisch bedingter Neuropathie
T1  - Influence of macrophages on Schwann cell autophagy under the conditions of nerve lesion and genetic neuropathy
N2  - Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien stellen als häufigste erblich bedingte neurologische Erkrankungen eine Gruppe genetisch heterogener, chronisch progredienter peripherer Polyneuropathien dar. Die Lebensqualität der Patienten ist bei fehlender kurativer Therapieoption vor allem durch motorische und sensorische Defizite deutlich eingeschränkt. In verschiedenen Studien konnte die pathophysiologische Relevanz einer sekundären Entzündungsreaktion, insbesondere durch Makrophagen und Lymphozyten vermittelt, in Mausmodellen dreier CMT1 Subtypen (CMT1A, CMT1B, CMT1X) aufgezeigt werden. Auch in Folge einer Läsion peripherer Nerven ist eine akute Entzündungsreaktion von entscheidender Bedeutung, wobei sich bereits Gemeinsamkeiten zwischen der postläsionalen Waller´schen Degeneration (WD) und CMT1 Neuropathien identifizieren ließen. Während die aktive Beteiligung der Autophagie Schwann´scher Zellen (hier kurz SZ Autophagie genannt) an der Myelindegradation im Falle einer WD jedoch vielfach beschrieben wurde, ist Ähnliches in CMT1 Neuropathien bisher nur unzureichend untersucht. Da in einer Studie in Cx32def Mausmodellen der CMT1X Erkrankung auch nach Reduktion endoneuraler Makrophagen anhaltende Demyelinisierung beobachtet werden konnte, sollte das Vorkommen von SZ Autophagie sowie deren mögliche Beeinflussung durch Makrophagen in diesen Myelinmutanten untersucht werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl Wildtyp (Wt) Mäuse in ex vivo und in vivo Modellen einer WD als auch Cx32def Myelinmutanten zweier Altersstufen (4 und 12 Monate) mit einem niedermolekularen CSF1-Rezeptor-Inhibitor (CSF1RI) zur Reduktion endoneuraler Makrophagen behandelt, wobei sich vergleichende histochemische bzw. immunhistochemische Analysen peripherer Nerven behandelter und unbehandelter Tiere anschlossen.
Im Rahmen der Etablierung immunhistochemischer Methodik zeigte sich hierbei unter den kontrollierten Bedingungen einer ex vivo Ischiasnervenkultur eine vermehrte Aktivierung der SZ Autophagie in behandelten Wt Mäusen. Auch 4 Monate alte behandelte Cx32def Tiere wiesen, verglichen mit unbehandelten Myelinmutanten bzw. Wt Mäusen derselben Altersstufe, eine vermehrte autophagische Aktivität in SZ auf. Diese scheint sich jedoch im weiteren Verlauf der Erkrankung zu reduzieren, da im Falle der 12 Monate alten Cx32def Modelltiere weniger autophagisch aktive SZ Profile bzw. kaum Unterschiede zwischen behandelten und unbehandelten Tieren beobachtet werden konnten.
Die Ergebnisse lassen somit eine mögliche aktive Beteiligung von SZ Autophagie insbesondere in der Pathophysiologie der frühen Phase einer CMT1X Erkrankung sowie deren Beeinflussung durch endoneurale Makrophagen vermuten. Dies sollte vornehmlich in der Entwicklung von Therapiestrategien der CMT1X bedacht werden, da sich eine frühe Reduktion pathophysiologisch relevanter endoneuraler Makrophagen somit auch nachteilig auf die Myelinintegrität auswirken könnte.
N2  - Charcot-Marie-Tooth (CMT) neuropathies are the most common hereditary neurological diseases and represent a group of genetically heterogeneous, chronically progressive peripheral polyneuropathies. In the absence of curative treatment options, patients' quality of life is significantly impaired, primarily due to motor and sensory deficits. Various studies have demonstrated the pathophysiological relevance of a secondary inflammatory reaction, in particular mediated by macrophages and lymphocytes, in mouse models of three CMT1 subtypes (CMT1A, CMT1B, CMT1X). An acute inflammatory reaction is also of crucial importance following a lesion of peripheral nerves, whereby similarities between postlesional Wallerian degeneration (WD) and CMT1 neuropathies have already been identified. However, while the active involvement of Schwann cell autophagy (here referred to as SC autophagy) in myelin degradation in WD has been widely described, a similar involvement in CMT1 neuropathies has been insufficiently studied. Since in a study in Cx32def mouse models of CMT1X disease persistent demyelination could be observed even after reduction of endoneural macrophages, the occurrence of SC autophagy and its possible influence by macrophages in these myelin mutants should be investigated.
In the present study, both wild-type (Wt) mice in ex vivo and in vivo models of WD and Cx32def myelin mutants of two ages (4 and 12 months) were treated with a small molecule CSF1 receptor inhibitor (CSF1RI) to reduce endoneural macrophages, followed by comparative histochemical and immunohistochemical analyses of peripheral nerves of treated and untreated animals, respectively.
During the establishment of immunohistochemical methods, an increased activation of SC autophagy was shown in treated Wt mice under the controlled conditions of ex vivo sciatic nerve culture. Even 4-month-old treated Cx32def animals showed increased autophagic activity in SC compared to untreated myelin mutants or Wt mice of the same age. However, this appears to be reduced as the disease progresses, since in the case of the 12-month-old Cx32def model animals fewer autophagically active SC profiles or hardly any differences between treated and untreated animals could be observed.
The results thus suggest a possible active involvement of SC autophagy, particularly in the pathophysiology of the early phase of CMT1X disease and its influence by endoneural macrophages. This should primarily be considered in the development of therapeutic strategies for CMT1X, as an early reduction of pathophysiologically relevant endoneural macrophages could therefore also have a detrimental effect on myelin integrity.
KW  - Schwann-Zelle
KW  - M-CSF
KW  - Autophagie <Physiologie>
KW  - Charcot-Marie-Syndrom
KW  - Makrophage
KW  - Schwann´sche Zelle
KW  - Autophagie
KW  - hereditäre sensomotorische Neuropathie
KW  - Makrophagen
KW  - CSF-1
KW  - Immunsystem
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369674
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TY  - THES
A1  - Ruppert [geb. Rapp], Elisabeth Marlene
T1  - Einfluss von sozialem Stress und 5-Htt-Genotyp: Quantitative Untersuchung der Morphologie von Neuronen der lateralen Amygdala und der CA3-Region des Hippocampus von Mäusen der Serotonintransporter-Knockout-Linie
T1  - Influence of social stress and 5-Htt genotype: Quantitative investigation of the morphology of neurons of the lateral amygdala and the CA3 region of the hippocampus of mice of the serotonin transporter knockout line
N2  - In dieser Arbeit wurde der Einfluss sozialer Stresserfahrung sowie des 5-Htt-Genotyps auf die neuronale Morphologie bestimmter Hirnregionen anhand eines Mausmodells untersucht. Es wurde in mit Golgi-Cox gefärbten Gehirnen der 5-HTT-KO-Linie in der lateralen Amygdala (LA) die Apikal- und Basaldendriten pyramidenzellähnlicher Neurone und die Apikaldendriten der Pyramidenzellen der Cornu ammonis (CA)3-Region des Hippocampus mithilfe des Neurolucidasystems rekonstruiert und die so gewonnenen Daten anschließend statistisch ausgewertet. 
Die erzielten Ergebnisse belegen, dass vor allem die Erfahrung von sozialem Verteidigungsstress aber auch der 5-Htt-Genotyp (WT, HET, KO) im Mausmodell signifikanten Einfluss auf die Morphologie der Neurone der LA und der CA3-Region besitzen. Um die in dieser Arbeit mit allen drei 5-Htt-Genotypen erzielten Ergebnisse der LA-Neurone besser mit den Ergebnissen von Nietzer und Bonn (nur WT, KO) vergleichen zu können (Nietzer et al., 2011), wurden die von mir erhobenen Daten nicht nur in einem 3er-Vergleich, sondern auch einem 2er-Vergleich (WT vs. KO) statistisch analysiert. Untersuchungen der LA-Neurone aller drei 5-Htt-Genotypen zeigen, dass sozialer Stress zu einer Zunahme der Komplexität der Dendritenbäume durch längere und auch stärker verzweigte Dendriten vor allem in der Gruppe der WT-Mäuse führt. HET- und KO-Mäuse zeigten keinen entsprechenden Stress-Effekt. Darüber hinaus zeigten sich deutliche Genotypeffekte. Unabhängig vom Stresserleben besitzen HET-Mäuse längere Dendriten als WT-Mäuse sowie eine höhere Spinedichte als WT- und KO-Mäuse. Die Hypothese, die in der Arbeit von Nietzer et al. aufgestellt wurde, dass eine vollständige 5-HTT-Defizienz zu mehr Spines führt, ließ sich hier weder durch den 3er- noch durch den 2er-Vergleich replizieren. Die Pyramidenzellen der CA3-Region, die in dieser Studie zum ersten Mal analysiert wurden, zeigen in Bezug auf die durch den Stress ausgelösten Veränderungen ein im Vergleich zu den LA-Neuronen entgegengesetzten Effekt. Der soziale Stress führt hier zu einer Dendritenatrophie in der WT-Gruppe mit kürzeren und weniger komplexen Dendriten. Außerdem führte er zu einer geringeren Spinedichte bei den HET-Mäusen. Es zeigten sich klare Genotypeffekte, unabhängig von der Stresserfahrung, mit einer reduzierten Spinedichte der KO-Mäuse gegenüber den WT-Mäusen und einer nur in den Kontrollen detektierten, reduzierten Spinedichte der KO-Mäuse im Vergleich zu den WT- und HET-Mäusen. Sowohl in der LA als auch in der CA3-Region lassen sich Kompensationsmechanismen des 5-HTT-Defizits der HET-Tiere vermuten, über die die KO-Tiere nicht verfügen. 
Die in LA und CA3 gezeigten gegensätzlichen Auswirkungen des sozialen Stresses weisen auf die unterschiedlichen Funktionen dieser beiden Regionen im Furchtkreislauf und/oder bei der Verarbeitung von Stress hin. Darüber hinaus deutet diese Arbeit darauf hin, dass Arbeiten mit ähnlichen Untersuchungsmethoden und sogar gleichem Untersuchungsmaterial unterschiedliche Ergebnisse liefern können.
N2  - In this study, the influence of social stress experience and the 5-Htt genotype on the neuronal morphology of certain brain regions was investigated using a mouse model. The apical and basal dendrites of pyramidal cell-like neurons and the apical dendrites of the pyramidal cells of the cornu ammonis (CA)3 region of the hippocampus were reconstructed in Golgi-Cox-stained brains of the 5-HTT-KO line in the lateral amygdala (LA) using the neurolucida system and the data obtained was then statistically analyzed. 
The results obtained show that especially the experience of social defense stress but also the 5-Htt genotype (WT, HET, KO) have a significant influence on the morphology of the neurons of the LA and the CA3 region in the mouse model. In order to better compare the results of the LA neurons obtained in this study with all three 5-Htt genotypes with the results of Nietzer and Bonn (WT, KO only) (Nietzer et al., 2011), the data collected by me were statistically analyzed not only in a 3-way comparison, but also in a 2-way comparison (WT vs. KO). Investigations of the LA neurons of all three 5-Htt genotypes show that social stress leads to an increase in the complexity of the dendrite trees due to longer and also more branched dendrites, especially in the group of WT mice. HET and KO mice showed no corresponding stress effect. In addition, there were clear genotype effects. Regardless of the stress experience, HET mice have longer dendrites than WT mice and a higher spin density than WT and KO mice. The hypothesis put forward in the work of Nietzer et al. that complete 5-HTT deficiency leads to more spines could not be replicated here by either the 3-way or 2-way comparison. The pyramidal cells of the CA3 region, which were analyzed for the first time in this study, show an opposite effect compared to the LA neurons with regard to the changes triggered by stress. Here, social stress leads to dendrite atrophy in the WT group with shorter and less complex dendrites. It also led to a lower spin density in the HET mice. There were clear genotype effects, independent of the stress experience, with a reduced spin density in the KO mice compared to the WT mice and a reduced spin density in the KO mice compared to the WT and HET mice, which was only detected in the controls. Compensatory mechanisms for the 5-HTT deficit in the HET animals, which the KO animals do not have, can be assumed in both the LA and the CA3 region. 
The contrasting effects of social stress shown in LA and CA3 indicate the different functions of these two regions in the fear circuit and/or in the processing of stress. Furthermore, this work suggests that studies using similar research methods and even the same research material may yield different results.
KW  - Serotoninstoffwechsel
KW  - Hippocampus
KW  - Stress
KW  - Corpus amygdaloideum
KW  - Ammonshorn
KW  - CA3-Region
KW  - laterale Amygdala
KW  - sozialer Stress
KW  - Serotonintransporter-Knockout-Linie
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369488
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TY  - THES
A1  - Klüpfel, Marina Anna
T1  - Lagedarstellung und -Bewertung durch den Einsatz des Windmühlenmodells - Einführung und Nutzung im Rahmen der SARS-CoV-2 Pandemie
T1  - Situational report and assessment using the windmill model – implementation and application during the SARS-CoV-2 pandemic
N2  - Bei Großschadensereignissen oder Katastrophen arbeiten die Einsatzkräfte verschiedener Organisationen und Krankenhäuser zusammen, um die Schadenslage zu bewältigen. Für die Koordinierung dieser Einsätze benötigen die Führungskräfte ein möglichst genaues Bild der aktuellen Lage. Auch im Rahmen der SARS-CoV-2- Pandemie war eine Übersicht über die Versorgungslage der Krankenhäuser erforderlich, um mögliche lokale Ressourcenengpässe frühzeitig zu erkennen und durch geeignete Maßnahmen zu beheben. Zu diesem Zweck wurde in Bayern im November 2021 das Windmühlen-Modell eingeführt. Basierend auf einer Online-Plattform meldeten die zuständigen Bezirkskoordinierenden der bayerischen Regierungsbezirke täglich die Versorgungslage ihrer Kliniken anhand der Komponenten Personal, Material und Raum. Außerdem gab es die Möglichkeit zur Dokumentation von Patientenverlegungen. Die über die Windmühlen-Onlineplattform gesammelten Lagemeldungen und dokumentierten Verlegungen des Zeitraums von 21. November 2021 bis 20. Februar 2022 wurden in der vorliegenden Arbeit detailliert aufbereitet. Zusätzlich wurden die erfassten Daten statistisch ausgewertet und mit den örtlichen 7-Tage-Inzidenzwerten des SARS-CoV-2-Virus verglichen. Durch das Windmühlen-Modell konnten Unterschiede in der Versorgungslage zwischen den Regierungsbezirken sehr effektiv sichtbar gemacht werden. Insgesamt waren Intensivstationen deutlich stärker belastet als Normalstationen. Die Versorgungsqualität war in Covid-Bereichen stärker beeinträchtigt als auf Stationen ohne Covid-Patienten. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Windmühlen-Lagemeldungen nicht allein die regionalen Inzidenzwerte, sondern die tatsächliche Versorgungssituation vor Ort abbilden. Die dokumentierten Interhospitaltransfers erfolgten von Regionen mit hohen Inzidenzwerten und schlechter Ressourcenverfügbarkeit in Bezirke mit weniger kritischer Versorgungslage. Damit konnten aus den Windmühlen-Lagemeldungen auch konkrete Handlungskonsequenzen, wie strategische Patientenverlegungen, abgeleitet werden. Lagemeldungen sind wichtig für die abgestimmte Zusammenarbeit verschiedener Stellen bei der Bewältigung einer Krise. Die etablierten Systeme zur Lageerfassung sind meist quantitativ ausgelegt und nur wenig skalierbar. Die Anwendung in einem neuen Kontext erfordert oft zeitaufwändige Anpassungen. Im Gegensatz dazu bietet das Windmühlen-Modell eine skalierbare, eher qualitativ ausgerichtete Lagedarstellung und ist aufgrund seines unkomplizierten Aufbaus innerhalb kürzester Zeit für eine Nutzung in verschiedensten Schadenslagen adaptierbar.
N2  - During large-scale emergencies and disasters, relief units and hospital staff work together to manage the critical situation. Command and control structures need a detailed situational assessment to coordinate relief efforts. During the SARS-CoV-2 pandemic an overview of hospital supplies and resources was vital to detect local shortages early and find appropriate measures to resolve them. For this purpose, the windmill model was implemented in Bavaria, Germany, in November 2021. Based on an online platform, the seven Bavarian districts gave daily updates on their hospitals’ situation regarding staff, supplies and space. Additionally, there was a tool to record patient transfers to different hospitals. In the dissertation at hand the data collected by the windmill-online platform from 21. November 2021 to 20. February 2022 was evaluated, statistically analyzed and compared to the local 7-day-incidence rates of SARS-CoV-2 virus. The windmill model was able to very effectively showcase differences in strain on the hospital care capacities amongst the districts. Overall, the intensive care units were burdened more heavily than standard care units. The quality of hospital care on Covid-wards was impaired more strongly than on non-Covid-wards. This thesis provides evidence for the windmill situation reports not only depicting the local incidence rates but portraying the actual current hospital care capacities in the districts. The documented patient transfers took place from regions with high incidence rates and poor resource availability to districts with a less critical situation. Thus, specific consequences, like strategic patient transfers, were deduced from situational reports in the windmill model. Situational reports are crucial in collaboration for crisis management. Established systems for situational assessment are often based on quantitative analysis and lack scalability. Using those in a different scenario would require time-consuming adaptations. In contrast the windmill model provides a scalable more qualitatively based situational assessment and is, due to its straightforward format, quickly adaptable to use in any future disaster.
KW  - Katastrophenmedizin
KW  - Massenanfall von Verletzten oder Erkrankten
KW  - Notfallmedizin
KW  - Einsatzleitung
KW  - Lagedarstellung
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369595
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nair, Radhika Karal
T1  - Structural and biochemical characterization of USP28 inhibition by small molecule inhibitors
T1  - Strukturelle und biochemische Charakterisierung der Hemmung von USP28 durch niedermolekulare Inhibitoren
N2  - Ubiquitination is an important post-translational modification that maintains cellular homeostasis by regulating various biological processes. Deubiquitinases (DUBs) are enzymes that reverse the ubiquitination process by catalyzing the removal of ubiquitin from a substrate. Abnormal expression or function of DUBs is often associated with the onset and progression of various diseases, including cancer. Ubiquitin specific proteases (USPs), which constitute the largest family of DUBs in humans, have become the center of interest as potential targets in cancer therapy as many of them display increased activity or are overexpressed in a range of malignant tumors or the tumor microenvironment. 
Two related members of the USP family, USP28 and USP25, share high sequence identities but play diverse biological roles. USP28 regulates cell proliferation, oncogenesis, DNA damage repair and apoptosis, whereas USP25 is involved in the anti-viral response, innate immunity and ER-associated degradation in addition to carcinogenesis. USP28 and USP25 also exhibit different oligomeric states – while USP28 is a constitutively active dimer, USP25 assumes an auto-inhibited tetrameric structure. The catalytic domains of both USP28 and USP25 comprise the canonical, globular USP-domain but contain an additional, extended insertion site called USP25/28 catalytic domain inserted domain (UCID) that mediates oligomerization of the proteins. Disruption of the USP25 tetramer leads to the formation of an activated dimeric protein. However, it is still not clear what triggers its activation. 
Due to their role in maintaining and stabilizing numerous oncoproteins, USP28 and USP25 have emerged as interesting candidates for anti-cancer therapy. Recent advances in small-molecular inhibitor development have led to the discovery of relatively potent inhibitors of USP28 and USP25. This thesis focuses on the structural elucidation of USP28 and the biochemical characterization of USP28/USP25, both in complex with representatives of three out of the eight compound classes reported as USP28/USP25-specific inhibitors. The crystal structures of USP28 in complex with the AZ compounds, Vismodegib and FT206 reveal that all three inhibitor classes bind into the same allosteric pocket distant from the catalytic center, located between the palm and the thumb subdomains (the S1-site). Intriguingly, this binding pocket is identical to the UCID-tip binding interface in the USP25 tetramer, rendering the protein in a locked, inactive conformation. Formation of the binding pocket in USP28 requires a shift in the helix α5, which induces conformational changes and local distortion of the binding channel that typically accommodates the C-terminal tail of Ubiquitin, thus preventing catalysis and abrogating USP28 activity. The key residues of the USP28-inhibitor binding pocket are highly conserved in USP25. Mutagenesis studies of these residues accompanied by biochemical and biophysical assays confirm the proposed mechanism of inhibition and similar binding to USP25. 
This work provides valuable insights into the inhibition mechanism of the small molecule compounds specifically for the DUBs USP28 and USP25. The USP28-inhibitor complex structures offer a framework to develop more specific and potent inhibitors.
N2  - Ubiquitinierung ist eine wichtige posttranslationale Modifikation, die die zelluläre Homöostase aufrechterhält, indem sie verschiedene biologische Prozesse reguliert. Deubiquitinasen (DUBs) sind Enzyme, die den Ubiquitinierungsprozess umkehren, indem sie die Entfernung von Ubiquitin von einem Substrat katalysieren. Eine abnorme Expression oder Funktion von DUBs wird häufig mit dem Auftreten und Fortschreiten verschiedener Krankheiten, einschließlich Krebs, in Verbindung gebracht. Ubiquitin-spezifische Proteasen (USPs), die im Menschen die größte Familie der DUBs bilden, sind als potenzielle Ziele in der Krebstherapie von besonderem Interesse, da viele von ihnen in bösartigen Tumoren oder deren Mikroumgebung abnormal aktiv oder überexprimiert sind. 

Die zwei eng verwandten Mitglieder der USP-Familie, USP28 und USP25, weisen eine hohe Sequenzidentität auf, sind aber an unterschiedlichen biologischen Prozessen beteiligt. USP28 reguliert die Zellproliferation, die Onkogenese, die Reparatur von DNA-Schäden und die Apoptose, während USP25 eine Rolle bei der antiviralen Reaktion, der angeborenen Immunität, dem ER-assoziierten Abbau und der Carcinogenese spielt. USP28 und USP25 weisen auch unterschiedliche oligomere Zustände auf. Während USP28 ein konstitutiv aktives Dimer bildet, tritt USP25 als auto-inhibiertes Tetramer auf. Strukturell bestehen die katalytischen Domänen sowohl von USP28 als auch von USP25 aus der kanonischen globulären USP-Domäne enthalten jedoch eine zusätzliche Insertion, die als „USP25/28 catalytic domain inserted domain (UCID)“ bezeichnet wird und die Oligomerisierung der Proteine vermittelt. Die Dissoziation des USP25 Tetramers in Dimere führt zu einem aktivierten USP25-Protein. Es ist jedoch immer noch nicht klar, was seine Aktivierung auslöst. 

Aufgrund ihrer Rolle bei der Aufrechterhaltung und Stabilisierung zahlreicher Onkoproteine haben sich USP28 und USP25 als interessante Kandidaten für die Entwicklung von Medikamenten in der Krebstherapie erwiesen. Jüngste Fortschritte in der Entwicklung von niedermolekularen Inhibitoren haben zur Entdeckung von relativ potenten Inhibitoren von USP28 und USP25 geführt. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Strukturaufklärung von USP28 und die biochemische Charakterisierung von USP28/USP25, beide im Komplex mit Vertretern von drei der acht Verbindungsklassen, die als USP28/USP25-spezifische Inhibitoren bekannt sind. Die Kristallstrukturen von USP28 im Komplex mit den AZ-Verbindungen, Vismodegib und FT206 zeigen, dass alle Inhibitoren in einer ähnlichen Region an USP28 binden - einer allosterischen Tasche, die in der Nähe des katalytischen Zentrums liegt und sich zwischen der Handflächen- und der Daumen-Subdomäne befindet. Diese Bindungstasche ist identisch mit der Position, an der der „UCID-tip“ im USP25-Tetramer bindet und das Protein in eine verschränkte, inaktive Konformation versetzt. Die Bildung der Bindungstasche in USP28 erfordert eine Verschiebung der α5-Helix, die zu Konformationsänderungen und einer lokalen Verzerrung des Bindungskanalsführt, der normalerweise den C-terminus des Ubiquitin-Moleküls bindet und so die Katalyse verhindert und die Aktivität von USP28 hemmt. Die Schlüsselreste der USP28-Inhibitor-Bindungstasche sind in USP25 hoch konserviert. Mutagenese-Studien dieser Aminosäuren, begleitet von biochemischen und biophysikalischen Analysen, bestätigen den vorgeschlagenen Mechanismus der Hemmung und eine ähnliche Bindung der Inhibitoren an USP25. 

Diese Arbeit liefert wertvolle Einblicke in den Hemmungsmechanismus der Kleinmolekülverbindungen, die spezifisch für die DUBs USP28 und USP25 entwickelt worden sind. Die Strukturen der USP28-Inhibitor-Komplexe bieten eine Grundlage für die zukünftige Entwicklung spezifischerer und wirksamerer Inhibitoren.
KW  - USP
KW  - Inhibition
KW  - enzyme
KW  - crystallography
KW  - Unique Selling Proposition
KW  - Inhibition
KW  - Enzym
KW  - Kristallographie
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-281742
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
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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
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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  - 
TY  - JOUR
A1  - Scholz, S. L.
A1  - Cosgarea, I.
A1  - Süßkind, D.
A1  - Murali, R.
A1  - Möller, I.
A1  - Reis, H.
A1  - Leonardelli, S.
A1  - Schilling, B.
A1  - Schimming, T.
A1  - Hadaschik, E.
A1  - Franklin, C.
A1  - Paschen, A.
A1  - Sucker, A.
A1  - Steuhl, K. P.
A1  - Schadendorf, D.
A1  - Westekemper, H.
A1  - Griewank, K. G.
T1  - NF1 mutations in conjunctival melanoma
JF  - British Journal of Cancer
N2  - Background
Conjunctival melanoma is a potentially deadly eye tumour. Despite effective local therapies, tumour recurrence and metastasis remain frequent. The genetics of conjunctival melanomas remain incompletely understood.

Methods
A large cohort of 63 conjunctival melanomas was screened for gene mutations known to be important in other melanoma subtypes by targeted next-generation sequencing. Mutation status was correlated with patient prognosis.

Results
Frequent mutations in genes activating the MAP kinase pathway were identified. NF1 mutations were most frequent (n = 21, 33%). Recurrent activating mutations were also identified in BRAF (n = 16, 25%) and RAS genes (n = 12, 19%; 11 NRAS and 1 KRAS).

Conclusions
Similar to cutaneous melanomas, conjunctival melanomas can be grouped genetically into four groups: BRAF-mutated, RAS-mutated, NF1-mutated and triple wild-type melanomas. This genetic classification may be useful for assessment of therapeutic options for patients with metastatic conjunctival melanoma
KW  - cancer genetics
KW  - eye cancer
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233329
VL  - 118
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Steuer Costa, Wagner
A1  - Van der Auwera, Petrus
A1  - Glock, Caspar
A1  - Liewald, Jana F.
A1  - Bach, Maximilian
A1  - Schüler, Christina
A1  - Wabnig, Sebastian
A1  - Oranth, Alexandra
A1  - Masurat, Florentin
A1  - Bringmann, Henrik
A1  - Schoofs, Liliane
A1  - Stelzer, Ernst H. K.
A1  - Fischer, Sabine C.
A1  - Gottschalk, Alexander
T1  - A GABAergic and peptidergic sleep neuron as a locomotion stop neuron with compartmentalized Ca2+ dynamics
JF  - Nature Communications
N2  - Animals must slow or halt locomotion to integrate sensory inputs or to change direction. In Caenorhabditis elegans, the GABAergic and peptidergic neuron RIS mediates developmentally timed quiescence. Here, we show RIS functions additionally as a locomotion stop neuron. RIS optogenetic stimulation caused acute and persistent inhibition of locomotion and pharyngeal pumping, phenotypes requiring FLP-11 neuropeptides and GABA. RIS photoactivation allows the animal to maintain its body posture by sustaining muscle tone, yet inactivating motor neuron oscillatory activity. During locomotion, RIS axonal Ca2+ signals revealed functional compartmentalization: Activity in the nerve ring process correlated with locomotion stop, while activity in a branch correlated with induced reversals. GABA was required to induce, and FLP-11 neuropeptides were required to sustain locomotion stop. RIS attenuates neuronal activity and inhibits movement, possibly enabling sensory integration and decision making, and exemplifies dual use of one cell across development in a compact nervous system.
KW  - cellular neuroscience
KW  - neural circuits
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223273
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Carradec, Quentin
A1  - Pelletier, Eric
A1  - Da Silva, Corinne
A1  - Alberti, Adriana
A1  - Seeleuthner, Yoann
A1  - Blanc-Mathieu, Romain
A1  - Lima-Mendez, Gipsi
A1  - Rocha, Fabio
A1  - Tirichine, Leila
A1  - Labadie, Karine
A1  - Kirilovsky, Amos
A1  - Bertrand, Alexis
A1  - Engelen, Stefan
A1  - Madoui, Mohammed-Amin
A1  - Méheust, Raphaël
A1  - Poulain, Julie
A1  - Romac, Sarah
A1  - Richter, Daniel J.
A1  - Yoshikawa, Genki
A1  - Dimier, Céline
A1  - Kandels-Lewis, Stefanie
A1  - Picheral, Marc
A1  - Searson, Sarah
A1  - Jaillon, Olivier
A1  - Aury, Jean-Marc
A1  - Karsenti, Eric
A1  - Sullivan, Matthew B.
A1  - Sunagawa, Shinichi
A1  - Bork, Peer
A1  - Not, Fabrice
A1  - Hingamp, Pascal
A1  - Raes, Jeroen
A1  - Guidi, Lionel
A1  - Ogata, Hiroyuki
A1  - de Vargas, Colomban
A1  - Iudicone, Daniele
A1  - Bowler, Chris
A1  - Wincker, Patrick
T1  - A global ocean atlas of eukaryotic gene
JF  - Nature Communications
N2  - While our knowledge about the roles of microbes and viruses in the ocean has increased tremendously due to recent advances in genomics and metagenomics, research on marine microbial eukaryotes and zooplankton has benefited much less from these new technologies because of their larger genomes, their enormous diversity, and largely unexplored physiologies. Here, we use a metatranscriptomics approach to capture expressed genes in open ocean Tara Oceans stations across four organismal size fractions. The individual sequence reads cluster into 116 million unigenes representing the largest reference collection of eukaryotic transcripts from any single biome. The catalog is used to unveil functions expressed by eukaryotic marine plankton, and to assess their functional biogeography. Almost half of the sequences have no similarity with known proteins, and a great number belong to new gene families with a restricted distribution in the ocean. Overall, the resource provides the foundations for exploring the roles of marine eukaryotes in ocean ecology and biogeochemistry.
KW  - genomics
KW  - marine biology
KW  - microbial ecology
KW  - water microbiology
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222250
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Brunk, Michael
A1  - Sputh, Sebastian
A1  - Doose, Sören
A1  - van de Linde, Sebastian
A1  - Terpitz, Ulrich
T1  - HyphaTracker: An ImageJ toolbox for time-resolved analysis of spore germination in filamentous fungi
JF  - Scientific Reports
N2  - The dynamics of early fungal development and its interference with physiological signals and environmental factors is yet poorly understood. Especially computational analysis tools for the evaluation of the process of early spore germination and germ tube formation are still lacking. For the time-resolved analysis of conidia germination of the filamentous ascomycete Fusarium fujikuroi we developed a straightforward toolbox implemented in ImageJ. It allows for processing of microscopic acquisitions (movies) of conidial germination starting with drift correction and data reduction prior to germling analysis. From the image time series germling related region of interests (ROIs) are extracted, which are analysed for their area, circularity, and timing. ROIs originating from germlings crossing other hyphae or the image boundaries are omitted during analysis. Each conidium/hypha is identified and related to its origin, thus allowing subsequent categorization. The efficiency of HyphaTracker was proofed and the accuracy was tested on simulated germlings at different signal-to-noise ratios. Bright-field microscopic images of conidial germination of rhodopsin-deficient F. fujikuroi mutants and their respective control strains were analysed with HyphaTracker. Consistent with our observation in earlier studies the CarO deficient mutant germinated earlier and grew faster than other, CarO expressing strains.
KW  - bioinformatics
KW  - cell growth
KW  - fungal biology
KW  - microscopy
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-221691
VL  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - China, Swarup
A1  - Burrows, Susannah M.
A1  - Wang, Bingbing
A1  - Harder, Tristan H.
A1  - Weis, Johannes
A1  - Tanarhte, Meryem
A1  - Rizzo, Luciana V.
A1  - Brito, Joel
A1  - Cirino, Glauber G.
A1  - Ma, Po-Lun
A1  - Cliff, John
A1  - Artaxo, Paulo
A1  - Gilles, Mary K.
A1  - Laskin, Alexander
T1  - Fungal spores as a source of sodium salt particles in the Amazon basin
JF  - Nature Communications
N2  - In the Amazon basin, particles containing mixed sodium salts are routinely observed and are attributed to marine aerosols transported from the Atlantic Ocean. Using chemical imaging analysis, we show that, during the wet season, fungal spores emitted by the forest biosphere contribute at least 30% (by number) to sodium salt particles in the central Amazon basin. Hydration experiments indicate that sodium content in fungal spores governs their growth factors. Modeling results suggest that fungal spores account for ~69% (31–95%) of the total sodium mass during the wet season and that their fractional contribution increases during nighttime. Contrary to common assumptions that sodium-containing aerosols originate primarily from marine sources, our results suggest that locally-emitted fungal spores contribute substantially to the number and mass of coarse particles containing sodium. Hence, their role in cloud formation and contribution to salt cycles and the terrestrial ecosystem in the Amazon basin warrant further consideration.
KW  - atmospheric chemistry
KW  - biogeochemistry
KW  - environmental sciences
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222492
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bruchhagen, Christin
A1  - Jarick, Marcel
A1  - Mewis, Carolin
A1  - Hertlein, Tobias
A1  - Niemann, Silke
A1  - Ohlsen, Knut
A1  - Peters, Georg
A1  - Planz, Oliver
A1  - Ludwig, Stephan
A1  - Ehrhardt, Christina
T1  - Metabolic conversion of CI-1040 turns a cellular MEK-inhibitor into an antibacterial compound
JF  - Scientific Reports
N2  - Influenza virus (IV) infections cause severe respiratory illnesses that can be complicated by bacterial super-infections. Previously, we identified the cellular Raf-MEK-ERK cascade as a promising antiviral target. Inhibitors of MEK, such as CI-1040, showed potent antiviral activity. However, it remained unclear if this inhibitor and its active form, ATR-002, might sensitize host cells to either IV or secondary bacterial infections. To address these questions, we studied the anti-pathogen activity of ATR-002 in comparison to CI-1040, particularly, its impact on Staphylococcus aureus (S. aureus), which is a major cause of IV super-infections. We analysed IV and S. aureus titres in vitro during super-infection in the presence and absence of the drugs and characterized the direct impact of ATR-002 on bacterial growth and phenotypic changes. Importantly, neither CI-1040 nor ATR-002 treatment led to increased bacterial titres during super-infection, indicating that the drug does not sensitize cells for bacterial infection. In contrast, we rather observed reduced bacterial titres in presence of ATR-002. Surprisingly, ATR-002 also led to reduced bacterial growth in suspension cultures, reduced stress- and antibiotic tolerance without resistance induction. Our data identified for the first time that a particular MEK-inhibitor metabolite exhibits direct antibacterial activity, which is likely due to interference with the bacterial PknB kinase/Stp phosphatase signalling system.
KW  - antimicrobials
KW  - pathogens
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-221648
VL  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Castilho, Miguel
A1  - Hochleitner, Gernot
A1  - Wilson, Wouter
A1  - van Rietbergen, Bert
A1  - Dalton, Paul D.
A1  - Groll, Jürgen
A1  - Malda, Jos
A1  - Ito, Keita
T1  - Mechanical behavior of a soft hydrogel reinforced with three-dimensional printed microfibre scaffolds
JF  - Scientific Reports
N2  - Reinforcing hydrogels with micro-fibre scaffolds obtained by a Melt-Electrospinning Writing (MEW) process has demonstrated great promise for developing tissue engineered (TE) constructs with mechanical properties compatible to native tissues. However, the mechanical performance and reinforcement mechanism of the micro-fibre reinforced hydrogels is not yet fully understood. In this study, FE models, implementing material properties measured experimentally, were used to explore the reinforcement mechanism of fibre-hydrogel composites. First, a continuum FE model based on idealized scaffold geometry was used to capture reinforcement effects related to the suppression of lateral gel expansion by the scaffold, while a second micro-FE model based on micro-CT images of the real construct geometry during compaction captured the effects of load transfer through the scaffold interconnections. Results demonstrate that the reinforcement mechanism at higher scaffold volume fractions was dominated by the load carrying-ability of the fibre scaffold interconnections, which was much higher than expected based on testing scaffolds alone because the hydrogel provides resistance against buckling of the scaffold. We propose that the theoretical understanding presented in this work will assist the design of more effective composite constructs with potential applications in a wide range of TE conditions.
KW  - biomedical engineering
KW  - biomedical materials
KW  - gels and hydrogels
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222280
VL  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ciuchi, Sergio
A1  - Di Sante, Domenico
A1  - Dobrosavljević, Vladimir
A1  - Fratini, Simone
T1  - The origin of Mooij correlations in disordered metals
JF  - npj Quantum Materials
N2  - Sufficiently disordered metals display systematic deviations from the behavior predicted by semi-classical Boltzmann transport theory. Here the scattering events from impurities or thermal excitations can no longer be considered as additive-independent processes, as asserted by Matthiessen’s rule following from this picture. In the intermediate region between the regime of good conduction and that of insulation, one typically finds a change of sign of the temperature coefficient of resistivity, even at elevated temperature spanning ambient conditions, a phenomenology that was first identified by Mooij in 1973. Traditional weak coupling approaches to identify relevant corrections to the Boltzmann picture focused on long-distance interference effects such as “weak localization”, which are especially important in low dimensions (1D and 2D) and close to the zero-temperature limit. Here we formulate a strong-coupling approach to tackle the interplay of strong disorder and lattice deformations (phonons) in bulk three-dimensional metals at high temperatures. We identify a polaronic mechanism of strong disorder renormalization, which describes how a lattice locally responds to the relevant impurity potential. This mechanism, which quantitatively captures the Mooij regime, is physically distinct and unrelated to Anderson localization, but realizes early seminal ideas of Anderson himself, concerning the interplay of disorder and lattice deformations.
KW  - electronic properties and materials
KW  - phase transitions and critical phenomena
KW  - theory and computation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223148
VL  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Al-Zaben, Naim
A1  - Medyukhina, Anna
A1  - Dietrich, Stefanie
A1  - Marolda, Alessandra
A1  - Hünniger, Kerstin
A1  - Kurzai, Oliver
A1  - Figge, Marc Thilo
T1  - Automated tracking of label-free cells with enhanced recognition of whole tracks
JF  - Scientific Reports
N2  - Migration and interactions of immune cells are routinely studied by time-lapse microscopy of in vitro migration and confrontation assays. To objectively quantify the dynamic behavior of cells, software tools for automated cell tracking can be applied. However, many existing tracking algorithms recognize only rather short fragments of a whole cell track and rely on cell staining to enhance cell segmentation. While our previously developed segmentation approach enables tracking of label-free cells, it still suffers from frequently recognizing only short track fragments. In this study, we identify sources of track fragmentation and provide solutions to obtain longer cell tracks. This is achieved by improving the detection of low-contrast cells and by optimizing the value of the gap size parameter, which defines the number of missing cell positions between track fragments that is accepted for still connecting them into one track. We find that the enhanced track recognition increases the average length of cell tracks up to 2.2-fold. Recognizing cell tracks as a whole will enable studying and quantifying more complex patterns of cell behavior, e.g. switches in migration mode or dependence of the phagocytosis efficiency on the number and type of preceding interactions. Such quantitative analyses will improve our understanding of how immune cells interact and function in health and disease.
KW  - image processing
KW  - software
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-221093
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dammert, Marcel A.
A1  - Brägelmann, Johannes
A1  - Olsen, Rachelle R.
A1  - Böhm, Stefanie
A1  - Monhasery, Niloufar
A1  - Whitney, Christopher P.
A1  - Chalishazar, Milind D.
A1  - Tumbrink, Hannah L.
A1  - Guthrie, Matthew R.
A1  - Klein, Sebastian
A1  - Ireland, Abbie S.
A1  - Ryan, Jeremy
A1  - Schmitt, Anna
A1  - Marx, Annika
A1  - Ozretić, Luka
A1  - Castiglione, Roberta
A1  - Lorenz, Carina
A1  - Jachimowicz, Ron D.
A1  - Wolf, Elmar
A1  - Thomas, Roman K.
A1  - Poirier, John T.
A1  - Büttner, Reinhard
A1  - Sen, Triparna
A1  - Byers, Lauren A.
A1  - Reinhardt, H. Christian
A1  - Letai, Anthony
A1  - Oliver, Trudy G.
A1  - Sos, Martin L.
T1  - MYC paralog-dependent apoptotic priming orchestrates a spectrum of vulnerabilities in small cell lung cancer
JF  - Nature Communications
N2  - MYC paralogs are frequently activated in small cell lung cancer (SCLC) but represent poor drug targets. Thus, a detailed mapping of MYC-paralog-specific vulnerabilities may help to develop effective therapies for SCLC patients. Using a unique cellular CRISPR activation model, we uncover that, in contrast to MYCN and MYCL, MYC represses BCL2 transcription via interaction with MIZ1 and DNMT3a. The resulting lack of BCL2 expression promotes sensitivity to cell cycle control inhibition and dependency on MCL1. Furthermore, MYC activation leads to heightened apoptotic priming, intrinsic genotoxic stress and susceptibility to DNA damage checkpoint inhibitors. Finally, combined AURK and CHK1 inhibition substantially prolongs the survival of mice bearing MYC-driven SCLC beyond that of combination chemotherapy. These analyses uncover MYC-paralog-specific regulation of the apoptotic machinery with implications for genotype-based selection of targeted therapeutics in SCLC patients.
KW  - genetic engineering
KW  - oncogenes
KW  - small-cell lung cancer
KW  - targeted therapies
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223569
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - de Jong, Simone
A1  - Diniz, Mateus Jose Abdalla
A1  - Saloma, Andiara
A1  - Gadelha, Ary
A1  - Santoro, Marcos L.
A1  - Ota, Vanessa K.
A1  - Noto, Cristiano
A1  - Curtis, Charles
A1  - Newhouse, Stephen J.
A1  - Patel, Hamel
A1  - Hall, Lynsey S.
A1  - O'Reilly, Paul F.
A1  - Belangero, Sintia I.
A1  - Bressan, Rodrigo A.
A1  - Breen, Gerome
T1  - Applying polygenic risk scoring for psychiatric disorders to a large family with bipolar disorder and major depressive disorder
JF  - Communications Biology
N2  - Psychiatric disorders are thought to have a complex genetic pathology consisting of interplay of common and rare variation. Traditionally, pedigrees are used to shed light on the latter only, while here we discuss the application of polygenic risk scores to also highlight patterns of common genetic risk. We analyze polygenic risk scores for psychiatric disorders in a large pedigree (n ~ 260) in which 30% of family members suffer from major depressive disorder or bipolar disorder. Studying patterns of assortative mating and anticipation, it appears increased polygenic risk is contributed by affected individuals who married into the family, resulting in an increasing genetic risk over generations. This may explain the observation of anticipation in mood disorders, whereby onset is earlier and the severity increases over the generations of a family. Joint analyses of rare and common variation may be a powerful way to understand the familial genetics of psychiatric disorders.
KW  - bipolar disorder
KW  - depression
KW  - genetic association study
KW  - genetic linkage study
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223622
VL  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dekker, Annelot M.
A1  - Diekstra, Frank P.
A1  - Pulit, Sara L.
A1  - Tazelaar, Gijs H. P.
A1  - van der Spek, Rick A.
A1  - van Rheenen, Wouter
A1  - van Eijk, Kristel R.
A1  - Calvo, Andrea
A1  - Brunetti, Maura
A1  - Van Damme, Philip
A1  - Robberecht, Wim
A1  - Hardiman, Orla
A1  - McLaughlin, Russell
A1  - Chiò, Adriano
A1  - Sendtner, Michael
A1  - Ludolph, Albert C.
A1  - Weishaupt, Jochen H.
A1  - Pardina, Jesus S. Mora
A1  - van den Berg, Leonard H.
A1  - Veldink, Jan H.
T1  - Exome array analysis of rare and low frequency variants in amyotrophic lateral sclerosis
JF  - Scientific Reports
N2  - Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that affects 1 in ~350 individuals. Genetic association studies have established ALS as a multifactorial disease with heritability estimated at ~61%, and recent studies show a prominent role for rare variation in its genetic architecture. To identify rare variants associated with disease onset we performed exome array genotyping in 4,244 cases and 3,106 controls from European cohorts. In this largest exome-wide study of rare variants in ALS to date, we performed single-variant association testing, gene-based burden, and exome-wide individual set-unique burden (ISUB) testing to identify single or aggregated rare variation that modifies disease risk. In single-variant testing no variants reached exome-wide significance, likely due to limited statistical power. Gene-based burden testing of rare non-synonymous and loss-of-function variants showed NEK1 as the top associated gene. ISUB analysis did not show an increased exome-wide burden of deleterious variants in patients, possibly suggesting a more region-specific role for rare variation. Complete summary statistics are released publicly. This study did not implicate new risk loci, emphasizing the immediate need for future large-scale collaborations in ALS that will expand available sample sizes, increase genome coverage, and improve our ability to detect rare variants associated to ALS.
KW  - amyotrophic lateral sclerosis
KW  - genome-wide association studies
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223686
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Diehl-Schmid, Janine
A1  - Licata, Abigail
A1  - Goldhardt, Oliver
A1  - Förstl, Hans
A1  - Yakushew, Igor
A1  - Otto, Markus
A1  - Anderl-Straub, Sarah
A1  - Beer, Ambros
A1  - Ludolph, Albert Christian
A1  - Landwehrmeyer, Georg Bernhard
A1  - Levin, Johannes
A1  - Danek, Adrian
A1  - Fliessbach, Klaus
A1  - Spottke, Annika
A1  - Fassbender, Klaus
A1  - Lyros, Epameinondas
A1  - Prudlo, Johannes
A1  - Krause, Bernd Joachim
A1  - Volk, Alexander
A1  - Edbauer, Dieter
A1  - Schroeter, Matthias Leopold
A1  - Drzezga, Alexander
A1  - Kornhuber, Johannes
A1  - Lauer, Martin
A1  - Grimmer, Timo
T1  - FDG-PET underscores the key role of the thalamus in frontotemporal lobar degeneration caused by C9ORF72 mutations
JF  - Translational Psychiatry
N2  - C9ORF72 mutations are the most common cause of familial frontotemporal lobar degeneration (FTLD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). MRI studies have investigated structural changes in C9ORF72-associated FTLD (C9FTLD) and provided first insights about a prominent involvement of the thalamus and the cerebellum. Our multicenter, 18F-fluorodeoxyglucose positron-emission tomography study of 22 mutation carriers with FTLD, 22 matched non-carriers with FTLD, and 23 cognitively healthy controls provided valuable insights into functional changes in C9FTLD: compared to non-carriers, mutation carriers showed a significant reduction of glucose metabolism in both thalami, underscoring the key role of the thalamus in C9FTLD. Thalamic metabolism did not correlate with disease severity, duration of disease, or the presence of psychotic symptoms. Against our expectations we could not demonstrate a cerebellar hypometabolism in carriers or non-carriers. Future imaging and neuropathological studies in large patient cohorts are required to further elucidate the central role of the thalamus in C9FTLD.
KW  - diagnostic markers
KW  - psychiatric disorders
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225308
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dietrich, Thomas
A1  - Krug, Ralf
A1  - Krastl, Gabriel
A1  - Tomson, Philip L.
T1  - Restoring the unrestorable! Developing coronal tooth tissue with a minimally invasive surgical extrusion technique
JF  - British Dental Journal
N2  - Surgical extrusion is a recognised treatment option for teeth that have insufficient coronal tooth structure remaining due to deep caries, resorption or traumatic injury. However, the technique has not been widely adopted, arguably because extraction of a severely compromised tooth may be difficult to achieve in a gentle and predictable way. In this paper, we present our novel approach to surgical extrusion and subsequent management of teeth using a vertical extraction system (Benex), which has become the method of choice in the authors' practice for many teeth that would otherwise be deemed unrestorable. We describe the clinical procedure in detail and discuss the advantages and disadvantages compared to alternative approaches, including surgical crown lengthening and orthodontic extrusion.
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-225333
VL  - 226
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Krah, Franz-Sebastian
A1  - Büntgen, Ulf
A1  - Schaefer, Hanno
A1  - Müller, Jörg
A1  - Andrew, Carrie
A1  - Boddy, Lynne
A1  - Diez, Jeffrey
A1  - Egli, Simon
A1  - Freckleton, Robert
A1  - Gange, Alan C.
A1  - Halvorsen, Rune
A1  - Heegaard, Einar
A1  - Heideroth, Antje
A1  - Heibl, Christoph
A1  - Heilmann-Clausen, Jacob
A1  - Høiland, Klaus
A1  - Kar, Ritwika
A1  - Kauserud, Håvard
A1  - Kirk, Paul M.
A1  - Kuyper, Thomas W.
A1  - Krisai-Greilhuber, Irmgard
A1  - Norden, Jenni
A1  - Papastefanou, Phillip
A1  - Senn-Irlet, Beatrice
A1  - Bässler, Claus
T1  - European mushroom assemblages are darker in cold climates
JF  - Nature Communications
N2  - Thermal melanism theory states that dark-colored ectotherm organisms are at an advantage at low temperature due to increased warming. This theory is generally supported for ectotherm animals, however, the function of colors in the fungal kingdom is largely unknown. Here, we test whether the color lightness of mushroom assemblages is related to climate using a dataset of 3.2 million observations of 3,054 species across Europe. Consistent with the thermal melanism theory, mushroom assemblages are significantly darker in areas with cold climates. We further show differences in color phenotype between fungal lifestyles and a lifestyle differentiated response to seasonality. These results indicate a more complex ecological role of mushroom colors and suggest functions beyond thermal adaption. Because fungi play a crucial role in terrestrial carbon and nutrient cycles, understanding the links between the thermal environment, functional coloration and species’ geographical distributions will be critical in predicting ecosystem responses to global warming.
KW  - evolutionary ecology
KW  - fungal ecology
KW  - fungal evolution
KW  - macroecology
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224815
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hauer, Nadine N.
A1  - Popp, Bernt
A1  - Schoeller, Eva
A1  - Schuhmann, Sarah
A1  - Heath, Karen E.
A1  - Hisado-Oliva, Alfonso
A1  - Klinger, Patricia
A1  - Kraus, Cornelia
A1  - Trautmann, Udo
A1  - Zenker, Martin
A1  - Zweier, Christiane
A1  - Wiesener, Antje
A1  - Jamra, Rami Abou
A1  - Kunstmann, Erdmute
A1  - Wieczorek, Dagmar
A1  - Uebe, Steffen
A1  - Ferrazzi, Fulvia
A1  - Büttner, Christian
A1  - Ekici, Arif B.
A1  - Rauch, Anita
A1  - Sticht, Heinrich
A1  - Dörr, Helmuth-Günther
A1  - Reis, André
A1  - Thiel, Christian T.
T1  - Clinical relevance of systematic phenotyping and exome sequencing in patients with short stature
JF  - Genetics in Medicine
N2  - Purpose
Short stature is a common condition of great concern to patients and their families. Mostly genetic in origin, the underlying cause often remains elusive due to clinical and genetic heterogeneity.

Methods
We systematically phenotyped 565 patients where common nongenetic causes of short stature were excluded, selected 200 representative patients for whole-exome sequencing, and analyzed the identified variants for pathogenicity and the affected genes regarding their functional relevance for growth.

Results
By standard targeted diagnostic and phenotype assessment, we identified a known disease cause in only 13.6% of the 565 patients. Whole-exome sequencing in 200 patients identified additional mutations in known short-stature genes in 16.5% of these patients who manifested only part of the symptomatology. In 15.5% of the 200 patients our findings were of significant clinical relevance. Heterozygous carriers of recessive skeletal dysplasia alleles represented 3.5% of the cases.

Conclusion
A combined approach of systematic phenotyping, targeted genetic testing, and whole-exome sequencing allows the identification of the underlying cause of short stature in at least 33% of cases, enabling physicians to improve diagnosis, treatment, and genetic counseling. Exome sequencing significantly increases the diagnostic yield and consequently care in patients with short stature.
KW  - growth
KW  - phenotypic spectrum
KW  - short stature
KW  - skeletal dysplasia
KW  - whole-exome sequencing
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-227888
VL  - 20
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kreinberg, Sören
A1  - Grbešić, Tomislav
A1  - Strauß, Max
A1  - Carmele, Alexander
A1  - Emmerling, Monika
A1  - Schneider, Christian
A1  - Höfling, Sven
A1  - Porte, Xavier
A1  - Reitzenstein, Stephan
T1  - Quantum-optical spectroscopy of a two-level system using an electrically driven micropillar laser as a resonant excitation source
JF  - Light: Science & Applications
N2  - Two-level emitters are the main building blocks of photonic quantum technologies and are model systems for the exploration of quantum optics in the solid state. Most interesting is the strict resonant excitation of such emitters to control their occupation coherently and to generate close to ideal quantum light, which is of utmost importance for applications in photonic quantum technology. To date, the approaches and experiments in this field have been performed exclusively using bulky lasers, which hinders the application of resonantly driven two-level emitters in compact photonic quantum systems. Here we address this issue and present a concept for a compact resonantly driven single-photon source by performing quantum-optical spectroscopy of a two-level system using a compact high-β microlaser as the excitation source. The two-level system is based on a semiconductor quantum dot (QD), which is excited resonantly by a fiber-coupled electrically driven micropillar laser. We dress the excitonic state of the QD under continuous wave excitation, and trigger the emission of single photons with strong multi-photon suppression (g\(^{(2)}\)(0)=0.02) and high photon indistinguishability (V = 57±9%) via pulsed resonant excitation at 156 MHz. These results clearly demonstrate the high potential of our resonant excitation scheme, which can pave the way for compact electrically driven quantum light sources with excellent quantum properties to enable the implementation of advanced quantum communication protocols.
KW  - near-infrared spectroscopy
KW  - photonic devices
KW  - semiconductor lasers
KW  - single photons and quantum effects
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-229802
VL  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ludwig, Heinz
A1  - Delforge, Michel
A1  - Facon, Thierry
A1  - Einsele, Hermann
A1  - Gay, Francesca
A1  - Moreau, Philippe
A1  - Avet-Loiseau, Hervé
A1  - Boccadoro, Mario
A1  - Hajek, Roman
A1  - Mohty, Mohamad
A1  - Cavo, Michele
A1  - Dimopoulos, Meletios A
A1  - San-Miguel, Jesús F
A1  - Terpos, Evangelos
A1  - Zweegman, Sonja
A1  - Garderet, Laurent
A1  - Mateos, María-Victoria
A1  - Cook, Gordon
A1  - Leleu, Xavier
A1  - Goldschmidt, Hartmut
A1  - Jackson, Graham
A1  - Kaiser, Martin
A1  - Weisel, Katja
A1  - van de Donk, Niels W. C. J.
A1  - Waage, Anders
A1  - Beksac, Meral
A1  - Mellqvist, Ulf H.
A1  - Engelhardt, Monika
A1  - Caers, Jo
A1  - Driessen, Christoph
A1  - Bladé, Joan
A1  - Sonneveld, Pieter
T1  - Prevention and management of adverse events of novel agents in multiple myeloma: a consensus of the European Myeloma Network
JF  - Leukemia
N2  - During the last few years, several new drugs have been introduced for treatment of patients with multiple myeloma, which have significantly improved the treatment outcome. All of these novel substances differ at least in part in their mode of action from similar drugs of the same drug class, or are representatives of new drug classes, and as such present with very specific side effect profiles. In this review, we summarize these adverse events, provide information on their prevention, and give practical guidance for monitoring of patients and for management of adverse events.
KW  - disease prevention
KW  - myeloma
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-237338
VL  - 32
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Milanese, Alessio
A1  - Mende, Daniel R
A1  - Paoli, Lucas
A1  - Salazar, Guillem
A1  - Ruscheweyh, Hans-Joachim
A1  - Cuenca, Miguelangel
A1  - Hingamp, Pascal
A1  - Alves, Renato
A1  - Costea, Paul I
A1  - Coelho, Luis Pedro
A1  - Schmidt, Thomas S. B.
A1  - Almeida, Alexandre
A1  - Mitchell, Alex L
A1  - Finn, Robert D.
A1  - Huerta-Cepas, Jaime
A1  - Bork, Peer
A1  - Zeller, Georg
A1  - Sunagawa, Shinichi
T1  - Microbial abundance, activity and population genomic profiling with mOTUs2
JF  - Nature Communications
N2  - Metagenomic sequencing has greatly improved our ability to profile the composition of environmental and host-associated microbial communities. However, the dependency of most methods on reference genomes, which are currently unavailable for a substantial fraction of microbial species, introduces estimation biases. We present an updated and functionally extended tool based on universal (i.e., reference-independent), phylogenetic marker gene (MG)-based operational taxonomic units (mOTUs) enabling the profiling of >7700 microbial species. As more than 30% of them could not previously be quantified at this taxonomic resolution, relative abundance estimates based on mOTUs are more accurate compared to other methods. As a new feature, we show that mOTUs, which are based on essential housekeeping genes, are demonstrably well-suited for quantification of basal transcriptional activity of community members. Furthermore, single nucleotide variation profiles estimated using mOTUs reflect those from whole genomes, which allows for comparing microbial strain populations (e.g., across different human body sites).
KW  - microbiome
KW  - software
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224089
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lee, Hong-Jen
A1  - Li, Chien-Feng
A1  - Ruan, Diane
A1  - He, Jiabei
A1  - Montal, Emily D.
A1  - Lorenz, Sonja
A1  - Girnun, Geoffrey D.
A1  - Chan, Chia-Hsin
T1  - Non-proteolytic ubiquitination of Hexokinase 2 by HectH9 controls tumor metabolism and cancer stem cell expansion
JF  - Nature Communications
N2  - Enormous efforts have been made to target metabolic dependencies of cancer cells for developing new therapies. However, the therapeutic efficacy of glycolysis inhibitors is limited due to their inability to elicit cell death. Hexokinase 2 (HK2), via its mitochondrial localization, functions as a central nexus integrating glycolysis activation and apoptosis resilience. Here we identify that K63-linked ubiquitination by HectH9 regulates the mitochondrial localization and function of HK2. Through stable isotope tracer approach and functional metabolic analyses, we show that HectH9 deficiency impedes tumor glucose metabolism and growth by HK2 inhibition. The HectH9/HK2 pathway regulates cancer stem cell (CSC) expansion and CSC-associated chemoresistance. Histological analyses show that HectH9 expression is upregulated and correlated with disease progression in prostate cancer. This work uncovers that HectH9 is a novel regulator of HK2 and cancer metabolism. Targeting HectH9 represents an effective strategy to achieve long-term tumor remission by concomitantly disrupting glycolysis and inducing apoptosis.
KW  - cancer
KW  - cancer metabolism
KW  - molecular biology
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236445
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Langhauser, Friederike
A1  - Casas, Ana I.
A1  - Dao, Vu-Thao-Vi
A1  - Guney, Emre
A1  - Menche, Jörg
A1  - Geuss, Eva
A1  - Kleikers, Pamela W. M.
A1  - López, Manuela G.
A1  - Barabási, Albert-L.
A1  - Kleinschnitz, Christoph
A1  - Schmidt, Harald H. H. W.
T1  - A diseasome cluster-based drug repurposing of soluble guanylate cyclase activators from smooth muscle relaxation to direct neuroprotection
JF  - npj Systems Biology and Applications
N2  - Network medicine utilizes common genetic origins, markers and co-morbidities to uncover mechanistic links between diseases. These links can be summarized in the diseasome, a comprehensive network of disease–disease relationships and clusters. The diseasome has been influential during the past decade, although most of its links are not followed up experimentally. Here, we investigate a high prevalence unmet medical need cluster of disease phenotypes linked to cyclic GMP. Hitherto, the central cGMP-forming enzyme, soluble guanylate cyclase (sGC), has been targeted pharmacologically exclusively for smooth muscle modulation in cardiology and pulmonology. Here, we examine the disease associations of sGC in a non-hypothesis based manner in order to identify possibly previously unrecognized clinical indications. Surprisingly, we find that sGC, is closest linked to neurological disorders, an application that has so far not been explored clinically. Indeed, when investigating the neurological indication of this cluster with the highest unmet medical need, ischemic stroke, pre-clinically we find that sGC activity is virtually absent post-stroke. Conversely, a heme-free form of sGC, apo-sGC, was now the predominant isoform suggesting it may be a mechanism-based target in stroke. Indeed, this repurposing hypothesis could be validated experimentally in vivo as specific activators of apo-sGC were directly neuroprotective, reduced infarct size and increased survival. Thus, common mechanism clusters of the diseasome allow direct drug repurposing across previously unrelated disease phenotypes redefining them in a mechanism-based manner. Specifically, our example of repurposing apo-sGC activators for ischemic stroke should be urgently validated clinically as a possible first-in-class neuroprotective therapy.
KW  - neurology
KW  - pharmacology
KW  - systems biology
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236381
VL  - 4
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Liao, Chunyu
A1  - Ttofali, Fani
A1  - Slotkowski, Rebecca A.
A1  - Denny, Steven R.
A1  - Cecil, Taylor D.
A1  - Leenay, Ryan T.
A1  - Keung, Albert J.
A1  - Beisel, Chase L.
T1  - Modular one-pot assembly of CRISPR arrays enables library generation and reveals factors influencing crRNA biogenesis
JF  - Nature Communications
N2  - CRISPR-Cas systems inherently multiplex through CRISPR arrays—whether to defend against different invaders or mediate multi-target editing, regulation, imaging, or sensing. However, arrays remain difficult to generate due to their reoccurring repeat sequences. Here, we report a modular, one-pot scheme called CRATES to construct CRISPR arrays and array libraries. CRATES allows assembly of repeat-spacer subunits using defined assembly junctions within the trimmed portion of spacers. Using CRATES, we construct arrays for the single-effector nucleases Cas9, Cas12a, and Cas13a that mediated multiplexed DNA/RNA cleavage and gene regulation in cell-free systems, bacteria, and yeast. CRATES further allows the one-pot construction of array libraries and composite arrays utilized by multiple Cas nucleases. Finally, array characterization reveals processing of extraneous CRISPR RNAs from Cas12a terminal repeats and sequence- and context-dependent loss of RNA-directed nuclease activity via global RNA structure formation. CRATES thus can facilitate diverse multiplexing applications and help identify factors impacting crRNA biogenesis.
KW  - biotechnology
KW  - CRISPR-Cas systems
KW  - microbiology
KW  - small RNAs
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236843
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Levy, Marion J. F.
A1  - Boulle, Fabien
A1  - Emerit, Michel Boris
A1  - Poilbout, Corinne
A1  - Steinbusch, Harry W. M.
A1  - Van den Hove, Daniel L. A.
A1  - Kenis, Gunter
A1  - Lanfumey, Laurence
T1  - 5-HTT independent effects of fluoxetine on neuroplasticity
JF  - Scientific Reports
N2  - Selective serotonin reuptake inhibitors are among the most prescribed antidepressants. Fluoxetine is the lead molecule which exerts its therapeutic effects, at least in part, by promoting neuroplasticity through increased brain-derived neurotrophic factor (BDNF)/tropomyosin-related receptor kinase B (TrkB) signalling. It is unclear however, to which extent the neuroplastic effects of fluoxetine are solely mediated by the inhibition of the serotonin transporter (5-HTT). To answer this question, the effects of fluoxetine on neuroplasticity were analysed in both wild type (WT) and 5-Htt knock-out (KO) mice. Using Western blotting and RT-qPCR approaches, we showed that fluoxetine 10 µM activated BDNF/TrkB signalling pathways in both CD1 and C57BL/6J mouse primary cortical neurons. Interestingly, effects on BDNF signalling were observed in primary cortical neurons from both 5-Htt WT and KO mice. In addition, a 3-week in vivo fluoxetine treatment (15 mg/kg/d; i.p.) increased the expression of plasticity genes in brains of both 5-Htt WT and KO mice, and tended to equally enhance hippocampal cell proliferation in both genotypes, without reaching significance. Our results further suggest that fluoxetine-induced neuroplasticity does not solely depend on 5-HTT blockade, but might rely, at least in part, on 5-HTT-independent direct activation of TrkB.
KW  - depression
KW  - neurotrophic factors
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236759
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Lee, Ching Hua
A1  - Imhof, Stefan
A1  - Berger, Christian
A1  - Bayer, Florian
A1  - Brehm, Johannes
A1  - Molenkamp, Laurens W.
A1  - Kiessling, Tobias
A1  - Thomale, Ronny
T1  - Topolectrical Circuits
JF  - Communications Physics
N2  - Invented by Alessandro Volta and Félix Savary in the early 19th century, circuits consisting of resistor, inductor and capacitor (RLC) components are omnipresent in modern technology. The behavior of an RLC circuit is governed by its circuit Laplacian, which is analogous to the Hamiltonian describing the energetics of a physical system. Here we show that topological insulating and semimetallic states can be realized in a periodic RLC circuit. Topological boundary resonances (TBRs) appear in the impedance read-out of a topolectrical circuit, providing a robust signal for the presence of topological admittance bands. For experimental illustration, we build the Su-Schrieffer–Heeger circuit, where our impedance measurement detects the TBR midgap state. Topolectrical circuits establish a bridge between electrical engineering and topological states of matter, where the accessibility, scalability, and operability of electronics synergizes with the intricate boundary properties of topological phases.
KW  - electronics, photonics and device physics
KW  - topological insulators
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236422
VL  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kügel, Jens
A1  - Karolak, Michael
A1  - Krönlein, Andreas
A1  - Serrate, David
A1  - Bode, Matthias
A1  - Sangiovanni, Giorgio
T1  - Reversible magnetic switching of high-spin molecules on a giant Rashba surface
JF  - npj Quantum Materials
N2  - The quantum mechanical screening of a spin via conduction electrons depends sensitively on the environment seen by the magnetic impurity. A high degree of responsiveness can be obtained with metal complexes, as the embedding of a metal ion into an organic molecule prevents intercalation or alloying and allows for a good control by an appropriate choice of the ligands. There are therefore hopes to reach an “on demand” control of the spin state of single molecules adsorbed on substrates. Hitherto one route was to rely on “switchable” molecules with intrinsic bistabilities triggered by external stimuli, such as temperature or light, or on the controlled dosing of chemicals to form reversible bonds. However, these methods constrain the functionality to switchable molecules or depend on access to atoms or molecules. Here, we present a way to induce bistability also in a planar molecule by making use of the environment. We found that the particular “habitat” offered by an antiphase boundary of the Rashba system BiAg2 stabilizes a second structure for manganese phthalocyanine molecules, in which the central Mn ion moves out of the molecular plane. This corresponds to the formation of a large magnetic moment and a concomitant change of the ground state with respect to the conventional adsorption site. The reversible spin switch found here shows how we can not only rearrange electronic levels or lift orbital degeneracies via the substrate, but even sway the effects of many-body interactions in single molecules by acting on their surrounding.
KW  - electronic structure of atoms and molecules
KW  - magnetic properties and materials
KW  - surfaces, interfaces and thin films
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230866
VL  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kurabi, Arwa
A1  - Schaerer, Daniel
A1  - Noack, Volker
A1  - Bernhardt, Marlen
A1  - Pak, Kwang
A1  - Alexander, Thomas
A1  - Husseman, Jacob
A1  - Nguyen, Quyen
A1  - Harris, Jeffrey P.
A1  - Ryan, Allen F.
T1  - Active Transport of Peptides Across the Intact Human Tympanic Membrane
JF  - Scientific Reports
N2  - We previously identified peptides that are actively transported across the intact tympanic membrane (TM) of rats with infected middle ears. To assess the possibility that this transport would also occur across the human TM, we first developed and validated an assay to evaluate transport in vitro using fragments of the TM. Using this assay, we demonstrated the ability of phage bearing a TM-transiting peptide to cross freshly dissected TM fragments from infected rats or from uninfected rats, guinea pigs and rabbits. We then evaluated transport across fragments of the human TM that were discarded during otologic surgery. Human trans-TM transport was similar to that seen in the animal species. Finally, we found that free peptide, unconnected to phage, was transported across the TM at a rate comparable to that seen for peptide-bearing phage. These studies provide evidence supporting the concept of peptide-mediated drug delivery across the intact TM and into the middle ears of patients.
KW  - assay systems
KW  - biological models
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230929
VL  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Liu, Yuhai
A1  - Wang, Zhenjiu
A1  - Sato, Toshihiro
A1  - Hohenadler, Martin
A1  - Wang, Chong
A1  - Guo, Wenan
A1  - Assaad, Fakher F.
T1  - Superconductivity from the condensation of topological defects in a quantum spin-Hall insulator
JF  - Nature Communications
N2  - The discovery of quantum spin-Hall (QSH) insulators has brought topology to the forefront of condensed matter physics. While a QSH state from spin-orbit coupling can be fully understood in terms of band theory, fascinating many-body effects are expected if it instead results from spontaneous symmetry breaking. Here, we introduce a model of interacting Dirac fermions where a QSH state is dynamically generated. Our tuning parameter further allows us to destabilize the QSH state in favour of a superconducting state through proliferation of charge-2e topological defects. This route to superconductivity put forward by Grover and Senthil is an instance of a deconfined quantum critical point (DQCP). Our model offers the possibility to study DQCPs without a second length scale associated with the reduced symmetry between field theory and lattice realization and, by construction, is amenable to large-scale fermion quantum Monte Carlo simulations.
KW  - computational science
KW  - phase transitions and critical phenomena
KW  - topological insulators
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-237024
VL  - 10
ER  - 
TY  - THES
A1  - Starz, Katharina Theresa
T1  - Das Sharenting in der Zivilrechtsdogmatik : zu den Grenzen elterlicher Dispositionsbefugnis über das Persönlichkeitsrecht des Kindes
T1  - Sharenting in Civil Law Dogmatics : On the Limits of Parental Power of Disposition over the Personal Rights of the Child
N2  - Im Zeitalter der sozialen Medien ist es für viele Eltern zur Gewohnheit geworden, nicht nur sich selbst, sondern auch das eigene Kind der Internetgemeinschaft zu präsentieren. Diese Praxis wird als "Sharenting" ("to share" + "parenting“) bezeichnet. So kommt es, dass mittlerweile ein Großteil der Kinder bereits in sehr jungen Jahren einen - unfreiwilligen - digitalen Fußabdruck hinterlässt. Der freizügige Umgang mit den Daten des Kindes bringt zahlreiche rechtliche Probleme mit sich, welche an den Schnittstellen des Rechts zum Schutz der Persönlichkeit, des Datenschutzrechts und des Familienrechts zu verorten sind. Am Beispiel der Plattformen Facebook, Instagram und WhatsApp lotet Katharina Theresa Starz die Grenzen des rechtlich Zulässigen aus und zeigt auf, welche Konsequenzen sich ergeben können, wenn ebendiese Grenzen von den Eltern überschritten werden.
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-369667
PB  - Mohr Siebeck
CY  - Tübingen
ER  -