TY  - JOUR
T1  - einBlick - Ausgabe 24 – 23. Juni 2020
N2  - Nachrichten aus der Julius-Maximilians-Universität Würzburg
KW  - Universität
KW  - Würzburg
KW  - University
KW  - Wuerzburg
KW  - Wurzburg
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-207017
UR  - https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/einblick/
VL  - 24/2020
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zinner, Martin Gerhard
T1  - Adsorbat-induzierte Oberflächensysteme und ultra-dünne intermetallische Legierungsfilme im Fokus der niederenergetischen Elektronenbeugung und spektroskopischer Analysemethoden
T1  - Adsorbate-unduced surface systems and ultra-thin intermetallic alloy films in the focus of low-energy electron diffraction and spectroscopic analysis methods
N2  - Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden mit unterschiedlichen Analysemethoden die Korrelationen zwischen den strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Selten Erd-basierten intermetallischen Oberflächenlegierungen anhand der beiden Probensysteme LaPt$_5$/Pt(111) und CePt$_5$/Pt(111) untersucht. Darüber hinaus werden die strukturellen Eigenschaften von Adsorbat-induzierten Oberflächenrekonstruktionen im sub-ML Bereich in reduzierten Dimensionen auf der Halbleiteroberfläche Si(111) anhand der beiden Materialsysteme Si(111)-(5$\times$2)-Au und Si(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn mit der Methode LEED-IV analysiert.

Das erste experimentelle Kapitel dieser Arbeit behandelt die intermetallische Oberflächenlegierung LaPt$_5$/Pt(111), die sich ausbildet wenn La-Atome auf einem sauberen Pt(111)-Substrat abgeschieden werden und anschließend thermische Energie hinzugefügt wird. Die Dicke der gebildeten Legierung lässt sich über die zuvor angebotene Menge an La-Atomen variieren und resultiert aufgrund der Gitterfehlanpassung von Pt(111) und den obenauf liegenden LaPt$_5$-Filmen in sechs unterschiedliche Beugungsmuster im LEED, deren Überstrukturvektoren durch zwei unterschiedliche Rotationsausrichtungen in Bezug auf das Gitter des Substrats und unterschiedlichen lateralen Gitterkonstanten der Filme gekennzeichnet sind. Die atomare Struktur kann auf eine gemeinsame Kristallstruktur zurückgeführt werden, deren Stöchiometrie aus dickenabhängigen AES-Messungen zu LaPt$_5$ mit einer Pt-reichen Oberflächenabschlusslage bestimmt werden konnte. Die Ergebnisse einer durchgeführten LEED-IV Studie bestätigen das Wachstum der Filme in der CaCu$_5$-Struktur, wobei die Oberflächenterminierungslage im Vergleich zum Volumengitter ein zusätzliches Pt-Atom pro Einheitszelle aufweist, das zusätzlich um einen Wert von \unit{0.26}{\angstrom} aus der Oberfläche hervorsteht. Die La-Atome, die direkt unterhalb der Terminierungslage liegen, erfahren eine Verschiebung in entgegengesetzter Richtung, so dass im Vergleich zum Volumen der Filme eine lokal veränderte Symmetrie im oberflächennahen Bereich vorherrscht und sich auf die elektronischen Eigenschaften der LaPt$_5$-Filme auswirkt. Darüber hinaus wurden die Schwingungseigenschaften der LaPt$_5$-Filme mittels der polarisierten in situ Raman-Spektroskopie bestimmt, bei der die auftretenden Schwingungspeaks durch die Kenntnis der atomaren Struktur und mit Überlegungen aus der Gruppentheorie unterschiedlichen Tiefenbereichen der LaPt$_5$-Filme (Volumen und Oberfläche) zugewiesen werden konnten.

Im zweiten experimentellen Kapitel liegt der Fokus auf der atomaren Struktur sowie auf den elektronischen und magnetischen Eigenschaften des Kondo- und Schwerfermionensystems CePt$_5$/Pt(111). In Abhängigkeit von der vor dem Legierungsprozess angebotenen Menge an Ce-Atomen auf dem Pt(111)-Substrat konnten insgesamt sieben verschiedene LEED-Phasen der CePt$_5$-Filme identifiziert werden, deren jeweilige Oberflächenrekonstruktionen durch eine unterschiedliche Rotationsausrichtung in Bezug auf das Pt(111)-Substrat gekennzeichnet sind. Zusätzlich ist die laterale Gitterkonstante einem Prozess aus Verspannung und Dehnung aufgrund der Gitterfehlanpassung von Film und Substrat ausgesetzt. Eine durchgeführte LEED-IV Analyse bestätigt das Wachstum der Filme in der CaCu$_5$-Struktur mit einer Pt-reichen Oberflächenabschlusslage, deren Pt$_3$-Kagom\'{e}-Lage im Vergleich zum Volumengitter mit einem zusätzlichen Pt-Atom pro Einheitszelle gefüllt ist. Die strukturellen Ergebnisse stimmen mit erzielten Resultaten aus früheren Arbeiten überein und verdeutlichen zudem die isostrukturellen Eigenschaften zur intermetallischen Oberflächenlegierung LaPt$_5$/Pt(111). Dies ermöglicht durch geeignete Vergleichsexperimente an LaPt$_5$/Pt(111) die induzierten Phänomene der $4f$-Elektronen bezüglich des Kondo- und Schwerfermionenverhaltens bei CePt$_5$/Pt(111)  zu bestimmen, da La-Atome in ihrem atomaren Aufbau keine $4f$-Elektronen beherbergen. Mit der polarisierten in situ Raman-Spektroskopie aufgenommene Spektren anhand von unterschiedlich dicken CePt$_5$-Filmen beinhalten sowohl charakteristische Schwingungspeaks als auch elektronische Übergänge. Das spektroskopische Verhalten der Schwingungspeaks zeigt dabei nicht nur Gemeinsamkeiten zu LaPt$_5$/Pt(111)  bei der Zuweisung der Schwingungsmoden zu den jeweiligen Tiefenbereichen in den CePt$_5$-Filmen, sondern es treten auch Unterschiede auf, da eine CePt$_5$-Schwingungsmode einem anormalen Temperaturverhalten unterliegt, das auf die Wechselwirkung mit den $4f$-Elektronen zurückzuführen ist. Weitere spezifische Raman-Signaturen, die elektronischen Übergängen in Form von Kristallfeldniveauaufspaltungen der $4f$-Elektronen von Ce zugewiesen werden konnten, resultieren ebenfalls aus unterschiedlichen Regionen der CePt$_5$-Filme (Oberfläche, inneres Volumen, Interface). Die magnetischen Eigenschaften der CePt$_5$-Filme wurden mit XAS und XMCD an den Ce M$_{4,5}$-Kanten in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Einfallswinkel, der Filmdicke und der Stärke des Magnetfelds analysiert. Die markanten Übergänge zwischen unterschiedlichen Curie-Weiss-Regimen in der inversen Suszeptibilität erlauben Rückschlüsse über das Kristallfeldaufspaltungsschema, die Kondo- und die RKKY-Wechselwirkung und korrelieren mit der Ce-Valenz. Zudem konnte bei tiefen Temperaturen ein Übergang in den kohärenten Schwerfermionen-Zustand für alle untersuchten CePt$_5$-Filmdicken in dieser Arbeit nachgewiesen werden. Durch die Vorhersage eines metamagnetischen Lifshitz-Übergangs für diese Filme, der sich in der Magnetfeldabhängigkeit des magnetischen Moments äußert, konnte durch die Aufnahme von Magnetisierungskurven bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern auf zwei weitere charakteristische Energieskalen der renormalisierten Bandstruktur zugegriffen werden.

Das dritte experimentelle Kapitel widmet sich der mit LEED und LEED-IV durchgeführten Aufklärung der atomaren Struktur eines quasi-eindimensionalen Elektronensystems, bei dem sich die gebildeten Au-Nanodrähte auf der Si(111)-Oberfläche durch eine Si(111)-(5$\times$2)-Au Rekonstruktion beschreiben lassen. Die aufgenommenen LEED-Bilder mit ihren markanten Beugungsreflexen und sogenannten Streifen deuten auf drei gleichwertige Rotationsdomänen, die jeweils um einen Winkel von \unit{120}{\degree} gegeneinander gedreht sind, auf der Oberfläche hin. Zudem konnte aus einer Simulation der Beugungsbilder das Auftreten von Streifen durch drei zusätzliche Spiegeldomänen, die eine Phasenverschiebung von einem halben Überstrukturvektor einführen und bei einer sorgfältigen LEED-IV Analyse ebenfalls berücksichtigt werden sollten, erklärt werden. Aus den in der Literatur nach einer zweiten Rekalibrierung der nötigen Menge an Au-Atomen zur Ausbildung der Si(111)-(5$\times$2)-Au Rekonstruktion in den letzten Jahren heftig diskutierten Strukturmodellen gibt das von Kwon und Kang aufgestellte Geometriemodell (KK-Modell) die beobachteten energieabhängigen Intensitätsmodulationen in den experimentellen Daten beim Vergleich mit theoretisch berechneten IV-Kurven am besten wieder. Für dieses Modell nimmt der R-Faktor nach Pendry bei den unabhängig voneinander betrachteten drei Energieserien unter verschiedenen Einfallswinkeln der Elektronen auf die Probenoberfläche stets den kleinsten Wert an. Unter der expliziten Berücksichtigung von Si-Adatomen, die sich zusätzlich auf der Oberfläche befinden und in einer (5$\times$4)-Einheitszelle beschrieben werden können, bleibt das KK-Modell das zu präferierende Strukturmodell zur Beschreibung der ausgebildeten Au-Ketten und der Si-Honigwabenstruktur bei der Si(111)-(5$\times$2)-Au Oberflächenrekonstruktion.

Im letzten experimentellen Kapitel wird ein zweidimensionales Elektronensystem -- die $\alpha$-Si(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn Oberflächenrekonstruktion, die sich bei 1/3 ML an Sn-Adsorbaten auf dem Si(111)-Substrat ausbildet -- im Hinblick auf die atomare Struktur bei Raumtemperatur mit LEED und LEED-IV untersucht. Aus den insgesamt sechs in die Analyse aufgenommenen Strukturmodellen, bei denen die Sn-Atome innerhalb der rekonstruierten ($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Einheitszelle unterschiedliche Adsorptionsplätze auf einer ideal terminierten Si(111)-Oberfläche einnehmen, konnte ein Legierungsverhalten, wie es bei der $\gamma$-Si(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn Phase auftritt, ausgeschlossen werden. Die Sn-Atome ordnen sich ausschließlich auf der Oberfläche neu an und führen zu einer Relaxation des darunterliegenden Substrats, deren atomare Verschiebungen sich bis in die sechste Si-Lage nachverfolgen lassen. Im Vergleich zu früheren Strukturaufklärungen an diesem Materialsystem bestätigt diese Analyse, dass sich die abgeschiedenen Sn-Atome auf T$_4$-Adsorptionsplätzen energetisch günstig anlagern, wobei die bei drei unterschiedlichen Einfallswinkeln aufgenommenen experimentellen Daten an unterschiedlichen Probenpositionen auf ein vorhandenes bzw. fehlendes Si-Atom auf einem S$_5$-Gitterplatz im darunterliegenden Si(111)-Substrat hindeuten. Außerdem konnte das theoretisch vorhergesagte dynamische Fluktuations-Modell aufgrund der sehr stark erhöhten thermischen Auslenkungen der Sn-Atome aus ihrer Gleichgewichtslage in den Modellrechnungen zur dynamischen Streutheorie nachgewiesen werden. Dies könnte neben den unregelmäßig angeordneten Si-Fehlstellen eine Ursache für das Ausbleiben des strukturell reversiblen Phasenübergangs von einer ($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Phase zu einer (3$\times$3)-Phase bei tiefen Temperaturen, wie er beispielsweise beim elektronisch vergleichbaren Adsorbatsystem Ge(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn auftritt, sein.
N2  - In the scope of the present PhD thesis the correlations between the structural, electronic, and magnetic properties of rare earth-based intermetallic surface compounds are examined by means of different analysis methods on the basis of the two sample systems LaPt$_5$/Pt(111) and CePt$_5$/Pt(111). In addition, the structural properties of adsorbate-induced surface reconstructions in the sub-ML range in reduced dimensions on the semiconductor surface Si(111) are analyzed on the basis of the two material systems Si(111)-(5$\times$2)-Au and Si(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn with LEED-IV.

The first experimental chapter of this thesis deals with the intermetallic surface compound LaPt$_5$/Pt(111). LaPt$_5$/Pt(111) forms when La atoms are deposited onto a clean Pt(111) substrate and subsequently thermal energy is applied. The thickness of the intermetallic film can be varied over the amount of La atoms offered before the alloying process and results in a total of six different diffraction patterns in LEED due to the lattice mismatch of Pt(111) and the LaPt$_5$ films on top. The superstructure vectors of the films formed are characterized by two different rotational orientations with respect to the lattice of the substrate and different lateral lattice constants of the films. The atomic structure can be traced back to a common crystal structure whose stoichiometry could be determined out of thickness dependent AES measurements to LaPt$_5$ with a Pt-rich surface termination layer. The results of a LEED-IV study confirm the growth of the films in the CaCu$_5$ structure, where the surface termination layer contains an additional Pt atom per unit cell compared to the bulk lattice. Additionally, this Pt atom protrudes from the surface by a value of \unit{0.26}{\angstrom}. The La atoms directly underneath the termination layer are shifted in opposite direction and therefore a locally changed symmetry prevails in the near surface region compared to the volume of the films and furthermore the electronic properties of the LaPt$_5$ films are affected. In addition, the vibrational properties of the LaPt$_5$ films were determined by means of polarized in situ Raman spectroscopy, in which the occurring vibrational peaks could be assigned to different depth regions of the LaPt$_5$ films (volume and surface) by knowledge of the detailed atomic structure and further considerations from group theory.

In the second experimental chapter, the focus is put on the atomic structure and the electronic and magnetic properties of the Kondo- and heavy-fermion system CePt$_5$/Pt(111). Depending on the amount of Ce atoms offered before the alloying process on the Pt(111) substrate, a total of seven different LEED phases of the CePt$_5$ films could be identified, whose respective surface reconstructions are characterized by two different rotational orientations with respect to the Pt(111) substrate. Additionally the lateral lattice constant of the films are exposed to a process of stress and strain due to the lattice mismatch between film and substrate. A LEED-IV analysis confirms the growth of the films in the CaCu$_5$ structure with a Pt-rich surface termination layer whose Pt$_3$-Kagom\'{e} layer is filled with one additional Pt atom per unit cell compared to the bulk lattice. The structural results agree with results obtained in earlier studies and furthermore also illustrate the isostructural properties towards the intermetallic surface compound LaPt$_5$/Pt(111). The structural agreement between the two intermetallic surface compounds allows the determination of the $4f$ electrons induced phenomena with respect to the Kondo- and heavy-fermion behavior in CePt$_5$/Pt(111) by suitable comparative experiments on LaPt$_5$/Pt(111), since La atoms in their atomic structure do not contain $4f$ electrons. Spectra recorded with polarized in situ Raman spectroscopy of CePt$_5$ films with different film thicknesses contain both characteristic vibrational peaks and signatures of electronic transitions. The spectroscopic behavior of the vibrational peaks show similarities to LaPt$_5$/Pt(111) in the assignment of the vibrational modes to the respective depth regions in the CePt$_5$ films, but also differences occur, since one vibrational mode of CePt$_5$ is subject to an anomalous temperature behavior, which is attributed to the interaction with the $4f$ electrons. Further specific Raman signatures, which could be assigned to electronic transitions in form of level splitting of the $4f$ electron of the Ce atoms due to the crystal field of the Pt atoms, also originate from different depth regions of the CePt$_5$ films (surface, inner volume, interface). The magnetic properties of the CePt$_5$ films were analyzed with XAS and XMCD at the Ce M$_{4,5}$ edges as a function of temperature, angle of incidence, film thickness, and magnetic field strength. The prominent transitions in the inverse susceptibility between different Curie-Weiss regimes allow conclusions to be drawn about the crystal field splitting scheme, the Kondo- and RKKY-interactions and show a significant correlation with the Ce-valence. Furthermore, for all investigated CePt$_5$ film thicknesses in this thesis at low temperatures a transition to the coherent heavy-fermion state could be detected. By predicting a metamagnetic Lifshitz transition for these films, which is expressed in the magnetic field dependence of the magnetic moment, two further characteristic energy scales of the renormalized band structure could be accessed by recording magnetization curves at low temperatures and high magnetic fields.

The third experimental chapter is devoted to the elucidation of the atomic structure of a quasi one-dimensional electron system with LEED and LEED-IV, in which the Au nanowires formed on the Si(111) surface can be described by a Si(111)-(5$\times$2)-Au reconstruction. The recorded LEED images include both a striking diffraction pattern and so-called diffraction streaks indicative for the existence of three equivalent rotational domains on the reconstructed surface, rotated by an angle of \unit{120}{\degree} against each other. In addition, the occurrence of diffraction streaks in the observed diffraction pattern could be explained through a theoretical simulation by the existence of three additional mirror domains on the surface, which introduce a phase shift of half a superstructure vector and should also be considered in a thorough LEED-IV analysis. From the structural models discussed vigorously in recent years in the literature after the introduction of a second recalibration of the necessary amount of Au atoms required for the formation of the Si(111)-(5$\times$2)-Au reconstruction, the geometry model established by Kwon and Kang (KK model) reflects best the observed energy-dependent intensity modulations in the experimental data when compared with calculated IV curves. For this model, the R-factor by Pendry always adopts its smallest value for the three energy series considered independently of each other at different angles of incidence of the electrons on the sample surface. Furthermore, even under explicit consideration of Si adatoms, which are additionally located on top of the reconstructed surface and can be described in a (5$\times$4) unit cell, the KK model remains the preferred structural model for the description of the Au chains formed and the Si honeycomb structure of the Si(111)-(5$\times$2)-Au surface reconstruction.

In the final experimental chapter, a two-dimensional electron system -- the $\alpha$-Si(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn surface reconstruction, which is formed at a total coverage of 1/3 ML of Sn adsorbates on the Si(111) substrate -- is investigated with regard to the atomic structure at room temperature with LEED and LEED-IV. From a total of six structural models included in the analysis, in which the Sn atoms on an ideally terminated Si(111) surface occupy different adsorption sites within the reconstructed ($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$ unit cell, it was possible to exclude alloying such as observed for the $\gamma$- Si(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn phase. The Sn atoms rearrange exclusively on the surface and lead to a relaxation of the underlying substrate, whose atomic displacements can be traced back to the sixth Si layer. In comparison to earlier structural investigations conducted on this material system, the presented analysis confirms that the deposited Sn atoms are energetically favorably deposited at T$_4$ adsorption sites. Furthermore, the experimental data recorded at three different angles of incidence from different positions on the sample show indications of an existing and/or missing Si atom on a S$_5$ lattice site in the underlying Si(111) substrate. In addition, the theoretical prediction of the dynamic fluctuation model for this surface reconstruction could be proven in the model calculations of the dynamic scattering theory due to the very strongly increased thermal displacements of the Sn atoms from their equilibrium position. Besides from the irregularly arranged Si defects, this could be a hint for the absence of the reversible structural phase transition at low temperatures from a ($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$ phase to a (3$\times$3) phase, as it occurs in the electronically comparable adsorbate system Ge(111)-($\sqrt{3}\times\sqrt{3}$)R30${\degree}$-Sn.
KW  - Schwere-Fermionen-System
KW  - LEED
KW  - Magnetischer Röntgenzirkulardichroismus
KW  - Raman-Spektroskopie
KW  - Kristallfeld
KW  - dünne intermetallische Filme
KW  - geordnete Metalladsorbate auf Halbleiteroberflächen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192749
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TY  - THES
A1  - Wäldchen, Sina
T1  - Super-Resolution-Mikroskopie zur Visualisierung und Quantifizierung von Glutamatrezeptoren und ADHS-assoziierten Proteinen
T1  - Super-resolution microscopy for visualization and quantification of Glutamate receptors and ADHD-associated proteins
N2  - Die Entwicklung hochauflösender Fluoreszenzmikroskopiemethoden hat die Lichtmikroskopie revolutioniert. Einerseits ermöglicht die höhere erzielte räumliche Auflösung die Abbildung von Strukturen, die deutlich unterhalb der beugungsbedingten Auflösungsgrenze liegen. Andererseits erhält man durch Einzelmoleküllokalisationsmikroskopiemethoden
wie dSTORM (Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) Informationen, welche man für quantitative Analysen heranziehen kann. Aufgrund der sich dadurch bietenden neuen Möglichkeiten, hat sich die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie rasant entwickelt und kommt mittlerweile zur Untersuchung einer Vielzahl biologischer und medizinischer Fragestellungen zum Einsatz. Trotz dieses Erfolgs ist jedoch nicht zu verleugnen, dass auch diese neuen Methoden ihre Nachteile haben. Dazu zählt die Notwendigkeit relativ hoher Laserleistungen, welche Voraussetzung für hohe Auflösung ist und bei lebenden Proben zur Photoschädigung führen kann.
Diese Arbeit widmet sich sowohl dem Thema der Photoschädigung durch Einzelmoleküllokalisationsmikroskopie,
als auch der Anwendung von dSTORM und SIM (Structured Illumination Microscopy) zur Untersuchung neurobiologischer Fragestellungen auf Proteinebene.
Zur Ermittlung der Photoschädigung wurden lebende Zellen unter typischen Bedingungen bestrahlt und anschließend für 20−24 h beobachtet. Als quantitatives Maß für den Grad der Photoschädigung wurde der Anteil sterbender Zellen bestimmt. Neben der zu erwartenden Intensitäts- und Wellenlängenabhängigkeit, zeigte sich, dass die Schwere der Photoschädigung auch von vielen weiteren Faktoren abhängt und dass sich Einzelmoleküllokalisationsmikroskopie bei Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse durchaus mit Lebendzellexperimenten vereinbaren lässt.
Ein weiteres Projekt diente der Untersuchung der A- und B-Typ-Glutamatrezeptoren an der neuromuskulären Synapse von Drosophila melanogaster mittels dSTORM. Dabei konnte eine veränderte Anordnung beider Rezeptortypen infolge synaptischer Plastizität beobachtet, sowie eine absolute Quantifizierung des A-Typ-Rezeptors durchgeführt werden.
Im Mittelpunkt eines dritten Projekts standen Cadherin-13 (CDH13) sowie der Glucosetransporter Typ 3 (GluT3), welche beide mit der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung in Verbindung gebracht werden. CDH13 konnte mittels SIM in serotonergen Neuronen, sowie radiären Gliazellen der dorsalen Raphekerne des embryonalen Mausgehirns nachgewiesen werden. Die Rolle von GluT3 wurde in aus induzierten pluripotenten Stammzellen differenzierten Neuronen analysiert, welche verschiedene Kopienzahlvariation des für GluT3-codierenden SLC2A3-Gens aufwiesen. Die Proteine GluT3, Bassoon und Homer wurden mittels dSTORM relativ quantifiziert. Während die Deletion des Gens zu einer erwartenden Verminderung von GluT3 auf Proteinebene führte, hatte die Duplikation keinen Effekt auf die GluT3-Menge. Für Bassoon und Homer zeigte sich weder durch die Deletion noch die Duplikation eine signifikante  Veränderung.
N2  - The emergence of super-resolution microscopy techniques caused a revolution of light microscopy. On the one hand, the higher achieved structural resolution allows for the visualization of structures below the diffraction limit. On the other hand, single molecule localization microscopy methods like dSTORM (Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) provide information that can be used for quantitative analysis. The new possibilities, offered by these approaches, lead to rapid development of the same and by now they are applied to investigate a broad range of biological and medical questions. Besides this success, it can’t be denied, that these methods also have some disadvantages like the necessity of relative high laser intensities that are needed for the high resolution and might cause photodamage in living samples.

This work deals with the issue of photodamage induced by single molecule localization microscopy methods as well as the examination of neurobiological problems on protein level by the usage of dSTORM and SIM (Structured Illumination Microscopy). To identify photodamage, living cells were irradiated at typical conditions and were observed for 20−24 h afterwards. As a quantitative measure for the severity
of photodamage, the fraction of dying cells was determined. Besides the expected dependency on intensity and wavelength, a lot of other factors showed to affect the severity. It could be demonstrated that single molecule localization microscopy can be combined with live-cell imaging if one takes those results into account. 

Another project aimed for the investigation of A- and B-type Glutamate receptors at the neuromuscular junction of Drosophila melanogaster via dSTORM. Thus, an altered arrangement of both receptor types could be observed and A-type receptors could be quantified absolutely.

A third project focused on cadherin-13 (CDH13) and glucose transporter 3 (GluT3), which are connected with attention deficit hyperactivity disorder. CDH13 could be detected in serotonergic neurons and radial glial cells of dorsal raphe in embryonic mouse brains using SIM. The role of GluT3 was analyzed in neurons, differentiated from induced pluripotent stem cells, which possessed different copy-number variations of the gene SLC2A3, which codes for GluT3. Proteins GluT3, Bassoon and Homer were quantified relatively using dSTORM. While the deletion of the gene resulted in an expected decrease of GluT3 at the protein level, the duplication didn’t affect
the amount of GluT3. In the case of Homer and Bassoon, neither the deletion, nor the duplication caused any significant changes.
KW  - Mikroskopie
KW  - Einzelmolekülmikroskopie
KW  - Quantitative Mikroskopie
KW  - Glutamatrezeptor
KW  - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom
KW  - dSTORM
KW  - Photoschädigung
KW  - Neuromuskuläre Synapse
KW  - Glucosetransporter Typ3
KW  - Cadherin-13
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192834
ER  - 
TY  - THES
A1  - Perpiñá Viciano, Cristina
T1  - Study of the activation mechanisms of the CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) and the atypical chemokine receptor 3 (ACKR3)
T1  - Untersuchung zum Aktivierungsmechanismus des CXC Chemokin‐Rezeptor 4 (CXCR4) und des atypischen Chemokin‐Rezeptor 3 (ACKR3)
N2  - The CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) and the atypical chemokine receptor 3 (ACKR3) are seven transmembrane receptors that are involved in numerous pathologies, including several types of cancers. Both receptors bind the same chemokine, CXCL12, leading to significantly different outcomes. While CXCR4 activation generally leads to canonical GPCR signaling, involving Gi proteins and β‐arrestins, ACKR3, which is predominantly found in intracellular vesicles, has been shown to signal via β‐arrestin‐dependent signaling pathways. Understanding the dynamics and kinetics of their activation in response to their ligands is of importance to understand how signaling proceeds via these two receptors.
In this thesis, different Förster resonance energy transfer (FRET)‐based approaches have been combined to individually investigate the early events of their signaling cascades. In order to investigate receptor activation, intramolecular FRET sensors for CXCR4 and ACKR3 were developed by using the pair of fluorophores cyan fluorescence protein and fluorescence arsenical hairpin binder. The sensors, which exhibited similar functional properties to their wild‐type counterparts, allowed to monitor their ligand-induced conformational changes and represent the first RET‐based receptor sensors in the field of chemokine receptors. Additional FRET‐based settings were also established to investigate the coupling of receptors with G proteins, rearrangements within dimers, as well as G protein activation. On one hand, CXCR4 showed a complex activation mechanism in response to CXCL12 that involved rearrangements in the transmembrane domain of the receptor followed by rearrangements between the receptor and the G protein as well as rearrangements between CXCR4 protomers, suggesting a role of homodimers in the activation course of this receptor. This was followed by a prolonged activation of Gi proteins, but not Gq activation, via the axis CXCL12/CXCR4. In contrast, the structural rearrangements at each step of the signaling cascade in response to macrophage migration inhibitory factor (MIF) were dynamically and kinetically different and no Gi protein activation via this axis was detected. These findings suggest distinct mechanisms of action of CXCL12 and MIF on CXCR4 and provide evidence for a new type of sequential signaling events of a GPCR. Importantly, evidence in this work revealed that CXCR4 exhibits some degree of constitutive activity, a potentially important feature for drug development. On the other hand, by cotransfecting the ACKR3 sensor with K44A dynamin, it was possible to increase its presence in the plasma membrane and measure the ligand‐induced activation of this receptor. Different kinetics of ACKR3 activation were observed in response to CXCL12 and three other agonists by means of using the receptor sensor developed in this thesis, showing that it is a valuable tool to study the activation of this atypical receptor and pharmacologically characterize ligands. No CXCL12‐induced G protein activation via ACKR3 was observed even when the receptor was re-localized to the plasma membrane by means of using the mutant dynamin. Altogether, this thesis work provides the temporal resolution of signaling patterns of two chemokine receptors for the first time as well as valuable tools that can be applied to characterize their activation in response to pharmacologically relevant ligands.
N2  - Der CXC Chemokin‐Rezeptor 4 (CXCR4) und der atypische Chemokin‐Rezeptor 3 (ACKR3) sind heptatransmembranäre
Rezeptoren, die in zahlreichen Krankheitsbildern eine Rolle spielen, wie in einigen Krebsarten. Beide Rezeptoren werden zwar von dem gleichen Chemokin CXCL12 aktiviert, allerdings mit unterschiedlichen Signalweiterleitungsmustern. Die Aktivierung von CXCR4 führt zu kanonischer GPCR Signaltransduktion über Gi‐Proteine und β‐Arrestine. Die Signalweiterleitung des Rezeptors ACKR3 hingegen, welcher hauptsächlich in intrazellulären Vesikeln vorliegt, erfolgt über ß‐Arrestinabhängige Signalwege. Es ist von großer Wichtigkeit die Dynamik und Kinetik dieser beiden Rezeptoren hinsichtlich der Aktivierung durch ihre Liganden und der Signalweiterleitung zu verstehen. In dieser Arbeit wurden verschiedene Förster‐Resonanzenergietransfer (FRET) Anwendungen kombiniert, um
die frühen Phasen der Signal‐Kaskade von CXCR4 und ACKR3 zu untersuchen. Zur genaueren Aufklärung der Rezeptoraktivierung wurden intramolekulare FRET‐Sensoren entwickelt, hierzu wurden die Fluorophore Cyan‐fluoreszierendes Protein und engl. fluorescence arsenical hairpin binder verwendet. Die generierten Sensoren zeigten ähnliche funktionelle Eigenschaften wie die
unveränderten Rezeptoren. Liganden‐induzierte Änderungen der Rezeptorkonformation können mittels dieser Sensoren beobachtet werden und stellen die ersten RET‐basierten Sensoren auf dem Forschungsgebiet der Chemokin‐Rezeptoren dar. Weitere FRET‐basierte Methoden wurden zur
Untersuchung von Interaktionen zwischen Rezeptor und G‐Protein, Neuanordnung von Dimeren, sowie der G‐Protein Aktivierung eingesetzt und für beide Chemokin‐Rezeptoren etabliert. CXCR4 zeigte einen komplexen Aktivierungsmechanismus nach Stimulation durch CXCL12, bei welchem zunächst eine Neuordnung der Rezeptor‐Transmembrandomäne gefolgt von Neuordnungen zwischen
Rezeptor und G‐Protein und zuletzt eine Neuordnung zwischen CXCR4 Protomeren erfolgte. Dies
impliziert, dass im Aktivierungsprozess des Rezeptors Homodimere eine Rolle spielen. Zudem wurde
eine verlängerte Gi ‐Protein Aktivierung gegenüber der Gq‐Protein Aktivierung bei CXCL12 stimuliertem CXCR4 beobachtet. Hingegen zeigte eine Stimulierung mit dem Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) bei jedem Schritt der frühen Singal‐Kaskade veränderte Dynamiken und
Kinetiken im Vergleich zu CXCL12. Darüber hinaus konnte keine Gi ‐Protein Aktivierung festgestellt werden. Dieser Befund zeigt individuelle Mechanismen für MIF und CXCL12 am CXCR4‐Rezeptor und liefert Belege für eine neuer Art von sequenziellen Signalweiterleitungen an GPCRs. Eine wichtige Beobachtung dieser Arbeit für eine potentielle Medikamentenentwicklung ist das CXCR4 ligandenunabhängige
Aktivität zeigt. Um die Aktivierung des ACKR3 Sensors messen zu können wurde durch eine Co‐Transfektion mit K44A Dynamin eine höhere Membranständigkeit erreicht. CXCL12 und drei weiteren Agonisten zeigten am hier entwickelten ACKR3‐Sensor unterscheidbare Kinetiken. Mit diesem wertvollen Werkzeug können Liganden an diesem atypischen Rezeptor pharmakologisch charakterisiert werden. Es konnte keine CXCL12‐induzierte G‐Protein Aktivierung gemessen werden, trotz der stärkeren Präsenz an der Plasmamembran mit Hilfe der Dynamin‐Mutante. In Summe liefert
diese Arbeit zum ersten Mal eine zeitliche Auflösung von Signalweiterleitungsmustern von zwei 
Chemokin‐Rezeptoren sowie wertvolle Werkzeuge zur Charakterisierung der frühen Phase der Signal‐Kaskade durch andere pharmakologisch relevanten Liganden.
KW  - G protein-coupled receptors
KW  - Chemokine receptors
KW  - GPCR signaling
KW  - Förster Resonance Energy Transfer
KW  - FRET sensors
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192371
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kwok, Chee Keong
T1  - Scaling up production of reprogrammed cells for biomedical applications
T1  - Skalierung der Produktion von reprogrammierten Zellen für biomedizinische Anwendungen
N2  - Induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been recognised as a virtually unlimited source of stem cells that can be generated in a patient-specific manner. Due to these cells’ potential to give rise to all differentiated cell types of the human body, they have been widely used to derive differentiated cells for drug screening and disease modelling purposes. iPSCs also garner much interest as they can potentially serve as a source for cell replacement therapy. Towards the realisation of these biomedical applications, this thesis aims to address challenges that are associated with scale-up, safety and biofabrication.

Firstly, the manufacture of a high number of human iPSCs (hiPSCs) will require standardised procedures for scale-up and the development of a flexible bioprocessing method, since standard adherent hiPSC culture exhibits limited scalability and is labour-intensive. While the quantity of cells that are required for cell therapy depends largely on the tissue and defect that these replacing cells are meant to correct, an estimate of 1 × 10^9 has been suggested to be sufficient for several indications, including myocardial infarction and islet replacement for diabetes. Here, the development of an integrated, microcarrier-free workflow to transition standard adherent hiPSC culture (6-well plates) to scalable stirred suspension culture in bioreactors (1 L working volume, 2.4 L maximum working volume) is presented. The two-phase bioprocess lasts 14 days and generates hiPSC aggregates measuring 198 ± 58 μm in diameter on the harvesting day, yielding close to 2 × 10^9 cells. hiPSCs can be maintained in stirred suspension for at least 7 weeks with weekly passaging, while exhibiting pluripotency-associated markers TRA-1-60, TRA-1-81, SSEA-4, OCT4, and SOX2. These cells retain their ability to differentiate into cells of all the three germ layers in vitro, exemplified by cells positive for AFP, SMA, or TUBB3. Additionally, they maintain a stable karyotype and continue to respond to specification cues, demonstrated by directed differentiation into beating cardiomyocyte-like cells. Therefore, the aim of manufacturing high hiPSC quantities was met using a state-of-the-art scalable suspension bioreactor platform.

Secondly, multipotent stem cells such as induced neural stem cells (iNSCs) may represent a safer source of renewable cells compared to pluripotent stem cells. However, pre-conditioning of stem cells prior to transplantation is a delicate issue to ensure not only proper function in the host but also safety. Here, iNSCs which are normally maintained in the presence of factors such as hLIF, CHIR99021, and SB431542 were cultured in basal medium for distinct periods of time. This wash-out procedure results in lower proliferation while maintaining key neural stem cell marker PAX6, suggesting a transient pre-differentiated state. Such pre-treatment may aid transplantation studies to suppress tumourigenesis through transplanted cells, an approach that is being evaluated using a mouse model of experimental focal demyelination and autoimmune encephalomyelitis. 

Thirdly, biomedical applications of stem cells can benefit from recent advancements in biofabrication, where cells can be arranged in customisable topographical layouts. Employing a 3DDiscovery bioprinter, a bioink consisting of hiPSCs in gelatin-alginate was extruded into disc-shaped moulds or printed in a cross-hatch infill pattern and cross-linked with calcium ions. In both discs and printed patterns, hiPSCs recovered from these bioprints showed viability of around 70% even after 4 days of culture when loaded into gelatin-alginate solution in aggregate form. They maintained pluripotency-associated markers TRA-1-60 and SSEA-4 and continued to proliferate after re-plating. As further proof-of-principle, printed hiPSC 3D constructs were subjected to targeted neuronal differentiation, developing typical neurite outgrowth and resulting in a widespread network of cells throughout and within the topology of the printed matrix. Staining against TUBB3 confirmed neuronal identity of the differentiated cellular progeny. In conclusion, these data demonstrate that hiPSCs not only survive the 3D-printing process but were able to differentiate along the printed topology in cellular networks.
N2  - Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSZ) stellen eine praktisch unbegrenzte Stammzellquelle dar, welche patientenspezifisch erzeugt werden kann. Da diese Zellen das Potenzial haben, alle differenzierten Zelltypen des menschlichen Körpers hervorzubringen, werden sie für die Herstellung differenzierter Zellen für Arzneimitteltests und für die Krankheitsmodellierung verwendet. Sie erfahren auch großes Interesse, weil sie als Zellquelle in der Zellersatztherapie Anwendung finden könnten. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit drei zentralen Herausforderungen, die im Rahmen der biomedizinischen Anwendung von iPSZ auftreten.

Die Herstellung einer großen Zahl von humanen iPSZ (hiPSZ) erfordert die Entwicklung standardisierter Verfahren für die Skalierung, welche durch die Entwicklung einer flexiblen Bioprozessmethode realisiert werden kann. Bisher wird die Skalierbarkeit durch eine standardmäßig adhärente Zellkultur und den damit verbundenen hohen Arbeitsaufwand begrenzt. Die Menge an Zellen, die für die Zelltherapie benötigt wird, hängt stark vom Gewebetyp ab, welcher von den ersetzenden Zellen korrigiert werden soll. Berechnungen legen nahe, dass eine Anzahl 1 × 10^9 Zellen für eine Vielzahl von Indikationen ausreicht – einschließlich Myokardinfarkt und Inselzelltransplantation für Diabetes. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein integrierter Arbeitsablauf zur skalierbaren Zellsuspensionskultur von hiPSZ ohne Verwendung von microcarrier entwickelt, um die standardmäßig adhärente Kultur (6-Well-Platten) in Bioreaktoren (1 L Arbeitsvolumen, 2,4 L maximales Arbeitsvolumen) zu überführen. Der zweiphasige Produktionsprozess dauert 14 Tage und erzeugt hiPSZ-Aggregate mit einem finalen Durchmesser von 198 ± 58 μm, der annähernd 2 × 10^9 Zellen beinhaltet. hiPSZ können mindestens 7 Wochen lang in einer gerührten Zellsuspension bei wöchentlichem Passagieren gehalten werden, wobei sie Pluripotenz-assoziierte Marker wie TRA-1-60, TRA-1-81, SSEA-4, OCT4 und SOX2 beibehalten. Die Zellen behalten weiterhin ihre Fähigkeit, sich in vitro in Zellen mit AFP-, SMA- oder TUBB3-Immunoreaktivität und damit in Zellen aller drei Keimblätter zu differenzieren. Darüber hinaus halten sie einen stabilen Karyotyp aufrecht und reagieren auf gezielt eingesetzte externe Differenzierungsstimuli, wie durch eine gezielte Differenzierung in schlagende Kardiomyozyten-ähnliche Zellen demonstriert werden konnte. Somit wurde das Ziel, eine großen Anzahl hiPSCs herzustellen, mit einer hochmodernen, skalierbaren Suspensionsbioreaktorplattform erreicht.

Multipotente Stammzellen wie induzierte neurale Stammzellen (iNSZ) gelten verglichen mit iPSZ als sicherere Zellquelle für Ersatztherapien. Die Vorkonditionierung von Stammzellen vor der Transplantation ist jedoch ein heikles Thema, da sowohl die einwandfreie Funktion im Wirtsgewebe als auch Sicherheit gewährleistet werden müssen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden iNSZ, die normalerweise im Kulturmedium mit Faktoren wie hLIF, CHIR99021 und SB431542 gehalten werden, für eine definierte Zeitspanne in basalem Medium kultiviert. Die Vorbehandlung führt zu einer geringeren Proliferation, jedoch unter Erhalt der Expression des wichtigen neuralen Stammzellmarkers PAX6, was auf einen transienten vordifferenzierten Zustand hindeutet. Eine solche Vorbehandlung könnte bei zukünftigen Transplantationsstudien angewandt werden, um die Tumorentstehung durch transplantierte Zellen zu unterdrücken.  Dieser Ansatz wird in Zukunft mit einem Mausmodell der experimentellen fokalen Demyelinisierung und der autoimmunen Enzephalomyelitis untersucht. 

Schließlich kann die Zellersatztherapie von den jüngsten Fortschritten in der Biofabrikation profitieren, bei der die Zellen durch das Drucken in anpassbare topographische Profile angeordnet werden können. Mit einem 3DDiscovery Biodrucker wurde eine Biotinte bestehend aus Gelatine-Alginat und hiPSZ in scheibenförmig extrudiert oder in einem Kreuzschraffurmuster gedruckt und mittels Kalziumionen-Zugabe vernetzt. Gedruckte hiPSZ zeigten auch nach 4 Tagen Kultivierung eine Lebensfähigkeit von etwa 70 % und weiterhin das Auftreten der Pluripotenz-assoziierten Marker TRA-1-60 und SSEA-4. Zudem konnten sie sich anschließend mit standardmäßig adhärenter Zellkultur weiter vermehren. Zudem konnte gezeigt werden, dass die gedruckten Konstrukte einer gezielten neuronalen Differenzierung unterzogen werden können, die zu einem typischen Neuritenauswuchs und zu einer weitreichenden interzellulären Vernetzung durch und innerhalb der Topologie der gedruckten Matrix führte. Die Färbung gegen TUBB3 bestätigte die neuronale Identität der differenzierten Zellen. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass bei Verwendung des in dieser Studie erarbeiteten Protokolls hiPSZ nicht nur den 3D-Druckprozess überleben, sondern auch entlang der gedruckten 3D Topologie in Netzwerke Neurone differenzieren können.
KW  - scale-up
KW  - suspension culture
KW  - biomedical applications
KW  - bioprocessing
KW  - human induced pluripotent stem cells
KW  - Bioprozessmethode
KW  - humanen induzierte pluripotente Stammzellen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191865
ER  - 
TY  - THES
A1  - Piepenburg, Sven Mathis
T1  - Prognostische Bedeutung depressiver Symptome bei Patienten mit systolischer Herzinsuffizienz - Post- hoc Analysen aus dem Datensatz des Interdisziplinären Netzwerkes Herzinsuffizienz (INH)
T1  - Prognostic relevance of depressive symptoms in systolic heart failure patients -
Post- hoc analyses from the Interdisciplinary Network for Heart Failure
N2  - In der vorliegenden Dissertation wurde anhand von post- hoc Analysen aus dem Datensatz des Interdisziplinären Netzwerkes Herzinsuffizienz (INH, Unique identifier: ISRCTN 23325295) die prognostische Bedeutung depressiver Symptome bei Patienten mit systolischer Herzinsuffizienz bestimmt. Dazu wurden n=852 Patienten untersucht, die zur Baseline alle einen PHQ-9 Fragebogen zur Erhebung ihrer depressiven Symptome ausgefüllt hatten. Es konnte gezeigt werden, dass sich die kürzere Version des PHQ-9, der PHQ-2, ebenso gut zum Screening für Depression eignete und auch ein prognostischer Marker für Tod jeder Ursache und Rehospitalisierung nach 540 Tagen war. Ein Dosis- Wirkungseffekt konnte für zunehmende depressive Symptome nachgewiesen werden. Der PHQ-9 eignete sich als Risikomarker für beide Geschlechter. Es zeigten sich signifikante Unterschiede in den Baseline Charakteristiken und dem depressiven Symptomprofil von Frauen und Männern. Die weiblichen Teilnehmerinnen hatten zusätzlich eine signifikant schlechtere Lebensqualität anhand des krankheitsspezifischen Kansas City Cardiomyopathy Questionnaires. Dafür hatten nur Männer mit vermehrten depressiven Symptomen auch ein erhöhtes Rehospitalisierungsrisiko. Depressive Symptome verschlechterten die Lebensqualität bei beiden Geschlechtern. Die Ergebnisse tragen dazu bei die Aufmerksamkeit für die häufig auftretenden und zu selten diagnostizierten depressiven Symptome bei Herzinsuffizienz zu erhöhen. Der PHQ-2 ist zudem weniger zeitintensiv und kann mündlich erfragt werden. Die Informationen aus den hier gezeigten Geschlechtsunterschieden könnten darüber hinaus in der Zukunft für individuellere Behandlungsziele und Unterstützungsangebote verwendet werden.
N2  - This thesis consists of post-hoc analyses from the Interdisciplinary Network for Heart Failure (INH, unique identifier: ISRCTN 23325295) to evaluate the prognostic meaning of depressive symptoms in patients with systolic heart failure. N=852 patients who had completed the PHQ-9 questionnaire for depressive symptom assessment at baseline were included. The PHQ-2 (extracted from the PHQ-9 and a shorter version) proved to be a valid screening tool and prognostic marker for all-cause death and rehospitalization after 540 days. A dose-response effect of depressive symptoms was shown. The PHQ-9 was a suitable risk predictor for both sexes. Some significant differences were found between men and women in baseline characteristics and depressive symptom profiles. Female participants had a worse quality of life according to disease-specific Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire Scores. Only depressed men had a higher risk for rehospitalization. Depressive symptoms decreased quality of life for both men and women. The results raise awareness for the common yet under diagnosed depressive symptoms in heart failure patients. The PHQ-2 is less time consuming than the PHQ-9 and can be verbally used in any clinical interview. Information on gender-specific differences might help to develop more individual treatments und support programs in the future.
KW  - Depression
KW  - Herzinsuffizienz
KW  - PHQ-9
KW  - PHQ-2
KW  - Lebensqualität
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193461
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fuß, Carmina Teresa
T1  - Erfassung der Strahlenbelastung des Nebennierenvenenkatheters und Evaluation des Chemokinrezeptors CXCR4 als neues Target in der Differentialdiagnostik des primären Hyperaldosteronismus
T1  - Assessment of radiation exposure of adrenal vein sampling and evaluation of the chemokine receptor CXCR4 as novel target in the differential diagnosis of primary aldosteronism
N2  - Der primäre Hyperaldosteronismus stellt mit einer Prävalenz von 5 - 12% die häufigste endokrine Ursache einer sekundären Hypertonie da. Der Aldosteronexzess beruht in den meisten Fällen auf einer bilateralen Nebennierenhyperplasie, oder einem unilateralen Aldosteron-produzieren Adenom. Die Unterscheidung dieser beiden Entitäten ist zur weiteren Therapieplanung essentiell: Während ein unilaterales Aldosteron-produzierendes Adenom operativ entfernt wird, erhalten Patienten mit bilateraler Nebennierenhyperplasie eine lebenslange medikamentöse Therapie mit Mineralocorticoidantagonisten. Der selektive Nebennierenvenenkatheter stellt den aktuellen Referenzstandard zur Subtypendifferenzierung bei Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus dar. Dieser ist allerdings mit zahlreichen Nachteilen, wie beispielsweise hoher Untersucherabhängigkeit und fehlender Standardisierung, behaftet. Die Strahlenbelastung des Nebennierenvenenkatheters wurde bis dato nicht systematisch analysiert.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde daher im Rahmen einer retrospektiven Studie die Strahlenbelastung des Nebennierenvenenkatheters (n=656) an vier deutschen Zentren zwischen 1999 und 2017 untersucht. Primäre Endpunkte waren das Dosisflächenprodukt, die Durchleuchtungszeit und die kalkulierte effektive Dosis. Das mediane Dosisflächenprodukt lag bei 32,5 Gy*cm², die Durchleuchtungszeit bei 18 min, die berechnete effektive Dosis bei 6,4 mSv. Die Strahlenbelastung zeigte allerdings deutliche interinstitutionelle Unterschiede. Hauptursachen hierfür lagen in zentrumsabhängigen Unterschieden in den Untersuchungsmodalitäten, insbesondere der Anzahl an Entnahmestellen und der Verwendung von digitalen Subtraktionsangiographien.

Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der Evaluation des Chemokinrezeptors CXCR4 als neues Target in der Differentialdiagnostik des primären Hyperaldosteronismus. Mittels quantitativer real-time PCR und Immunohistochemie konnte eine hohe Expression von CXCR4 in den äußeren Schichten der Nebennierenrinde, der anhängenden Nebenniere benigner Nebennierentumore, sowie in Aldosteron-produzierenden Adenomen beobachtet werden. Ebenso zeigte sich eine Korrelation der CXCR4-Expression mit der Expression von CYP11B2 (Aldosteron-Synthase). Dem entgegengesetzt, war eine fehlende bzw. signifikant niedrige CXCR4-Expression in endokrin inaktiven Nebennierenadenomen nachweisbar. In autoradiographischen Bindungsstudien zeigte der CXCR4-spezifische PET-Tracer 68Ga-Pentixafor eine deutliche und spezifische Bindung an Kryogewebe von Aldosteron-produzierenden Adenomen. Im Anschluss wurden 9 Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus mittels 68Ga-Pentixafor-PET/CT untersucht. Der Tracer-Uptake war signifikant höher in Aldosteron-produzierenden Adenomen im Vergleich zu Nebennieren von Patienten, die aufgrund anderer Grunderkrankungen eine 68Ga-Pentixafor-Bildgebung erhalten hatten. Somit stellt eine CXCR4-spezifische Bildgebung eine vielversprechende Möglichkeit zur nicht-invasiven Charakterisierung von Nebennierenraumforderungen bei primärem Hyperaldosteronismus dar.
N2  - Primary aldosteronism represents the most common endocrine form of secondary hypertension with a prevalence of 5-12%. In most cases, aldosterone excess is caused either by a bilateral hyperplasia of the adrenal glands, or a unilateral aldosterone-producing adenoma. Differentiation between those subtypes is essential due to differences in clinical management: whereas aldosterone-producing adenomas are removed surgically, patients with bilateral adrenal hyperplasia receive life-long treatment with mineralocorticoid antagonists. Adrenal vein sampling represents the current reference standard for subtype differentiation in primary aldosteronism. However, adrenal vein sampling is associated with several drawbacks, e.g. its success is highly depends on the expertise of the performing radiologist. Until now, the radiation exposure has never been assessed.

In this retrospective study radiation exposure of adrenal vein sampling was assessed at four german tertiary care centers between 1999 and 2017. The primary outcomes were dose area product (DAP) and fluoroscopy time (FT). Consecutively the effective dose (ED) was approximately calculated. Median DAP was found to be 32.5 Gy*cm2 and FT 18 min. The calculated ED was 6.4 mSv. Remarkably, values between participating centers highly varied. As main reason for this variation, differences regarding AVS protocols between centers could be identified, such as number of sampling locations, frames per second and the use of digital subtraction angiographies.

The second part of this work focuses on the evaluation of the chemokine receptor CXCR4 as a potential target in the differential diagnosis of primary aldosteronism. When investigating the expression pattern of chemokine receptors by quantitative real-time polymerase chain reaction and immunohistochemistry, high expression of CXCR4 (CXC chemokine receptor type 4) in the outer layers of normal adrenals and in aldosterone-producing adenomas (APA) could be observed. In contrast, the CXCR4-expression was significantly lower in non-functioning adenomas. The specific CXCR4 ligand 68Ga-pentixafor showed strong binding to cryosections of aldosterone-producing adenomas. We further investigated 9 patients with primary aldosteronism because of aldosterone-producing adenomas by 68Ga-pentixafor-positron emission tomography. The tracer uptake was significantly higher on the side of increased adrenocortical aldosterone secretion in patients with aldosterone-producing adenomas compared with patients investigated by 68Ga-pentixafor-positron emission tomography for other causes. Molecular imaging of aldosterone-producing tissue by a CXCR4-specific ligand may, therefore, be a highly promising tool for noninvasive characterization of patients with aldosterone-producing adenomas.
KW  - Hyperaldosteronismus
KW  - Nebenniere
KW  - Chemokine
KW  - Strahlenbelastung
KW  - Chemokinrezeptor
KW  - CXCR4
KW  - Nebennierenvenenkatheter
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193614
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aicha, Diaa
T1  - Hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie: Vorhersagewert des ESC-Risikoscore für den plötzlichen Herztod bei Patienten nach Alkoholseptumablation
T1  - Hypertrophic obstructive cardiomyopathy:
The prediction of ESC-Risk score for sudden cardiac death
in patients after alcohol septal ablation
N2  - Abstrakt
Hypertrophe Kardiomyopathie (HCM) ist eine genetisch bedingte Herzmuskelerkrankung mit einer Prävalenz von 0,2 bis 0,6% und einem SCD-Risiko von 0,5 bis 1% pro Jahr. HCM ist die häufigste Ursache für plötzlichen Herztod in jungem Alter. Seit Jahrzehnten wird bei HCM der optimale Vorhersagescore für SCD untersucht. Der erste validierte SCD-Sore bei HCM wurde im Jahr 2014 in die ESC-Leitlinien integriert.
Ziel der Studie:
Vergleich des berechneten SCD-Scores bei HCM aus dem Jahr 2014 vor und nach Alkohol- Septum-Ablation (PTSMA) mit dem erreichten Endpunkt (SCD).
Methoden:
56 Patienten mit hypertropher obstruktiver Kardiomyopathie (HOCM) und Erst-PTSMA im Jahr 2009 wurden eingeschlossen: Alter 53,9 ± 11,5 Jahre, 7% positive Familienanamnese für SCD, 9% ungeklärte Synkope im letzten Jahr, 43% NSVT, maximale LV-Wanddicke 20,2 ± 4,3 mm, maximaler LVOT-Gradient 118 ± 42 mmHg, LA-Durchmesser 45,3 ± 6,4 mm.
Ergebnisse:
Vor dem ersten PTSMA hatten die HOCM-Patienten einen errechneten SCD-Wert von 4,2 ± 3,2%, nach PTSMA von 3,2 ± 2,2%. Wir beobachteten 2 (3,6%) SCD-Fälle in 5 Jahren.
Die PTSMA führte zu einer signifikanten Reduktion des errechneten SCD-Scores von 1,0 ± 2,8%, p <0,05. Diese Reduktion war hauptsächlich durch die signifikante Reduktion des LVOT-Gradienten (durchschnittlich 54 ± 42 mmHg, p <0,05) zurückzuführen.
Fazit:
PTSMA ist eine etablierte Behandlung zur Verbesserung der Symptome bei HOCM-Patienten ohne Hinweis auf eine höhere Mortalität nach induziertem Infarkt. Der ESC-SCD-Score ist nur ein Hilfsalgorithmus für die individuelle Entscheidung bezüglich einer primärprophylaktischen AICD-Implantation.
N2  - Abstract
Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a genetic heart muscle disease with a prevalence of 0.2-0.6% and an SCD risk of 0.5-1% per year. HCM is the leading cause of sudden cardiac death at a young age. For decades, the optimal prediction score for SCD has been investigated in HCM. The first validated score for SCD at HCM has been integrated into the ESC guidelines since 2014.
Objective of the study:
Comparison of the calculated SCD score for HCM from 2014 before and after alcohol septal ablation (PTSMA) with the endpoint reached (SCD).
Methods:
56 patients with hypertrophic obstructive cardiomyopathy (HOCM) and first PTSMA in 2009 were included: age 53.9 ± 11.5 years, 7% positive family history for SCD, 9% unexplained syncope last year, 43% NSVTs, maximum LV wall thickness 20.2 ± 4.3 mm, maximal LVOT gradient 118 ± 42 mmHg, LA diameter 45.3 ± 6.4 mm.
Results:
Before the first PTSMA, the HOCM patients had a calculated SCD score of 4.2 ± 3.2%, after PTSMA 3.2 ± 2.2%. We observed 2 (3.6%) SCD patients in 5 years. PTSMA resulted in a significant reduction in the calculated SCD score of 1.0 ± 2.8%, p <0.05. This reduction was mainly due to the significant reduction in the LVOT gradient to 54 ± 42 mmHg (p <0.05).
Conclusion:
PTSMA is an established treatment to improve symptoms in HOCM patients without evidence of higher mortality after induced infarction. The ESC-SCD score is only an aid algorithm for individual decision to implante an ICD for primary prevention of SCD.
KW  - HCM
KW  - Sudden death
KW  - SCD-Risko nach PTSMA
KW  - Sudden death Risk after PTSMA
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193649
ER  - 
TY  - THES
A1  - Purrer, Veronika
T1  - Nicht-motorische Begleitsymptome bei Patienten mit Essentiellen Tremor
T1  - Non-motor symptoms in patients with essential tremor
N2  - Der essentielle Tremor (ET) ist eine der häufigsten Bewegungsstörungen, welcher lange Zeit als rein motorische Störung angesehen wurde. Aufgrund zunehmender Belege über nicht-motorisch Begleitsymptome wandelte sich dieses Bild jedoch in den letzten Jahren zunehmend. In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir 113 Probanden aus der Allgemeinbevölkerung mit klinisch definitiven oder wahrscheinlichen ET anhand einer breiten Batterie neuro-psychologischer Testverfahren. Es gelang hierbei signifikante Unterschiede im Vergleich zu gesunden Eichstichproben im Hinblick auf neuro-psychologische Charakteristika, wie Apathie, Ängstlichkeit und exekutive Dysfunktion, sowie deren negativen Einfluss auf die Lebensqualität der Probanden darzustellen. Bisher werden im klinischen Alltag nicht-motorische Begleitphänomene beim ET nicht regelhaft erfasst;  aufgrund unserer Ergebnisse und der Relevanz vor allem im Hinblick auf die Lebensqualität des Einzelnen halten wir jedoch die Erfassung und gegebenenfalls Behandlung dieser Symptome für ebenso relevant.
N2  - Essential tremor (ET) is one of the most common movement disorders, which was previously considered a purely motor disorder. Due to increasing evidence of non-motor symptoms, however, this picture has changed recently. In the present study we investigated 113 subjects from the general population with clinically definite or probable ET using a broad battery of neuro-psychological screening tools. Thereby, significant differences in neuro-psychological characteristics, such as apathy, anxiety and executive dysfunction, as well as their negative impact on the quality of life of the subjects could be demonstrated in comparison to healthy samples. Up to now, non-motor symptoms in ET are generally not been recorded in the clinical routine; however, based on our findings and the relevance to the individual's quality of life in particular, we consider the assessment and, where appropriate, treatment of these symptoms to be equally relevant.
KW  - Essentieller Tremor
KW  - Nicht-motorische Begleitsymptome
KW  - ET
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193665
ER  - 
TY  - THES
A1  - Graus, Dorothea
T1  - Auswirkungen einer V-PPase-Überexpression auf Nicotiana benthamiana Blattzellen und deren physiologische Bedeutung unter Salzbelastung
T1  - The Effects of V-PPase overexpression on Nicotiana benthamiana leaf cells and their physiological significance under saline load
N2  - Vakuoläre PPasen (V-PPase) in Landpflanzen dienen dem Transport von Protonen in die Vakuole und dem Aufbau eines elektrochemischen Gradienten, während sie gleichzeitig durch Hydrolyse eine Anreicherung des toxischen PPi im Cytosol verhindern. Zahlreiche Publikationen bewiesen bereits positive Effekte der stabilen V-PPase-Überexpression in Pflanzen. Unter anderem zeigte die Ackerschmalwand, Tabak, Reis und Tomate eine erhöhte Biomasse und gesteigerte Stresstoleranz auf Grund einer erhöhten stabilen V-PPase Ex-pression. Um die zugrundeliegenden Prozesse ohne potenzielle pleiotropische Effekte während der Pflanzenentwicklung zu analysieren, wurden in der vorliegenden Dissertation die physiologischen Auswirkungen einer transienten V-PPase-Überexpression in Nicotiona benthamiana Blättern und die Einflussnahme von NaCl quantitativ erfasst.
Zu diesem Zweck wurden zwei endogene V-PPasen (NbVHP1 und NbVHP2) aus N. bentha-miana zunächst bioinformatisch und dann auf Transkriptionsebene mittels quantitativer Real-Time-PCR identifiziert. Die endogenen V-PPasen wurden mittels der Agrobakterien-Infiltrationstechnik transient in N. benthamiana Blättern und ihre vakuoläre Lokalisation mit Hilfe von Fluoreszenzmarkern bestätigt. Die Protonenpump-Funktion der überexprimierten NbVHPs konnte mit der Patch-Clamp-Technik anhand des vier-fach erhöhten Protonenpump-stroms in den isolierten Mesophyllvakuolen verifiziert werden. Im Zuge der elektro-physiologischen Charakterisierung der endogenen N. benthamiana V-PPasen konnte die für V-PPasen typische Sensitivität gegenüber cytosolischem Calcium bestätigt werden, welche sich bei einem erhöhten Calcium-Spiegel in einer Hemmung der Pumpströme äußerte. Ferner wurde ihre gleichartige Substrataffinität (Km von 65 µM PPi) unabhängig des vakuolären pHs zwischen 5,5 und 7,5 festgestellt. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit analog durchgeführten Messungen an der bereits publizierten AtVHP1 von A. thaliana bestätigte die große Homo-logie der V-PPasen von Landpflanzen. Im Gegensatz zu den erwünschten Auswirkungen der stabilen V-PPase Überexpression resultierte diese starke transiente Überexpression nach drei Tagen im Absterben makroskopischer Blattbereiche. Das Ausmaß dieser Nekrosen wurde anhand des vorhandenen PhotosystemII in den transformierten Blättern mit der Puls-Amplituden-Modulations-Technik quantifiziert. Die analoge transiente Überexpression einer löslichen PPase (IPP1) führte allerdings zu keinerlei negativen Effekten für die Pflanze, wodurch die erhöhte Protonentransportaktivität im Gegensatz zur Hydrolyseaktivität der V-PPasen als Ursache des Zellsterbens verifiziert werden konnte.
Aufgrund dieser unerwarteten negativen Auswirkungen der transienten V-PPase-Überex-pression auf die Blattvitalität wurde zusätzlich die Salzstresstoleranz der Blätter untersucht. Unter Berücksichtigung des kurzen Transformations- und damit Beobachtungszeitfensters wurde ein Salzapplikationsverfahren etabliert, bei dem simultan mit der Agrobakterien-infiltration 200 mM NaCl direkt in den Blattapoplasten eingeführt wurde. Anhand einer Zu-nahme in sowohl der Transskriptmenge der V-PPase als auch des PPi-induzierten Protonen-pumptransportes über den Tonoplasten wurde gezeigt, dass die NaCl-Anwesenheit im Blatt eine erhöhte Aktivität der endogenen V-PPasen des N. benthaminan Pflanzen bewirkte. Der gleichzeitige tendenzielle Rückgang der V-ATPase-Pumpaktivität in salzbehandelten Mesophyllvakuolen lässt vermuten, dass die V-PPasen eine größere Rolle bei der Bewahrung des vakuolären pH-Wertes und der protonenmotorische Kraft (PMF) unter Salzstress ein-nimmt. Interessanterweise führte die Salzapplikation bei einer V-PPase-Überexpression zu keinen additiven negativen Effekten, sondern verhinderte sogar das Auftreten der Nekrosen. Um dieses Phänomen zu ergründen, wurde zunächst mit Hilfe von Apoplastenwaschungen und Natrium-Konzentrationsmessungen bestätigt, dass das injizierte NaCl im Blatt verblieb und von den Blattzellen aufgenommen wurde. Für weitere Studien der Ursachen der Nekrosen wurden in-vivo-pH-, Membranpotenzial- und Metabolitmessungen durchgeführt. Während in V-PPase-überexprimierenden Zellen der vakuoläre pH-Wert zu Kontrollvakuolen signifikant sank, blieb er mit zusätzlicher Salzbehandlung auf Kontrollniveau. Des Weiteren schwächte die Salzapplikation die starke Depolarisation der Plasmamembran nach V-PPase-Über-expression um mehr als die Hälfte ab. Hingegen konnten keine nennenswerten Ver-änderungen im Metabolit- und Ionengehalt des Blattgewebes bei V-PPase-Überexpression festgestellt werden. Lediglich der Natrium- und Chlorid-Spiegel waren bei salz-behandelten Blättern erwartungsgemäß erhöht. Diese Ergebnisse bekräftigten, dass der stark erhöhte V-PPase-vermittelte Protonenpumpstrom und weniger metabolische Veränderungen für die Nekrosen von V-PPase-überexprimierte Pflanzen verantwortlich ist. Diese negativen Auswirkungen werden offensichtlich durch die Salzbehandlung stark vermindert, da die Aufnahme der Salz-ionen über Protonen-Na+/K+-Antiporter wie NHX antagonistisch auf die V-PPase verursachte Protonenanreicherung und die daraus folgende Veränderung des Membran-potentials und der PMF entgegenwirkt. In diese Arbeit wurde in einem neuen Blickwinkel deutlich, dass die natürliche Expressions-kontrolle der V-PPase in ausdifferenzierten Pflanzenzellen sich den Umweltbedingungen anpasst, um das Gleich-gewicht zwischen den positiven und negativen Auswirkungen der Pumpaktivität zu halten.
N2  - The plant vacuolar PPases (V-PPase) transport protons across the tonoplast from the cytosol into the vacuole. This establishes a trans-tonoplast electrochemical gradient and prevents the accumulation of toxic PPi in the cytosol. Many publications have already shown positive effects of stable V-PPase overexpression in plants. Arabidopsis, tobacco, rice and tomato for example, all showed increased biomass and greater stress tolerance with stable V-PPase overexpression. To understand the underlying processes without potential pleiotropic effects during plant development, we characterised V-PPase in Nicotiana benthamiana leaves using an electrophysiological approach, and investigated its physiology in overexpressing plants, concentrating on its regulation by NaCl. 
Two endogenous V-PPases (NbVHP1 and NbVHP2) from N. benthamiana were identified using bioinformatics and quantified with real-time PCR. Endogenous V-PPases were transiently overexpressed using Agrobacteria in N. benthamiana leaves, with their vacuolar localisation confirmed by fluorescence labelling. The proton pump activity of the NbVHPs was verified by a fourfold increase in the patch clamp-recorded proton current response of isolated mesophyll vacuoles. For the electrophysiological characterisation of the endogenous V-PPases, the V-PPase-typical cytosolic calcium sensitivity was confirmed; the proton pump became inhibited with increased calcium levels. Furthermore, their similar substrate affinity, a Km of 65 μM PPi, was found to be independent of the vacuolar pH between 5.5 and 7.5. Both attributes were comparable to the already published AtVHP1 of Arabidopsis thaliana, showing a high homology of plant V-PPases.
The physiological effects of V-PPase overexpression was obvious from the time-delayed death of transformed cells. In contrast to the desired effects of stable V-PPase over-expression, this strong transient overexpression resulted in macroscopic dead leaf areas after three days. The extent of these necroses was quantified by counting the existing photosystems in the transformed leaves using the pulse-amplitude modulation technique (PAM). In contrast, no necrosis was found in plants where a soluble PPase (IPP1) was over-expressed. This supports the hypothesis that the increased proton transport activity of V-PPases, not the hydrolysis activity, is the cause of cell death. 
Because of these unexpected negative effects of transient V-PPase over-expression on leaf vitality, the salt stress tolerance of the leaves was also examined. The short transformation and observation time window meant we needed to establish a new way of salt application; we injected 200 mM NaCl directly into the leaf apoplast simultaneously with the agrobacterial material. Absorption of NaCl by leaf cells was confirmed by apoplast washing and sodium concentration measurements. The NaCl treatment increased the amount of transcripts of endogenous V-PPases in tobacco and increased the PPi-induced proton transport across the vacuolar membrane. The concomitant decline in V-ATPase pumping activity in saline-treated mesophyll vacuoles indicates that V-PPases have a significant role in maintaining the vacuolar pH and proton motive force (PMF) under saline conditions.
Interestingly, simultaneous salt administration with V-PPase overexpression did not result in an additive negative effect but did prevent the occurrence of necrotic leaf areas. For further analysis of the necrosis, in vivo pH, membrane potential and metabolite measurements were performed. Under V-PPasen over-expression and salt treatment, the vacuolar pH remained constant and did not decrease as it did in non-salt-treated V-PPase over-expressing cells. Furthermore, the salt application attenuated the strong depolarisation of the plasma membrane by more than a half in V-PPase overexpressing plants, but no noteworthy changes in cell metabolism could be detected by metabolite and ion concentration measurements. Only the Na+ and Cl- levels were, as expected, increased in salt-treated leaves.
This decrease in vacuolar pH alongside a membrane depolarisation confirms that the strong proton pump current of the V-PPase overexpressing vacuoles is the cause of the observed necrosis. These negative effects are obviously greatly reduced by salt treatment, since the uptake of the salt ions via proton:Na+/K+ antiporters such as NHX acts as an antagonist to V-PPase-induced proton accumulation in the vacuole and the consequent change in membrane potential and PMF.
This work reveals in a new perspective, that the natural expression control of V-PPase in differentiated plant cells adapts to environmental conditions to balance the positive and negative effects of pumping activity.
KW  - Pyrophosphatase
KW  - Vakuole
KW  - Nicotiana benthamiana
KW  - Membrantransport
KW  - Salzstress
KW  - transiente Transformation
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193676
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stenger, Nico
T1  - MicroRNA-Expressionsprofile im Hochrisiko-Prostatakarzinom
T1  - MicroRNA expression profiling in high-risk prostate cancer
N2  - Das Prostatakarzinom (PCa) stellt die zweithäufigste krebsbedingte Todesursache bei Männern in Deutschland dar. Seine heterogenen Verlaufsformen erschweren es, eine optimale Therapieentscheidung zu treffen, denn die derzeit bekannten klinischen und molekularen Prognosemarker sind trotz intensiver Forschungsbemühungen nicht ausreichend in der Lage den Krankheitsverlauf vorherzusagen. Große Hoffnungen auf brauchbare prognostische Marker werden seit ihrer Entdeckung in miRNAs gesetzt, kleine genregulatorische, nicht-kodierende RNAs. MiRNAs regulieren im Rahmen einer posttranskriptionellen Inhibierung die Expression einer Vielzahl relevanter Zielgene. Für einige miRNAs ist bereits belegt, dass ihre differentielle Expression in verschiedenen Tumorentitäten mit der Genese und in einzelnen Fällen auch mit der Prognose assoziiert ist.
Diese Arbeit sollte untersuchen, welches globale miRNA-Expressionsprofil in einem Kollektiv von Hochrisiko-Prostatakarzinomen (HR-PCa) vorliegt und welche miRNAs im HR-PCa aberrant exprimiert sind. Zudem sollte sie klären, ob Assoziationen der so identifizierten miRNAs mit Prognosegruppen des PCa vorliegen. Somit sollten erste Hinweise auf prognostisch relevante miRNAs und deren mögliche Bedeutung für die Tumorgenese aber auch für die Progression des PCa erbracht werden. Hierzu wurde die Expression von 640 miRNAs mittels Microarray-Analysen in Proben eines HR-PCa-Kollektivs (n=14) bestimmt und anschließend die Expression von acht tumorassoziierten miRNAs mittels qRT-PCR in einem erweiterten HR-PCa-Kollektiv (n=23) evaluiert. Um eine Grundlage für weitere molekulare Analysen vorzubereiten, wurde eine Zielgensuche in drei verschiedenen Datenbanken für elf potentielle Onkomirs durchgeführt.
Im Vergleich zum nicht-tumorös veränderten Referenzgewebe wurden mittels Microarray-Analyse im HR-PCa 52 miRNAs als signifikant unterschiedlich exprimiert detektiert und es zeigte sich eine ausgeprägte Herunterregulation der globalen miRNA-Expression im HR-PCa. Mit diesen 52 miRNAs konnte in einer Clusteranalyse das Referenzgewebe von HR-PCa unterschieden werden. Bei 21 tumorspezifischen miRNAs zeigte sich eine Überlappung mit Daten bereits publizierter Studien. Hierunter fanden sich die als Onkomirs beschriebenen miRNAs miR-let-7a, miR-126 und miR-16 mit jeweils möglichen Zielgenen wie z.B. MAP4K3, EGFR und ESSRA. 15 miRNAs waren – im Gegensatz zur Expression in Kollektiven mit konventionellem Risikoprofil – im HR-PCa gegenüber nicht-malignem Referenzgewebe signifikant unterschiedlich exprimiert, darunter miR-515-5p mit den vorhergesagten Zielgenen C13orf34 und CDCA7. Die vorliegenden qRT-PCR-Analysen zeigten eine deutliche und häufige Herunterregulation von miR-221, -125b und -29a im HR-PCa. Als mögliche Zielgene wurden z.B. FOS und IRF2 für miR-221, EIF2C2 für miR-125b sowie MYBL2 und TRAF4 für miR-29a vorhergesagt. Mit den genannten drei miRNAs konnte das HR-PCa vom nicht-malignen Referenzgewebe unterschieden werden.
Anhand eines Expressionsprofiles von 24 miRNAs war eine partielle Trennung der Kollektive nach Gleason-Score möglich. Die miRNAs miR-147 und miR-515-3p waren in den Microarray-Analysen in Prognosegruppen nach dem Gleason-Score signifikant unterschiedlich exprimiert. Eine mittels qRT-PCR determinierte niedrige Expression von miR-221 konnte mit hohem Gleason-Score assoziiert werden. Die signifikant unterschiedliche Expression von miR-422a in Prognosegruppen des PCa konnte in den Validierungsexperimenten nicht bestätigt werden.
Die miRNAs miR-147, miR-515-3p bzw. miR-221 sind mit Blick auf ihr Potential als Prognosefaktoren Kandidaten für weitere Untersuchungen. Als potentielle Zielgene wurden z.B. RGS3, CDKN1B bzw. FOS/IRF2 vorhergesagt.
Die Bedeutung einzelner miRNAs als mögliche prognostische Marker sollte in größeren Kollektiven und anhand von funktionellen Untersuchungen weiter geklärt werden. Die vorliegende Arbeit stellt eine Grundlage dar, um in weiterführenden Untersuchungen die hier im HR-PCa aberrant exprimierten miRNAs als brauchbare prognostische Marker für das PCa zu bestätigen und deren molekulare Funktionen im Rahmen der Genese des HR-PCa zu definieren.
N2  - Prostate carcinoma (PCa) is the 2nd most common cause of cancer mortality in Germany. Valid prognostic markers to predict indolent or aggressive disease are not available. Emerging evidence shows that microRNAs (miRNAs) are involved in the pathogenesis of a variety of cancers, including PCa, and that they may one day provide a valid prognostic marker. 
This study was designed to evaluate the potential of miRNAs as prognostic markers in PCa. Therefore, we analysed the global expression of 640 miRNAs in benign, hyperplastic prostate tissue (BPH) and primary PCa of a high-risk group of PCa patients (n=14) by microarray analysis. The expression of eight miRNAs have been further evaluated by quantitative real time PCR (n=23). Potential mRNA targets have been identified by a database research.
KW  - Prostatakarzinom
KW  - MicroRNA
KW  - miRNA
KW  - miR
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193759
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klemm, Theresa Antonia
T1  - Minor differences cause major effects: How differential oligomerization regulates the activities of USP25 and USP28
T1  - Kleine Unterschiede mit großer Auswirkung: Wie differenzielle Oligomerisierung die Aktivitäten von USP25 und USP28 reguliert
N2  - Deubiquitinases are regulators of the ubiquitin proteasome system that counteract the ubiquitination cascade by removing ubiquitin from substrates and cleaving ubiquitin chains. Due to their involvment in various important pathways, they are associated with several diseases and may thus present promising drug targets. The two related ubiquitin specific proteases USP25 and USP28 share a highly conserved amino acid sequence but perform distinct biological functions. USP28 plays roles in cell cycle regulation and was also linked to several types of cancer. It adopts oncogenic functions by rescuing the oncoproteins MYC and JUN from proteasomal degradation, which is induced by the E3-ligase SCF (FBW7). Opposingly, USP28 also regulates the stability of the tumor suppressor FBW7 itself. USP25 contributes to a balanced innate immune system by stabilizing TRAF3 and TRAF6 and lately was found to promote Wnt-signaling by deubiquitinating TNKS. 
Due to the high level of identity of both proteases, a recent attempt to inhibit USP28 led to cross reactivity against USP25. In our study, we characterized both USP25 and USP28 structurally and functionally using x-ray crystallography, biochemical as well as biophysical approaches to determine similarities and differences that can be exploited for the development of specific inhibitors. 
The crystal structure of the USP28 catalytic domain revealed a cherry-couple like dimer that mediates self-association by an inserted helical subdomain, the USP25/28 catalytic domain inserted domain (UCID). In USP25, the UCID leads to formation of a tetramer composed of two interlinked USP28-like dimers. Structural and functional analysis revealed that the dimeric USP28 is active, whereas the tetrameric USP25 is auto inhibited. Disruption of the tetramer by a cancer-associated mutation or a deletion-variant activates USP25 through dimer formation in in vitro assays and leads to an increased stability of TNKS in cell studies. Furthermore, in vitro data showed that neither ubiquitin nor substrate binding led to the activation of the USP25 tetramer construct. With the structure of the C-terminal domain of USP25, we determined the last unknown region in the enzyme as a separately folded domain that mediates substrate interactions. 
Combined the structures of the USP25 and USP28 catalytic domains and the functional characterization of both enzymes provide novel insights into the regulation of USPs by oligomerization. Furthermore, we identified individual features of each protease that might be explored for the development of specific small molecule inhibitors.
N2  - Deubiquitinasen sind Regulatoren des Ubiquitin-Proteasom-Systems, welche der Ubiquitin-Kaskade entgegenwirken, in dem sie Ubiquitin von Substraten entfernen oder Ubiquitinketten schneiden. Durch ihr umfangreiches Vorkommen in wichtigen Signalwegen, werden sie häufig mit Krankheiten assoziiert und gelten daher als vielversprechender Ansatzpunkt für die Entwicklung von Arzneimitteln. Die zwei verwandten Ubiquitin-spezifischen Proteasen USP25 und USP28 zeichnen sich durch eine sehr hohe Konservierung der Aminosäuresequenz aus, unterscheiden sich jedoch in ihren biologischen Funktionen. USP28 ist in die Regulierung des Zellzyklus involviert und wurde auch mit mehreren Krebsarten in Verbindung gebracht. Es zeigt onkogene Merkmale, indem es die Onkoproteine MYC und JUN vor dem proteasomalen Abbau schützt, welcher durch die E3-Ligase SCF (FBW7) induziert wird. Im Widerspruch dazu reguliert USP28 jedoch auch die Stabilität des Tumorsuppressors FBW7 selbst. USP25 hingegen stabilisiert TRAF3 und TRAF6 und trägt damit zum Gleichgewicht des angeborenen Immunsystems bei. Außerdem wurde USP25 erst kürzlich eine Funktion nachgewiesen, die den Wnt-Signalweg fördert, indem es TNKS deubiquitiniert. 
Die hohe Sequenzidentität beider Proteasen führte bisher dazu, dass alle Inhibitoren, die entwickelt wurden, um USP28 spezifisch zu hemmen, auch eine Kreuzreaktion mit USP25 aufweisen. In unseren Studien, haben wir Röntgenkristallographie, sowie biochemische und biophysikalische Methoden angewandt, um strukturelle und funktionelle Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen USP25 und USP28 zu identifizieren, die bei der Entwicklung von spezifischen Inhibitoren genutzt werden können. 
Die Kristallstruktur der katalytischen Domäne von USP28 zeigt ein Kirsch-ähnliches Dimer, welches, vermittelt durch die Insertion einer helikalen Unterdomäne, der USP25/USP28 catalytic domain inserted domain (UCID), mit sich selbst assoziiert. In USP25, führt die UCID zu der Bildung eines Tetramers, welches aus zwei USP28-ähnlichen Dimeren besteht. Strukturelle und funktionelle Untersuchungen zeigten, dass ein USP28 Dimer aktiv ist, wohingegen ein tetrameres USP25 auto-inhibiert vorliegt. In in vitro Experimenten führte die Zerschlagung des USP25 Tetramers, durch eine Krebs-assoziierte Mutation oder eine Deletionsvariante, zu einem Dimer und damit zu einer Aktivierung von USP25. In Zell-studien, induzierten die USP25 Dimere eine erhöhte Stabilität des Substrates TNKS. Außerdem zeigten die in vitro Daten, dass weder Ubiquitin noch die Substratbindung unsere USP25 Konstrukte aktivieren können. Durch die strukturelle Charakterisierung der C-terminalen Domäne von USP25, konnten wir den letzten bisher unbekannten Bereich des Enzyms als eine separat gefaltete Domäne beschreiben, welche Substratinteraktionen vermittelt. 
Sowohl durch die Strukturen, der katalytischen Domänen von USP25 und USP28, als auch durch die funktionelle Charakterisierung beider Enzyme konnten neue Erkenntnisse zu der Regulation von USPs durch Oligomerisierung gewonnen werden. Außerdem konnten wir individuelle Merkmale in beiden Proteasen identifizieren, die genutzt werden können, um die Entwicklung von spezifischen kleinmolekularen Inhibitoren voran zu bringen.
KW  - Oligomerisation
KW  - Enzym
KW  - deubiquitinase
KW  - USP
KW  - oligomerization
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191080
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mak, Ka Yan
T1  - TFIIIC subunits employ different modes of action for regulating N-MYC
T1  - TFIIIC Untereinheiten verwenden unterschiedliche Wirkungsweisen zur Regulierung von N-MYC
N2  - Amplification of N-MYC is a poor prognostic and survival marker of neuroblastoma. To broaden the scope of knowledge in N-MYC cancer biology, interactors of N-MYC should be investigated. TFIIIC complex was identified as a new protein interacting partner of N-MYC. TFIIIC is a core component of RNAPIII transcription machinery which is important for the synthesis of tRNA genes. TFIIIC recognizes and binds to B-box located internal of tRNA genes which subsequently initiate the RNAPIII transcription process. Apart from the role in RNAPIII transcription machinery, TFIIIC is an architectural protein. TFIIIC binds to thousands of sites across the genome without RNAPIII and TFIIIB. These binding loci are known as Extra TFIIIC (ETC) sites at which TFIIIC perform its role in genome organization. However, knowledge of TFIIIC is mostly restricted to studies conducted in yeasts, the exact function of TFIIIC and how it regulates N-MYC remains to be elucidated. To obtain a better overview about TFIIIC functions, two TFIIIC subunits (TFIIIC5 and TFIIIC2) which represent sub-complexes A and B were chosen for investigation. ChIP-seq experiment of RNAPIII transcription machinery was performed. It showed that both TFIIIC subunits functioned together as a complex. Next, joint binding sites of two TFIIIC subunits and N-MYC were identified. The data revealed that co-occupancies between N-MYC and TFIIIC subunits had different preference on genomic distribution. Furthermore, TFIIIC5 exhibited strong binding association with architectural proteins RAD21 and CTCF whereas TFIIIC2 was only modestly enriched with these two proteins. Both TFIIIC subunits showed equal but weak enrichment with accessory protein CAPH2. Despite the weak association with other architectural proteins, TFIIIC2 binds preferentially to repetitive elements SINE. In order to understand how TFIIIC5 affects other architectural proteins in chromatin binding, cells were depleted of TFIIIC protein upon doxycycline induction of shRNA. N-MYC binding was not affected. Yet, 50% reduction of RAD21 binding to joint N-MYC/TFIIIC sites was noticed. CAPH2 binding was increased at some joint sites while some did not respond. Lastly, CTCF did not show changes in binding under the effect of TFIIIC5 knockdown. In summary, the data indicated TFIIIC subunits from different sub-complexes diverge in functions other than tRNA synthesis. The association of TFIIIC5 with architectural proteins and TFIIIC2 with SINE elements were suggested to be distinct mechanisms to regulate N-Myc directly or indirectly.
N2  - Die Amplifikation von N-MYC ist ein schlechter Prognose- und Überlebensmarker für Neuroblastome. Um den Kenntnisstand über die Krebsbiologie von N-MYC zu erweitern, Interaktoren von N-MYC sollten untersucht werden. Der TFIIIC-Komplex wurde als neuer interaktiver Partner von N-MYC identifiziert. TFIIIC ist eine Kernkomponente der RNAPIIITranskriptionsmaschinerie, die für die Synthese von tRNA-Genen wichtig ist. TFIIIC erkennt
und bindet an B-Box innerhalb von tRNA-Genen, die anschließend den RNAPIIITranskriptionsprozess initiieren. Abgesehen von der Rolle in der RNAPIIITranskriptionsmaschinerie ist TFIIIC ein Architekturprotein. TFIIIC bindet an Tausende von Stellen im gesamten Genom ohne RNAPIII und TFIIIB. Diese Bindungsorte sind als Extra TFIIIC (ETC) -Stellen bekannt, an denen TFIIIC seine Rolle bei der Genomorganisation spielen kann. Das Wissen über TFIIIC beschränkt sich jedoch meist auf Studien, die mit Hefen durchgeführt werden. Die genaue Funktion von TFIIIC und die Art seiner Regulierung von NMYC sind noch zu klären. Um einen besseren Überblick über die TFIIIC-Funktionen zu erhalten, wurden zwei TFIIICUntereinheiten (TFIIIC5 und TFIIIC2) ausgewählt, die die Unterkomplexe A und B
repräsentieren. Es wurde ein ChIP-seq-Experiment der RNAPIII-Transkriptionsmaschinerie durchgeführt. Es zeigte sich, dass beide TFIIIC-Untereinheiten zusammen als Komplex fungierten. Als nächstes wurden gemeinsame Bindungsstellen von zwei TFIIIC-Untereinheiten und N-MYC identifiziert. Die Daten zeigten, dass Co-Besetzungen zwischen N-MYC- und TFIIIC-Untereinheiten unterschiedliche Präferenzen bei der Verteilung von Genom hatten. Darüber hinaus zeigte TFIIIC5 eine starke Bindungsassoziation mit den Architekturproteinen RAD21 und CTCF, während TFIIIC2 mit diesen beiden Proteinen nur wenig angereichert war. Beide TFIIIC-Untereinheiten zeigten eine gleiche, aber schwache Anreicherung mit dem Zusatzprotein CAPH2. Trotz der schwachen Assoziation mit anderen Architekturproteinen bindet TFIIIC2 bevorzugt an repetitive Elemente SINE. Um zu verstehen, wie TFIIIC5 andere Architekturproteine bei der Chromatinbindung beeinflusst, wurden die Zellen bei der Doxycyclin-Induktion von shRNA an TFIIIC-Protein aufgebraucht. Die N-MYC-Bindung war nicht betroffen. Es wurde jedoch eine Verringerung der Bindung von RAD21 an gemeinsame N-MYC / TFIIIC-Stellen um 50% festgestellt. Die CAPH2-Bindung war an einigen gemeinsamen Stellen erhöht, während einige nicht reagierten. Schließlich zeigte CTCF keine Bindungsänderungen unter dem Einfluss von TFIIIC5-Knockdown. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass TFIIIC-Untereinheiten aus verschiedenen Unterkomplexen in anderen Funktionen als der tRNA-Synthese voneinander abweichen. Es wurde vermutet, dass die Assoziation von TFIIIC5 mit Architekturproteinen und TFIIIC2 mit SINE-Elementen unterschiedliche Mechanismen sind, um N-Myc direkt oder indirekt zu regulieren.
KW  - neuroblastoma
KW  - TFIIIC
KW  - N-MYC
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185969
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wiesner, Miriam
T1  - Stem Cell-based Adipose Tissue Engineering - Engineering of Prevascularized Adipose Tissue Constructs In Vitro & Investigation on Gap Junctional Intercellular Communication in Adipose-derived Stem Cells
T1  - Stammzellbasiertes Tissue Engineering von Fettgewebe - Entwicklung eines prävaskularisierten Fettgewebekonstrukts in vitro & Untersuchung der interzellulären Kommunikation über Gap Junctions in Stammzellen aus dem Fettgewebe
N2  - In reconstructive and plastic surgery, there exists a growing demand of adequate tissue implants, since currently available strategies for autologous transplantation are limited by complications including transplant failure and donor site morbidity. By developing in vitro and in vivo autologous substitutes for defective tissue sites, adipose tissue engineering can address these challenges, although there are several obstacles to overcome. One of the major limitations is the sufficient vascularization of in vitro engineered large constructs that remains crucial and demanding for functional tissues. Decellularized jejunal segments may represent a suitable scaffolding system with preexisting capillary structures that can be repopulated with human microvascular endothelial cells (hMVECs), and a luminal matrix applicable for the adipogenic differentiation of human adipose-derived stem cells (hASCs). Hence, co-culture of these cells in jejunal segments, utilizing a custom-made bioreactor system, was characterized in terms of vascularization and adipose tissue development. Substantial adipogenesis of hASCs was demonstrated within the jejunal lumen in contrast to non-induced controls, and the increase of key adipogenic markers was verified over time upon induction. The development of major extracellular matrix components of mature adipose tissue, such as laminin and collagen IV, was shown within the scaffold in induced samples. Successful reseeding of the vascular network with hMVECs was demonstrated in long-term culture and co-localization of vascular structures and adipogenically differentiated hASCs was observed. Therefore, these results represent a novel approach for in vitro engineering of vascularized adipose tissue constructs that warrants further investigations in preclinical studies.

Another still existing obstacle in adipose tissue engineering is the insufficient knowledge about the applied cells, for instance the understanding of how cells can be optimally expanded and differentiated for successful engineering of tissue transplants. Even though hASCs can be easily isolated from liposuction of abdominal fat depots, yielding low donor site morbidity, huge numbers of cells are required to entirely seed complex and large 3D matrices or scaffolds. Thus, cells need to be large-scale expanded in vitro on the premise of not losing their differentiation capacity caused by replicative aging. Accordingly, an improved differentiation of hASCs in adipose tissue engineering approaches remains still desirable since most engineered constructs exhibit an inhomogeneous differentiation pattern. For mesenchymal stem cells (MSCs), it has been shown that growth factor application can lead to a significant improvement of both proliferation and differentiation capacity. Especially basic fibroblast growth factor (bFGF) represents a potent mitogen for MSCs, while maintaining or even promoting their osteogenic, chondrogenic and adipogenic differentiation potential. As there are currently different contradictory information present in literature about the applied bFGF concentration and the explicit effect of bFGF on ASC differentiation, here, the effect of bFGF on hASC proliferation and differentiation capacity was investigated at different concentrations and time points in 2D culture. Preculture of hASCs with bFGF prior to adipogenic induction showed a remarkable effect, whereas administration of bFGF during culture did not improve adipogenic differentiation capacity. Furthermore, the observations indicated as mode of action an impact of this preculture on cell proliferation capacity, resulting in increased cellular density at the time of adipogenic induction. The difference in cell density at this time point appeared to be pivotal for increased adipogenic capacity of the cells, which was confirmed in a further experiment employing different seeding densities. Interestingly, furthermore, the obtained results suggested a cell-cell contact-mediated mechanism positively influencing adipogenic differentiation. As a consequence, subsequently, studies were conducted focusing on intercellular communication of these cells, which has hardly been investigated to date. 

Despite the multitude of literature on the differentiation capacity of ASCs, little is reported about the physiological properties contributing to and controlling the process of lineage differentiation. Direct intercellular communication between adjacent cells via gap junctions has been shown to modulate differentiation processes in other cell types, with connexin 43 (Cx43) being the most abundant isoform of the gap junction-forming connexins. Thus, in the present study we focused on the expression of Cx43 and gap junctional intercellular communication (GJIC) in hASCs, and its significance for adipogenic differentiation of these cells. Cx43 expression in hASCs was demonstrated histologically and on the gene and protein expression level and was shown to be greatly positively influenced by cell seeding density. Functionality of gap junctions was proven by dye transfer analysis in growth medium. Adipogenic differentiation of hASCs was shown to be also distinctly elevated at higher cell seeding densities. Inhibition of GJIC by 18α-glycyrrhetinic acid significantly compromised adipogenic differentiation, as demonstrated by histology, triglyceride quantification, and adipogenic marker gene expression. Flow cytometry analysis showed a lower proportion of cells undergoing adipogenesis when GJIC was inhibited, further indicating the importance of GJIC in the differentiation process. Altogether, these results demonstrate the impact of direct cell-cell communication via gap junctions on the adipogenic differentiation process of hASCs and may contribute to further integrate direct intercellular crosstalk in rationales for tissue engineering approaches.
N2  - In der rekonstruktiven und plastischen Chirurgie besteht ein wachsender Bedarf an adäquaten Gewebetransplantaten, da die derzeit verfügbaren Strategien für autologe Transplantationen von Geweben durch Komplikationen wie beispielsweise Transplantatversagen sowie Morbiditäten an der Entnahmestelle beeinträchtigt werden. Das Tissue Engineering kann dieser Problematik jedoch durch die Entwicklung von in vitro und in vivo gezüchtetem, autologen Gewebeersatz für defekte Gewebestellen begegnen, wobei es dabei noch mehrere Hindernisse zu überwinden gilt. Eine der größten Limitationen ist die ausreichende Vaskularisierung der in vitro hergestellten, großen Konstrukte, welche für die Funktion des Gewebes entscheidend ist. Hierfür können dezellularisierte, jejunale Segmente ein geeignetes Gerüstsystem darstellen, deren bereits vorhandene Kapillarstrukturen mit humanen, mikrovaskulären Endothelzellen (hMVECs) und deren luminale Matrix mit humanen Stammzellen aus dem Fettgewebe (hASCs), mit anschließender adipogen Differenzierung, besiedelt werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden diese Konstrukte mit Hilfe eines maßgeschneiderten Bioreaktorsystems kultiviert und die Kokultur der Zellen in der jejunalen Matrix hinsichtlich der Fettgewebeentwicklung untersucht. Im Gegensatz zu nicht-induzierten Kontrollen wurde nach adipogener Induktion innerhalb des jejunalen Lumens eine substanzielle Fettgewebebildung der hASCs, sowie ein Anstieg wichtiger adipogener Marker im zeitlichen Verlauf nachgewiesen. Die Bildung wesentlicher extrazellulärer Matrixkomponenten des reifen Fettgewebes, wie beispielsweise Laminin und Kollagen IV, wurde innerhalb der Matrix bei induzierten Proben ebenso beobachtet. Die erfolgreiche Neubesiedlung des Gefäßnetzes mit hMVECs konnte in der Langzeitkultur gezeigt und eine Kolokalisation von Gefäßstrukturen und differenzierten hASCs beobachtet werden. Somit stellen diese Ergebnisse einen vielversprechenden, neuen Ansatz für die in vitro Entwicklung von vaskularisierten Fettgewebekonstrukten dar, welcher jedoch noch weitere Untersuchungen in präklinischen Studien erfordert.

Eine weitere Limitation in der Entwicklung von Fettgewebe ist das unzureichende Wissen über die verwendeten Zellen – so zum Beispiel wie Zellen optimal expandiert und differenziert werden können, um einen Gewebeersatz erfolgreich herzustellen. Auch wenn hASCs leicht aus abdominalen Liposuktionen, welche zu einer relativ geringen Morbidität an der Entnahmestelle führen, isoliert werden können, ist eine sehr große Anzahl an Zellen erforderlich, um komplexe und große 3D-Matrizes vollständig mit Zellen zu besiedeln. So müssen Zellen in vitro im großen Maßstab expandiert werden, wobei auf die Erhaltung ihrer Differenzierungskapazität und die Vermeidung des replikativen Alterns geachtet werden muss. Da viele der entwickelten Konstrukte des Weiteren ein inhomogenes Differenzierungsmuster aufweisen, ist eine Verbesserung der adipogenen Differenzierung von ASCs im Rahmen von Tissue Engineering Ansätzen wünschenswert. Für mesenchymale Stammzellen (MSCs) wurde bereits gezeigt, dass die Anwendung von Wachstumsfaktoren zu einer deutlichen Verbesserung der Proliferations- und Differenzierungskapazität führen kann. Insbesondere der Wachstumsfaktor bFGF (basic fibroblast growth factor) stellt ein starkes Mitogen für MSCs dar, wobei er das osteogene, chondrogene und adipogene Differenzierungspotenzial der Zellen aufrechterhält und sogar fördert. Da es in der Literatur derzeit unterschiedliche und teilweise widersprüchliche Informationen über die verwendeten bFGF Konzentrationen und den expliziten Effekt von bFGF auf die Differenzierung von ASCs gibt, wurde der Effekt von bFGF auf die Proliferations- und Differenzierungsfähigkeit mit unterschiedlichen Konzentrationen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten in der 2D Kultur untersucht. Die Vorkultur der hASCs mit bFGF vor der adipogenen Induktion hatte einen beachtlichen Effekt auf die Differenzierung, während die Verabreichung von bFGF während der Kultur, die adipogene Differenzierungsfähigkeit der Zellen nicht verbesserte. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse einen Einfluss der Vorkultur auf die Zellproliferation, was zu einer erhöhten Zelldichte zum Zeitpunkt der adipogenen Induktion führte. Der Unterschied in der Zelldichte zu diesem Zeitpunkt schien entscheidend für die gesteigerte Differenzierungskapazität der Zellen zu sein, was sich in einem weiteren Experiment mit unterschiedlichen Aussaatdichten bestätigte. Interessanterweise deuteten die Ergebnisse außerdem darauf hin, dass ein Zell-Zell-Kontakt-vermittelter Mechanismus die adipogene Differenzierung positiv beeinflusst. Daher wurden anschließend Untersuchungen zur interzellulären Kommunikation dieser Zellen durchgeführt, welche bisher kaum erforscht wurde. 

Trotz der Vielzahl an Literatur über die Differenzierungsfähigkeit von ASCs ist wenig über die physiologischen Prozesse bekannt, die zur Differenzierung in verschiedene Zelltypen beitragen und diese kontrollieren. So wurde gezeigt, dass die direkte interzelluläre Kommunikation zwischen benachbarten Zellen über Gap Junctions Differenzierungsprozesse moduliert. Connexin 43 (Cx43) stellt dabei die häufigste Isoform der Gap Junction-bildenden Connexine dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Expression von Cx43 und die interzelluläre Kommunikation durch Gap Junctions (gap junctional intercellular communication; GJIC) in hASCs, sowie ihre Bedeutung für die adipogene Differenzierung untersucht. Die Cx43 Expression in hASCs wurde histologisch und auf Gen- und Proteinexpressionsebene nachgewiesen und wurde durch die Zellaussaatdichte nachweislich stark beeinflusst. Die Funktionalität der Gap Junctions konnte mit Hilfe eines Assays zur Übertragung von Farbstoffen untersucht werden. Es zeigte sich hierbei eine zelldichteabhängige, adipogene Differenzierungkapazität der hASCs. Die Hemmung der GJIC durch 18α-Glycyrrhetinsäure beeinträchtigte die adipogene Differenzierung deutlich, wie sich durch die Histologie, die Triglyceridquantifizierung und die adipogene Markergenexpression beobachten ließ. Bei Hemmung der GJIC zeigte sich mit Hilfe der Durchflusszytometrie, dass weniger Zellen adipogen differenzieren konnten, was die Bedeutung von GJIC im Differenzierungsprozess hervorhebt. Zusammenfassend veranschaulichen diese Ergebnisse den Einfluss direkter Zell-Zell-Kommunikation über Gap Junctions auf den adipogenen Differenzierungsprozess von hASCs und könnten somit in Zukunft dazu beitragen, direkte interzelluläre Kommunikation in Tissue Engineering Ansätze zu integrieren.
KW  - Tissue Engineering
KW  - Fettgewebe
KW  - Gap Junction
KW  - Adipose Tissue Engineering
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185005
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hofrichter, Michaela Angelika Hedwig
T1  - Charakterisierung von angeborenen Hörstörungen mit Hilfe von Hochdurchsatz-Sequenziermethoden
T1  - Characterization of inherited hearing loss by high throughput sequencing methods
N2  - Fast 500 Millionen Menschen weltweit sind von einer Hörstörung betroffen. Es wird sogar angenommen, dass diese Anzahl laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) noch steigen und 2050 jeder zehnte Mensch eine Hörstörung aufweisen wird. Mindestens in 50% aller Fälle ist die Hörstörung genetisch bedingt. Durch die jüngsten Fortschritte der Sequenzierungstechnologien hat die genetische Analyse von Hörstörungen an Bedeutung gewonnen, vor allem hinsichtlich Familienplanung, geeigneter Therapien und zukünftiger möglichen Therapieansätzen, um das Hörvermögen wiederherzustellen. Die folgende Arbeit stellt 155 familiäre Fälle vor, die genetisch untersucht wurden. Diese Fälle konnten in zwei Kohorten unterteilt werden. Eine Kohorte (n = 74) umfasste Patienten mit kaukasischem Hintergrund, während die andere Kohorte (n = 81) Patienten beinhaltete, die aus dem Iran rekrutiert wurden. Für die Untersuchung wurde zum einen eine Panel-Analyse mit dem TruSight One Panel (Illumina, San Diego, USA) und zum anderen eine Exom-Sequenzierung durchgeführt. Anschließend wurden die Daten mit Analyse-Programmen wie GensearchNGS (PhenoSystems, Wallonia, Belgien) ausgewertet. Insgesamt konnte für 55% aller Fälle eine pathogene oder wahrscheinlich pathogene Variante durch Next Generation Sequencing diagnostiziert werden. Die meisten der gelösten Fälle (ca. 73%) stammten aus der iranischen Kohorte, was durch elterliche Blutsverwandtschaft und erhöhte Inzidenz von Hörstörungen im Iran zu erklären ist. 27% der gelösten Fälle gehörten der zweiten Kohorte an. Mutationen in den Genen MYO15A, LHFPL5, TECTA und SLC26A4 konnten überwiegend bei iranischen Patienten identifiziert werden. Varianten im Gen TECTA als auch im Gen SLC26A4 wurden ebenfalls in der kaukasischen Kohorte identifiziert. Beide Ethnien wiesen jeweils ein eigenes Mutationsspektrum auf. Jedoch wurden in beiden Gruppen Überschneidungen im klinischen Bild durch pathogene Varianten in einer Vielzahl von Hörstörungsgenen, sowie unterschiedliche klinische Phänotypen, deren Ursache pathogene Varianten im gleichen Hörstörungsgen zugrunde liegen, und familiäre Locus-Heterogenität beobachtet.. In dieser Arbeit konnte eine De Novo Mutation im CEACAM16-Gen (DFNA4B) bestätigt und der Effekt von einer wiederholt betroffenen Aminosäure im S1PR2-Gen (DFNB68) beschrieben werden. Darüber hinaus wurden mehrere Patienten mit X-chromosomalem Hörverlust aufgrund von Defekten im POU3F4-Gen (DFNX2) und Deletionen im SMPX-Gen (DFNX4) diagnostiziert. Zusätzlich konnte mit Hilfe einer Exom-basierten Copy Number Variation-Analyse eine Deletion im OTOA-Gen (DFNB22) gefunden werden, welche sich bis in die Tandempseudogenregion erstreckte.
Diese Untersuchung zeigt die enormen Möglichkeiten zur Detektion von Mutationen bei heterogenen Erkrankungen durch Anwendung von Next Generation Sequencing. Weiterhin konnte eine intragenische Deletion im Gen COL9A1 identifiziert werden, die im Zusammenhang mit einer scheinbar isolierten Hörstörung steht und durch den komplexen Umlagerungsmechanismus FoSTeS/MMBIR (Fork Stalling und Template Switching/Microhomology-mediated Break-induced Replication) entstand, der so bei Hörstörungen noch nicht beschrieben wurde. Auf der Suche nach Genen, die bisher noch nicht mit Hörstörungen assoziiert werden konnten, wurden acht Familien in eine Kandidatengenuntersuchung miteinbezogen und eine Exom-weite Analyse durchgeführt. Bei fünf Familien konnte noch keine ursächliche Variante identifiziert werden. Jedoch wurde bei drei Familien mit einer autosomal dominanten Schwerhörigkeit eine genetische Ursache identifiziert und TECTB, ATP11A und THBS2 konnten als Kandidatengene ermittelt werden. Diese Arbeit zeigt, wie wichtig es ist, die kausale Variante bei Hörstörungspatienten zu detektieren. Eine genetische Diagnostik ermöglicht eine endgültige Diagnose eines Syndroms, ist für die Klassifizierung der Hörstörung notwendig und trägt zu einer zukünftigen Therapie der Patienten bei.
N2  - Nearly 500 million people are affected by hearing impairment. According to the World Health Organization (WHO), the prevalence of hearing loss will increase to one in ten people in 2050. It is expected that at least half of all cases have a genetic etiology. Due to recent advancements in sequencing technologies the genetic analysis of hearing loss gain in importance, especially in regard to family planning, directing appropriate therapies and engaging in future therapeutic approaches for hearing restoration. The following thesis describes the genetic causes of 155 familial cases with hearing loss. These cases were divided into two cohorts. One cohort (n = 74) included patients with a Caucasian background, while the other cohort (n = 81) comprised patients who were recruited from the Iran. A panel analysis using the TruSight One Panel (Illumina, San Diego, USA) as well as an exome sequencing approach were applied. The data were subsequently analyzed using bioinformatics programs such as GensearchNGS (PhenoSystems, Wallonia, Belgium). Overall, 55% of all cases disclosed a pathogenic or likely pathogenic genetic variant by utilizing next generation sequencing methods. Most of the resolved cases (ca. 73%) were detected in the Iranian cohort, a fact which is traced back to parental consanguinity and increased incidence of overall hearing impairment in the Iran. 27% of resolved cases were revealed in the second cohort. Variants in the genes MYO15A (DFNB3), LHFPL5 (DFNB67), TECTA (DFNB21), and SLC26A4 (DFNB4) were especially prevalent in Iranian patients. Variants in the genes TECTA and SLC26A4 were also identified in the Caucasian cohort. The two ethnic groups each exhibited a distinctly unique mutational landscape. Additionally, the overlapping clinical outcomes caused by pathogenic variants in a multitude of hearing impairment genes as well as the phenotypical different characters of variants in the same gene generating hearing loss and familial locus heterogeneity were observed. This work also described a de novo mutation in the CEACAM16 (DFNA4B) gene and described the effect of a recurrently substituted amino acid residue in the S1PR2 (DFNB68) gene. In addition, several X-linked hearing loss patients were diagnosed due to defects in the POU3F4 (DFNX2) gene and deletions in the SMPX (DFNX4) gene. Furthermore, exome-based copy number variation analysis identified a deletion in the OTOA (DFNB22) gene extending into the tandem pseudogene region. This study demonstrates the enormous potential for the detection of mutations in a genetically heterogeneous disorder applying next generation sequencing. Furthermore, an intragenic deletion in the gene COL9A1 was identified, which is related to an apparent isolated hearing impairment and was likely caused by the complex rearrangement of FoSTeS/MMBIR mechanism (fork stalling and template switching/microhomology-mediated break-induced replication), which has not been previously described in hearing disorders. In order to reveal new genes associated with hearing loss, eight families were investigated with an exome-wide analysis in a candidate gene study. In five families, no causal variant could be identified. However, a genetic cause was identified in three families with autosomal dominant hearing loss and TECTB, ATP11A, and THBS2 were identified as candidate genes. This work shows the importance of the identification of the causal variant. Herein, genetic diagnostic could be necessary for the final diagnosis of a syndrome, is important for classification of the hearing loss and contributes to a future therapy.
KW  - Hörstörungen
KW  - High throughput screening
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185331
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A1  - Müller-Hübner, Laura
T1  - The role of nuclear architecture in the context of antigenic variation in Trypanosoma brucei
T1  - Über die Rolle der Zellkernarchitektur im Kontext von Antigenvariation in Trypanosoma brucei
N2  - Antigenic variation of surface proteins is a commonly used strategy among pathogens to evade the host immune response [63]. The mechanism underlying antigenic variation relies on monoallelic exclusion of a single gene from a hypervariable multigene family combined with repeated, systematic changes in antigen expression. In many systems, these gene families are arranged in subtelomeric contingency loci that are subject to both transcriptional repression and enhanced mutagenesis and recombination [16].
Eviction of a selected gene from a repressed antigen repertoire can be achieved e.g. by recombination into a dedicated, transcriptionally permissive site or by local epigenetic alterations in chromatin composition of the selected gene.
Both processes are ultimately affected by genome architecture. Architectural proteins controlling antigenic variation have, however, remained elusive in any pathogen.
The unicellular protozoan parasite Trypanosoma brucei evades the host immune response by periodically changing expression of a single variant surface glycoprotein (VSG) from a repertoire of ~3000 VSG genes – the largest mutually exclusively expressed gene family described today. To activate a selected VSG gene, it needs to be located in a dedicated expression site that becomes subject to relocation into a distinct, transcriptionally active subnuclear compartment, the expression site body (ESB). Whereas this emphasizes the importance of nuclear architecture in regulating antigen expression in T. brucei, the mechanisms underlying spatial positioning of DNA in T. brucei are not well understood.
In this study I applied genome-wide chromosome conformation capture (Hi-C) to obtain a comprehensive picture of the T. brucei genome in three dimensions, both in procyclic and bloodstream form parasites. Hi-C revealed a highly structured nucleus with megabase chromosomes occupying distinct chromosome territories. Further, specific trans interactions between chromosomes, among which are clusters of centromeres, rRNA genes and procyclins became apparent. With respect to antigenic variation, Hi-C revealed a striking compaction of the subtelomeric VSG gene repertoire and a strong clustering of transcriptionally repressed VSG-containing expression sites. Further, Hi-C analyses confirmed the spatial separation of the actively transcribed from the silenced expression sites in three dimensions.
I further sought to characterize architectural proteins mediating nuclear architecture in T. brucei. Whereas CTCF is absent in non-metazoans, we found cohesin to be expressed throughout the cell cycle, emphasizing a function beyond sister chromatid cohesion in S-phase.
By Chromatin-Immunoprecipitation with sequencing (ChIPseq), I found cohesin enrichment to coincide with the presence of histone H3 vari- ant (H3.V) and H4 variant (H4.V). Most importantly, cohesin and the histone variants were enriched towards the VSG gene at silent and active expression sites.
While the deletion of H3.V led to increased clustering of expression sites in three dimensions and increased chromatin accessibility at expression site promoters, the additional deletion of H4.V increased chromatin accessibility at expression sits even further.
RNAseq showed that mutually exclusive VSG expression was lost in H3.V and H4.V single and double deletion mutants. Immunofluorescence imaging of surface VSGs, flow cytometry and single-cell RNAseq revealed a progressive loss of VSG-2 expression, indicative of an increase in VSG switching rate in the H3.V/H4.V double deletion mutants. Using long-read sequencing technology, we found that VSG switching occurred via recombination and concluded, that the concomitant increase in spatial proximity and accessibility among expression sites facilitated the recombination event.
I therefore identified the histone variants H3.V and H4.V to act at the interface of global nuclear architecture and chromatin accessibility and to represent a link between genome architecture and antigenic variation.
N2  - Antigenvariation ist ein weit verbreiteter Mechanismus der Immunevasion von Pathogenen [63]. Sie beruht auf der transkriptionellen Selektion eines einzelnen Gens aus einer hypervariablen Multi-Gen Familie und dem wiederholten, systematischen Wechsel zwischen der Expression verschiedener Gene dieser Familie. In vielen Organismen sind diese Gene als Kontingenzgene in den Subtelomeren angeordnet, wo sind einerseits transkriptionell reprimiert werden, andererseits erhöhter Mutagenese und Rekombination unterliegen [16]. Monoallelische Exklusion eines Gens und die damit einhergehende Eviktion aus seinem reprimierten genomischen Umfeld beruht auf unterschiedlichen molekularen Mechanismen. Sie ist, zum Beispiel, das Resultat einer Rekombination des betreffenden Gens in einen dedizierten, transkriptionell permissiven Lokus oder wird durch epigenetische, bzw. räumliche Umstrukturierung des entsprechenden Gens oder zugrunde liegenden Chromatins erreicht.
Beide Prozesse sind letztendlich durch die Architektur des Genoms beeinflusst. Architekturelle Proteine, die ebenfalls Antigenvariation kontrollieren, sind in vielen Pathogenen unbekannt.
Der parasitäre Protozoe Trypanosoma brucei entkommt einer Elimination durch die Immunabwehr seines Wirtes durch den periodischen Wechsel in der Expression eines von fast 3000 variablen Oberflächenglykoproteinen (VSGs). VSG-Gene umfassen die größte, monoallelisch exprimierte Genfamilie, die bislang beschrieben wurde. Um exprimiert zu werden, muss das selektierte VSG Gen in eine Expressionsseite transloziert sein. Diese wiederum wird in einem dedizierten Kompartment des Zellkerns, dem Expressionsseiten-Zellkernkörper (ESB), transkribiert. Obgleich diese Gegebenheiten die zentrale Rolle der Zellkernarchitektur in der Antigenvariation in T. brucei verdeutlichen, so ist wenig über die ihr zugrundeliegenden Mechanismen bekannt. Um ein umfassendes Bild der Zellkernarchitektur in Trypanosomen zu bekommen, habe ich in der hier vorliegenden Doktorarbeit Hi-C, eine Methode zur Feststellung chromosomaler Konformationen, in T. brucei Blutstromform und Prozyklen etabliert und angewendet. Die Applikation dieser Technik offenbarte einen hoch strukturierten Zellkern: Chromosome sind territorial angeordnet und gehen spezifische Interaktionen in trans untereinander ein. Dies sind beispielsweise Interaktionen zwischen Zentromeren, Genen für ribosomale RNA und Prozyklinen unterschiedlicher Chromosomen. Auch Interaktionen, die in funktionellem Zusammenhang mit Antigenvariation stehen, wurden gefunden. Dabei handelte es sich zum Einen um strukturelle Verdichtungen des subtelomerischen Chromatins transkriptionell reprimierter VSG Gene und zum Anderen um erhöhte Interaktionen zwischen reprimierten VSG-Expressionsseiten. Hi-C bestätigte außerdem die räumliche Separation der aktiv transkribierten Expressionsseite von den übrigen, stillen VSG-Expressionsseiten.
Des Weiteren suchte ich nach Proteinen, die in der Aufrechterhaltung der Zellkernarchitektur in T. brucei wirken. Anders als CTCF ist Cohesin nicht auf Metazoen beschränkt. Ich fand Cohesin über den gesamten Zellzyklus exprimiert, was eine architekturelle Rolle des Proteinkomplexes zuzüglich der Schwesterchromatidkohäsion suggerierte. Mittels Chromatin-Immunpräzipitation konnte ich feststellen, dass Cohesin mit den Histonvarianten H3.V und H4.V an vielen Stellen des Ge- noms kolokalisierte, insbesondere über dem VSG Gen der aktiven und reprimierten Expressionsseiten. Während eine Deletion von H3.V zu erhöhten Interaktionsfrequenzen zwischen Expressionsseiten führte, resultierte eine gleichzeitige Deletion von H3.V und H4.V zu einer additiven Öffnung des Chromatins an Expressionsseiten. RNA Sequenzierungen ergaben, dass in der H3.V/H4.V Doppeldeletionsmutante die Transcription von VSG Genen erhöht war, was auf einen funktionellen Verlust der monoallelischen Expression hindeutete. Immunfluoreszenzaufnahmen der VSGs auf der Zelloberfläche, Durchflusszytometrie und RNA Sequenzierung einzelner Zellen zeigten einen fortschreitenden Verlust der Expression von VSG-2, was auf einen erhöhten Wechsel der VSG-Expression auf dem Einzelzelllevel hindeutete. Durch die Sequenzierung der genomischen DNA der H3.V/H4.V Doppeldeletionsmutante konnten wir feststellen, dass der primäre Mechanismus des Wechsels in der VSG Expression auf eine Rekombination zwischen Expressionsseiten zurückzuführen war. Diese Rekombination wurde vermutlich durch die gesteigerte räumliche Nähe und Öffnung des Chromatins der Expressionsseiten begünstigt. Zusammenfassend konnte ich feststellen, dass die Histonvarianten H3.V und H4.V auf der Schnittstelle zwischen globaler Zellkernarchitektur und lokaler Chromatinzugänglichkeit agieren und funktionell ein molekulares Verbindungsstück zwischen Genomarchitektur und Antigenvariation darstellen.
KW  - Trypanosoma brucei brucei
KW  - Zellkern
KW  - Histone
KW  - DNS
KW  - Zellkernarchitektur
KW  - Hi-C
KW  - nuclear architecture
KW  - parasitology
KW  - histone variants
KW  - antigenic variation
KW  - mutually exclusive expression
KW  - chromosome conformation capture
KW  - variant surface glycoprotein
KW  - VSG
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187074
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A1  - Terhoeven, Niklas
T1  - Genomics of carnivorous Droseraceae and Transcriptomics of Tobacco pollination as case studies for neofunctionalisation of plant defence mechanisms
T1  - Genomik karnivorer Droseraceae und Transkriptomik der Befruchtung von Tabak als Fallstudien zur Umfunktionierung pflanzlicher Verteidigungsmechanismen
N2  - Plants have evolved many mechanisms to defend against herbivores and pathogens. In many cases, these mechanisms took other duties. One example of such a neofunction- alisation would be carnivory. Carnivory evolved from the defence against herbivores. Instead of repelling the predator with a bitter taste, the plant kills it and absorbs its nutrients. A second example can be found in the pollination process. Many of the genes involved here were originally part of defence mechanisms against pathogens. In this thesis, I study these two examples on a genomic and transcriptomic level. The first project, Genomics of carnivorous Droseraceae, aims at obtaining annotated genome sequences of three carnivorous plants. I assembled the genome of Aldrovanda vesiculosa, annotated those of A. vesiculosa, Drosera spatulata and Dionaea muscipula and com- pared their genomic contents. Because of the high repetitiveness of the D. muscipula genome, I also developed reper, an assembly free method for detection, classification and quantification of repeats. With that method, we were able to study the repeats without the need of incorporating them into a genome assembly. The second large project investigates the role of DEFL (defensin-like) genes in pollen tube guidance in tobacco flowers. We sequenced the transcriptome of the SR1 strain in different stages of the pollination process. I assembled and annotated the transcriptome and searched for differentially expressed genes. We also used a method based on Hidden- Markov-Models (HMM) to find DEFLs, which I then analysed regarding their expression during the different stages of fertilisation. In total, this thesis results in annotated genome assemblies of three carnivorous Droser- aceae, which are used as a foundation for various analyses investigating the roots of car- nivory, insights into the role of DEFLs on a transcriptomic level in tobacco pollination and a new method for repeat identification in complex genomes.
N2  - Im Laufe der Evolution haben Pflanzen viele Methoden entwickelt, um sich gegen Fress- feinde und Pathogene zu verteidgen. Viele dieser Methoden wurden im Laufe der Zeit umfunktioniert. Ein Beispiel hierfür ist die Karnivorie, welche aus der Verteidigung ge- gen Fressfeinde entstanden ist. Anstelle einen Angreifer durch bitteren Geschmack zu vertreiben, tötet die Pflanze das Tier und nimmt seine Nährstoffe auf. Ein weiteres Bei- spiel ist der Bestäubungs- und Befruchtungsprozess. Viele der Gene, die hier involviert sind, stammen ursprünglich aus Mechanismen zur Verteidigung gegen Pathogene. In dieser Arbeit untersuche ich diese beiden Beispiele auf genomischer und transkrip- tomischer Ebene. Die Zielsetzung des ersten Projekts, Genomik von karnivoren Dro- seraceaen, ist es, assemblierte und annotierte Genome von drei karnivoren Pflanzen zu generieren. Ich habe dazu das Genom von Aldrovanda vesiculosa assembliert und dieses, sowie die Genome von Drosera spatulata und Dionaea muscipula annotiert und mit- einander verglichen. Aufgrund des hohen Anteils repetitiver Elemente im D. muscipula Genom habe ich reper, eine Methode zum Detektieren, Klassifizieren und Quantifizieren von Repeats, entwickelt. Mit dieser Methode ist es nun möglich, repetitive Elemente zu untersuchen, ohne diese in einem Genomassembly integrieren zu müssen. Das zweite große Projekt untersucht die Rolle von DEFL (defensin-like) Genen im Pollenschlauchwachstum in Tabakblüten. Dazu haben wir das Transkriptom der SR1 Variante zu verschiedenen Zeitpunkten im Befruchtungsprozess sequenziert. Ich habe dieses Transkriptom assembliert und annotiert und darin nach differentiell exprimierten Genen gesucht. Zudem haben wir mit einer auf Hidden Markov Modellen (HMM) ba- sierten Methode nach DEFL Genen gesucht und ich habe die Expression dieser in den verschiedenen Stadien untersucht. Zusammenfassend beinhalten die Ergebnisse dieser Thesis annotierte Genomassemb- lies von drei karnivoren Droseraceaen, Erkenntnisse über die Rolle von DEFL Genen bei der Befruchtung auf einer transkriptomischen Ebene und eine neue Software zur Analyse von repetitiven Elementen in komplexen Genomen.
KW  - Droseraceae
KW  - Genom
KW  - Nicotiana tabacum
KW  - Transkriptomanalyse
KW  - Repeats
KW  - genomics
KW  - carnivorous plants
KW  - next generation sequencing
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189712
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TY  - THES
A1  - Balk, Stefanie Margarete
T1  - Der Einfluss des Kalziumkanalagonisten R-Roscovitine auf die zelluläre Differenzierung von Motoneuronen eines Mausmodells für Spinale Muskelatrophie Typ 1 (SMA)
T1  - The effect of the calcium channel agonist R-Roscovitine on cellular differentiation of motoneurons from a mouse model for spinal muscular atrophy type 1 (SMA)
N2  - Die spinale Muskelatrophie (SMA) ist eine monogenetische Erkrankung, bei der es durch den Verlust des SMN Proteins zur Degeneration der α-Motoneurone im Rückenmark kommt. Abhängig vom Schweregrad zeigen die Patienten bereits innerhalb der ersten Lebensmonate ausgeprägte Lähmungen der Skelettmuskulatur und eine Zwerchfellparese einhergehend mit einer reduzierten Lebenserwartung. Mithilfe von Mausmodellen für die SMA konnte gezeigt werden, dass der Motoneuronenverlust bei Smn-defizienten Mäusen mit Störungen der Neurotransmission an der motorischen Endplatte und mit Differenzierungsstörungen der Motoneurone einhergeht. Die Differenzierungs-störungen primärer Smn-defizienter Motoneurone sind eng gekoppelt mit einer verminderten Clusterbildung spannungsabhängiger Kalziumkanäle im distalen axonalen Bereich. Dies wiederum führt zu einer verminderten Frequenz spontaner Kalziumeinströme am Axonterminus und hat eine veränderte axonale Elongation zur Folge.
Es wurden folgende Aspekte in Bezug auf die Verstärkung und die Induktion spontaner Kalziumeinströme in Mausmodellen für spinale Muskelatrophien in dieser Arbeit adressiert:
1) Lassen sich spontane Kalziumeinströme in Smn-defizienten Motoneuronen durch die externe Applikation von Kalziumkanalagonisten verstärken?
2) Sind spontane Kalziumeinströme in primären Motoneuronen durch den Brain-derived-neurotrophic-factor (BDNF) induzierbar?
3) Zeigen primäre Motoneurone eines Mausmodells für spinale Muskelatrophie mit Ateminsuffizienz Typ 1 (SMARD1) ebenfalls veränderte Kalziumtransienten?
Die Ergebnisse meiner Arbeit zeigen, dass durch den Kalziumkanalagonisten R-Roscovitine die Frequenz der spontanen Kalziumeinströme im distalen Axon von Smn-defizienten Motoneuronen signifikant erhöht wird. Dies hat wiederum einen regulierenden Effekt auf die Differenzierung der SMA Motoneurone zur Folge. Smn-defiziente Motoneurone zeigen somit keine Unterschiede mehr in Bezug auf Axonlängen und Wachstumskegelflächen im Vergleich zu Kontrollzellen. Für R-
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Roscovitine ist neben der agonistischen Wirkung am Kalziumkanal auch ein inhibitorischer Effekt auf die Cyclin-abhängige Kinase 5 beschrieben. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass die erhöhten Kalziumtransienten unter der Behandlung mit R-Roscovitine durch eine direkte Bindung an die Cav2 Kalziumkanäle verursacht werden und nicht durch eine Cdk5 Blockade. Dafür spricht die schnelle und reversible Wirkung von R-Roscovitine, sowie die Aufhebung des R-Roscovitines Effekts bei gleichzeitiger Gabe des Cav2.2 Antagonisten ω-Conotoxin MVIIC.
Der zweite Aspekt dieser Arbeit behandelt den Einfluss der neurotrophen Faktoren BDNF, CNTF und GDNF auf die Kalziumtransienten am Wachstumskegel wildtypischer Motoneurone. Der Vergleich der neurotrophen Faktoren zeigt, dass nur BDNF eine induzierende Wirkung auf spontane Kalziumtransienten am Wachstumskegel hat.
Der letzte Abschnitt dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Kalziumtransienten bei Motoneuronen aus dem Nmd2J (SMARD1) Mausmodell. Die SMARD1 gilt als eigenständige Form der spinalen Muskelatrophien mit unterschiedlicher Genetik und unterschiedlichen klinischen Merkmalen. Die Motoneurone weisen in Bezug auf die Kalziumtransienten keine Unterschiede zwischen Wildtyp und Nmd2J Mutante auf. Es ergibt sich somit kein Hinweis darauf, dass die Degeneration der Motoneurone bei der SMARD1 von einer Störung der Kalziumhomöostase im distalen axonalen Bereich ausgeht.
N2  - Spinal muscular atrophy (SMA) is a monogenetic disorder which is caused by the loss of the SMN Protein and leads to the degeneration of α-motoneurons. Within the first few months of life most patients are clinically affected with severe motor deficits of skeletal muscles and a diaphragm paralysis, going along with a reduced life expectancy depening on the degree of severity. With the aid of SMA mouse models it was shown that the loss of motoneurons with Smn deficiancy lies in an impaired neurotransmission of the motoneuron endplat leading to a differentiation disorder of the motoneurons. This differentiation disorder is strongly connected to a reduced cluster formation of voltage-dependent calcium channels in the distal axonal area. The impaired cluster formation in turn leads to a reduced frequency of spontanous calcium transients at the axon terminus, followed by an altered axonal elongation.
In this work the following aspects concerning the enhancement and induction of spontanous calcium transients in mouse models of spinal muscular atrophy were adressed:
1) Does the external application of calcium channel agonists increase spontanous calcium transients in Smn-deficient motoneurons?
2) Is the neurotrophic factor Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) able to induce spontanous calcium transients in primary motoneurons?
3) Do primary motoneurons of a mouse model for spinal muscular atrophy with respiratory distress (SMARD1) show altered calcium transients as well?
The results of my work show that the calcium channel agonist R-Roscovitine significantly increases the frequency of spontanous calcium transients in growth cones of Smn-deficient motoneurons which in turn has a regulatory effect on the differentiation of SMA motoneurons. Smn-deficient motoneurons treated with R-Roscovitine do not show any differences concerning axon length and growth cone size compared to control cells. Apart from the agonist effect on the calcium channels, R-Roscovitine also has an inhibitory impact on the cyclin-dependant kinase 5. The results of this work show that the positive effect on the calcium
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transients under R-Roscovitine treatment is because R-Roscovitine binds directly to the calcium channel rather than due to an inhibition of cdk5. Arguments supporting this idea are the rapid and reversible channel kinetics of R-Roscovitine. Plus, the effect of R-Roscovitine can be repealed when the Cav2 channal antagonist ω-conotoxin is given simultaneously.
In the second part of this work the influence of the neurotrophic factors BDNF, CNTF and GDNF on the calcium transients of wildtype motoneurons is investigated. Comparing these neurotrophic factors show that only BDNF has an impact on local calcium channel kinetics in growth cones of motoneurons.
The last part of this work deals with the investigation of calcium transients in motoneurons from the Nmd2J (SMARD1) mouse model. SMARD1 is an independent form of spinal muscular atrophies with different genetical and clinical aspects compared to proximal SMA. The results of this work show that Nmd2J motoneurons do not show any difference in growth cone calcium influx between wildtype and mutant. Thus, there is no indication that the degeneration of SMARD1 motoneurons has any pathophysiological similarities with motoneurons from the proximal SMA mouse model. Hence, there are also no indications that the reason for motoneuron degeneration in SMARD1 lies in an impaired calcium homeostasis in the distal axonal area.
KW  - Spinal muscular atrophy (DLC)
KW  - Spinale Muskelatrophie
KW  - Motoneuronenerkrankung
KW  - Roscovitine
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189861
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A1  - Bolay-Gehrig, Sandra Jasmin
T1  - Analyse von Kontaminationen mit Körperflüssigkeiten bei - vom Betriebsärztlichen Dienst der Universität Würzburg betreuten - Beschäftigten und Studierenden im Zeitraum 2010-2014
T1  - Analysis of contamination with body fluids among employees and students during the period 2010-2014 - supervised by the Institutional Medicine Service of the University of Wuerzburg
N2  - Hintergrund: Für Beschäftigte im Gesundheitswesen besteht die Gefahr einer Kontamination und folgenden Infektion durch Blut übertragbare Krankheitserreger, insbesondere durch Hepatitis B, C und das Humane Immundefizienz-Virus. Die Kontaminationshäufigkeiten und -hergänge sind unter den Beschäftigten allerdings nicht gleich verteilt.

Ziel der Arbeit: Identifikation von Risikogruppen für Kontaminationsereignisse mit potentiell infektiösen Körpermaterialien durch detaillierte Subgruppenanalysen.

Material und Methoden: Retrospektive Studie an einer deutschen Universitätsklinik im Zeitraum 2010 bis 2014. Die Datenerhebung erfolgte mittels standardisierter Checklisten. Abweichungen der absoluten bzw. relativen Häufigkeiten wurden mittels Kontingenzanalysen, Fishers exaktem Test sowie Kaplan-Meier-Survival-Funktionen untersucht.

Ergebnisse: Kontaminationsereignisse mit potentiell infektiösen Körpermaterialien stellen mit knapp einem Ereignis pro Tag an einem deutschen Universitätsklinikum häufige Arbeitsunfälle dar. Ein erhöhtes Kontaminationsrisiko scheint unter Beschäftigten der operativen Fächer, der Desinfektion/Sterilisation, Hebammen und Kardiotechniker zu bestehen. Niedrige Hepatitis B-Impfraten fanden sich unter Zahnmedizinstudierenden.

Diskussion: Anhand der insgesamt niedrigen Kontaminations- und hohen Hepatitis B-Durchimpfungsraten kann auf sichere Arbeitsbedingungen geschlossen werden, vorbehaltlich niedriger Dunkelziffern. Allerdings sollte aufgrund der teils geringen Kopfzahlen in den Risikoberufsgruppen eine besonders tiefgreifende Evaluation der Arbeitsbedingungen zur Risikoreduktion von Kontaminationsereignissen mit potentiell infektiösen Körpermaterialien erfolgen.
N2  - Background: Healthcare workers are at risk of contamination and subsequent infection by blood-borne pathogens. Particularly common are hepatitis B, C and the human immunodeficiency virus. However, risk constellations for contamination are unevenly distributed among employees.

Objectives: Identification of risk groups for contamination with potentially infectious body fluids through detailed subgroup analyses.

Materials and methods: Retrospective study at a German university hospital, from 2010 to 2014. Data has been collected using standardized checklists. Deviations in both absolute and relative frequencies were examined by means of contingency analyse, Fisher's exact test and Kaplan-Meier Survival analyse.

Results: Contaminations with potentially infectious body fluids are frequent occupational accidents with an average of incidence of one per day. Particularly at risk appear employees in the operational subjects, disinfection/sterilization, midwives and perfusionists. Low vaccination rates for hepatitis B were found among dental students.

Conclusions: Based on overall low exposure and high hepatitis B vaccination rates, the working conditions can be regarded as safe – subject to low numbers of unreported cases. However, due to small numbers of subjects in the observed risk groups, in-depth evaluations of working conditions for the identification of possible countermeasures to reduce infections are warranted. These evaluations should be carried out with a specific aim: continuously reducing the risk of exposure.
KW  - Kontamination
KW  - Blutkontakt
KW  - Körperflüssigkeit
KW  - Nadelstichverletzungen
KW  - Infektion
KW  - Prävention
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178324
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TY  - THES
A1  - Jarick, Marcel
T1  - Molekulare und funktionelle Charakterisierung der Serin/Threonin-Proteinkinase Stk und -Proteinphosphatase Stp von \(Staphylococcus\) \(aureus\)
T1  - Molecular and functional characterization of the serine/threonine protein kinase Stk and Protein phosphatase Stp of \(Staphylococcus\) \(aureus\)
N2  - Staphylococcus aureus ist ein Kommensale, der die menschliche Haut und Schleimhaut der Nase und des Rachens besiedelt. Der Keim verursacht aufgrund zahlreicher Virulenzfaktoren leichte aber auch schwere Infektionen wie Pneumonie, Endokarditis oder Sepsis. Die Behandlung von S. aureus-Infektionen gestaltet sich heutzutage schwierig, da der Keim Resistenzen gegen verschiedenste Antibiotika ausgebildet hat. Zur Bekämpfung dieser Resistenzen werden neue Antibiotika benötigt, die u.a. mit der Zellphysiologie und der Zellwandwandsynthese der Bakterien interferieren. 
Die Zellphysiologie und Zellwandsynthese wird abhängig von der Wachstumsphase und Umwelt-einflüssen in den Bakterien streng reguliert. Neben den Zweikomponentensystemen sind Serin/Threonin-Proteinkinasen und -Phosphatasen wesentliche Sensoren und Regulatoren der Bakterien. Durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung bewirken diese beiden Systeme eine Hemmung oder Aktivierung der entsprechenden Zielproteine. Dadurch kann sich die Bakterienzelle an innere und äußere Reize anpassen. In dieser Arbeit wurde die konservierte Serin/Threonin-Proteinkinase Stk und die Serin/Threonin-Phosphatase Stp von S. aureus untersucht. Die beiden Proteine Stk und Stp haben einen großen Einfluss auf die Signalweiterleitung, den zentralen Metabolismus, die Stressantwort, die Antibiotikaresistenz und die Virulenz von S. aureus. 
Im ersten Teil dieser Arbeit wird dargelegt, dass Stk und Stp in der bakteriellen Membran lokalisiert sind, dort miteinander interagieren und antagonistisch Zielproteine phosphorylieren bzw. dephospho-rylieren. Die Deletion der Phosphatase Stp bewirkt, dass zahlreiche Proteine in der Zelle permanent phosphoryliert und daher vermutlich nur noch eingeschränkt funktionstüchtig sind. Die ausbleibende Dephosphorylierung der Proteine in der stp-Mutante hat einen dramatischen Effekt auf die Zellwand-synthese und die Virulenz von S. aureus. So hat die stp-Mutante eine verdickte Zellwand und ist weniger virulent als die stk-Mutante und der Wildtypstamm. Im Rahmen dieser Arbeit wird erstmals eine Erklärung präsentiert, die die strukturellen Besonderheiten von Stk und deren Auswirkung auf die Zellwandsynthese zusammenführt: In der stp-Mutante akkumulieren Zellwandvorläufer in der Zelle, da vermutlich die entsprechenden Zellwandsyntheseproteine durch Stk-vermittelte Phosphorylierung gehemmt werden. Die Proteine FemXAB nehmen eine zentrale Rolle in der Zellwandsynthese ein, indem sie die Pentaglycin-Interpeptidbrücke des Zellwandvorläufers Pentaglycin-Lipid II syntheti-sieren. Stk wird durch die Bindung seiner extrazellulären Domänen an Pentaglycin-Lipid II aktiviert. In der vorliegenden Arbeit konnte FemX als in vitro Substrat von Stk und Stp identifiziert werden. Die permanente Phosphorylierung von FemX in der stp-Mutante führt zur verminderten Synthese der Pentaglycin-Brücken am Lipid II und infolgedessen zum Einbau von unvollständigen Muropeptiden in den neuen Peptidoglycanstrang. Diese strukturelle Veränderung führt zur Verdickung der Zellwand und folglich zur verminderten Empfindlichkeit gegenüber der Glycyl-Glycinpeptidase Lysostaphin. Neben FemX interagiert Stk mit weiteren Zellwandsyntheseproteinen wie FemAB und einigen Zellteilungsproteinen. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass Stk das Vorkommen seines extrazellulären Liganden Lipid II detektiert und dementsprechend die Zellwandsynthese über FemX reguliert.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde anhand verschiedener Omics-Techniken die stk-, stp- und stk/stp-Mutante im Vergleich zum S. aureus NewmanHG Wildtyp charakterisiert. Dabei zeigten sich teilweise große Unterschiede zwischen der stp-Mutante und den anderen Stämmen. Mit diesen Unter-suchungen konnten Ergebnisse aus anderen Studien bestätigt und mit weiteren Daten untermauert werden. So lässt sich die verminderte Virulenz der stp-Mutante mit der reduzierten Expression und Sekretion von Toxinen wie Hämolysinen und Leukozidinen erklären. Dies führt zu einer verminderten Hämolyse von Erythrozyten und einer verminderten Immunantwort gegen diese Toxine im Infektions-versuch. Stk und Stp phosphorylieren bzw. dephosphorylieren Transkriptionsfaktoren und Antwort-regulatoren von Zweikomponentensystemen, was zu der veränderten Expression und Sekretion der Virulenzfaktoren führt. Die Analyse der Mutanten offenbart, dass Stk ein negativer und Stp ein positiver Regulator der Virulenz in S. aureus ist. Außerdem regulieren Stk und Stp zentrale Aspekte des Metabolismus in S. aureus. So ist die Konzentration an Nukleotidtriphosphaten in der stp-Mutante reduziert, was auf eine verminderte Expression der Gene der Pyrimidinsynthese zurückzuführen ist. Anhand dieser Ergebnisse wird deutlich, dass Stk und Stp wesentliche Aspekte der Zellphysiologie wie die Zellwandsynthese, den zentralen Metabolismus und die Virulenz von S. aureus regulieren.
N2  - Staphylococcus aureus is a commensal that inhabits the human skin and mucosa. S. aureus causes a large variety of nosocomial and community-acquired infections. Nowadays, it is difficult to treat S. aureus infections because this bacterium has acquired resistance to multiple drugs. Therefore, there is a need for new antimicrobial drugs against S. aureus. The most promising strategy to combat antibiotic resistance is to find novel antibiotics which interfere with the cell physiology and cell wall synthesis pathway.
The cell physiology and cell wall synthesis is tightly regulated depending on the bacterial growth phase and environmental influences. In addition to the two-component systems, serine/threonine protein kinases are essential sensors and regulators of bacteria. By phosphorylation and dephosphorylation, these systems cause inhibition or activation of the corresponding target proteins. This allows the bacterial cell to adapt to internal and external stimuli. In this work, the conserved serine/threonine protein kinase Stk and the phosphatase Stp in S. aureus were investigated. The two proteins Stk and Stp influence signal transduction, central metabolism, stress response, antibiotic resistance and virulence of S. aureus.
In the first part of this work it is shown that Stk and Stp are localized in the bacterial membrane, where they interact with each other and phosphorylate or dephosphorylate target proteins antagonistically. The deletion of the phosphatase Stp leads to numerous proteins in the cell being permanently phosphorylated, which renders them partially unfunctional. The lack of protein dephosphorylation in the stp mutant has a dramatic effect on cell wall synthesis and virulence of S. aureus. Thus, the stp mutant has a thickened cell wall and is less virulent than the stk mutant and the wild-type strain. This work brings together the structural characteristics of Stk and their effect on cell wall synthesis for the first time. In the stp mutant, cell wall precursors accumulate in the cell, presumably because the corresponding cell wall synthesis proteins are inhibited by Stk-mediated phosphorylation. The proteins FemXAB play a key role in cell wall synthesis by synthesizing the pentaglycine interpeptide bridge of the final cell wall precursor pentaglycine lipid II. The pentaglycine lipid II is bound by the extracellular domains of Stk, thereby activating Stk. In the present work, FemX was identified as an in vitro substrate of Stk and Stp. The permanent phosphorylation of FemX in the stp mutant leads to inhibited synthesis of the pentaglycine bridges on the lipid II and consequently to the incorporation of incomplete muropeptides into the new peptidoglycan strand. This structural change leads to thickening of the cell wall and consequently reduced sensitivity to the glycyl-glycine peptidase lysostaphin. In addition to FemX, Stk interacts with other cell wall synthesis proteins such as FemAB and some cell division proteins. These results illustrate that Stk detects the presence of its extracellular ligand lipid II. This leads to an inhibition of FemX and a downregulation of the cell wall synthesis pathway.
In the second part of this work, the stk, stp and stk/stp mutants were characterized by different omics- techniques in comparison to the S. aureus NewmanHG wild-type. There were some major differences between the stp mutant and the other strains. With these investigations, results from other studies were confirmed and substantiated with further data. Thus, the reduced virulence of the stp mutant can be explained by the reduced expression and secretion of toxins such as hemolysins and leukocidines. This leads to a reduced hemolysis of erythrocytes and a reduced immune response to these toxins in the infection experiment. Stk and Stp phosphorylate or dephosphorylate transcription factors and response regulators of two-component systems resulting in altered expression and secretion of virulence factors. Analysis of the mutants reveals that Stk is a negative and Stp is a positive regulator of virulence in S. aureus. In addition, Stk and Stp regulate central aspects of S. aureus metabolism. Thus, the concentration of nucleotide triphosphates in the stp mutant is reduced, which is due to a reduced expression of the genes of pyrimidine synthesis. From these results it becomes clear that Stk and Stp regulate essential aspects of cell physiology such as cell wall synthesis, central and virulence in S. aureus. This study of the function of Stk and Stp contributes significantly to the understanding of regulatory processes by phosphorylation in the bacterial cell.
KW  - Kinase
KW  - Phosphatase
KW  - Stk
KW  - Stp
KW  - Staphylococcus
KW  - Zellwand
KW  - FemX
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176542
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TY  - THES
A1  - Gotru, Sanjeev Kiran
T1  - Cation Homeostasis in Platelets
T1  - Kationen-Homöostase in Thrombozyten
N2  - Divalent cations are important second messengers triggering various signal transduction events in platelets. Whereas calcium channel blockers have an established antithrombotic effect and the regulation of Ca2+ homeostasis has been elucidated in platelets, the molecular regulation of Mg2+ and Zn2+ homeostasis has not been investigated so far.
In the first part of the thesis, the role of -type serine-threonine kinase linked to transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 7 (TRPM7) in platelets was investigated. Using Trpm7R/R mice with a point mutation deleting the kinase activity, we showed that the TRPM7 kinase regulates platelet activation via immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM), hem(ITAM) and protease-activated receptor (PAR) signaling routes. Furthermore, Trpm7R/R mice were protected from in vivo thrombosis and stroke, thus establishing TRPM7 kinase as a promising anti-thrombotic target.
In the second part of the thesis, the role of TRPM7 channel in a megakaryocyte (MK) and platelet-specific knockout mouse, Trpm7fl/fl-Pf4Cre, was investigated. Here, we observed that depending on the type of stimulation, Trpm7fl/fl-Pf4Cre platelets showed either enhanced or inhibited responses. Although Trpm7fl/fl-Pf4Cre mice were thrombocytopenic, no differences to wildtype mice were observed in models of in vivo thrombosis and stroke. The above two studies highlight that inhibition of TRPM7 kinase but not the channel itself (in MKs and platelets) may be a promising anti-thrombotic strategy.
Besides TRPM7, we investigated the role of magnesium transporter 1 (MAGT1) in platelet Mg2+ homeostasis and found that MAGT1 primarily regulates receptor-operated calcium entry (ROCE) in platelets specifically upon GPVI activation. This physiological crosstalk is triggered by protein kinase C (PKC) isoforms. Platelets from Magt1-/y mice hyper-reacted to GPVI and thromboxane A2 (TXA2) receptor stimulation in vitro. Consequently, Magt1-/y platelets were found to be pro-thrombotic in disease models of thrombosis and stroke.
To compare platelet ITAM-signaling to the immune system, we further investigated the role of MAGT1 in T and B cells. We described the primary role of MAGT1 in mice under pathogen-free conditions. Magt1-/y B cells showed dysregulated Mg2+ and Ca2+ homeostasis upon B-cell receptor activation, thereby altering Syk, LAT, phospholipase C (PLC)2 and PKC phosphorylation. In contrast to human MAGT1-deficient T cells, development and effector functions of mouse Magt1-/y T cells showed no alterations.
Finally, in the last part of the thesis, we described methods to measure intracellular free zinc [Zn2+]i in human and mouse platelets with storage pool disease (SPD). We propose to measure the [Zn2+]i status in SPD platelets as a relatively easy diagnostic to screen platelet granule abnormalities.
N2  - Zweiwertige    Kationen    sind    wichtige    sekundäre    Botenstoffe,    welche    verschiedene Signaltransduktionsereignisse in Thrombozyten initiieren. Zwar wurde die Regulation der Ca2+Homöostase in Blutplättchen bereits aufgeklärt und der Einsatz von Calciumkanalblockern zur antithrombotischen Therapie ausführlich diskutiert,  die molekulareRegulation der Mg2+und Zn2+Homöostase  in  Thrombozyten  und  Megakaryozyten  (MK)  wurdebisher  jedoch  nicht untersucht.Im ersten Teil dieser Thesis wurde die Rolle der -Typ Serin-Threonin Kinase des transienten Rezeptortyp  Kation  Kanals,  Unterfamilie  M,  7  (TRPM7)  in  Thrombozyten  untersucht.  Unter Verwendung von Trpm7R/RMäusen mit einer Punktmutation in der Kinasedomäne, welche die Aktivität   der   Kinase   blockiert,   konnten   wir   zeigen,   dass   die   TRPM7-Kinase   die Thrombozytenaktivierung  über  Immunorezeptor-Tyrosin-basierte  Aktivierungsmotive  (ITAM), Hem(ITAM) und Protease-aktivierte Rezeptoren (PAR) reguliert. Trpm7R/RMäuse waren vor in vivoThrombose und Schlaganfall geschützt, was die TRPM7 Kinase als vielversprechendes antithrombotisches Zielprotein etabliert.Im  zweiten  Teil  wurde  die  Rolle  des  TRPM7  Kanals  in  einer  Megakaryozyten  (MK)-und Plättchen-spezifischen Knockout Maus(Trpm7fl/fl-Pf4Cre) untersucht. Wir konnten zeigen, dass Trpm7fl/fl-Pf4CrePlättchen  je  nach  Art  der  Stimulation  entweder  erhöhte  oder  verminderte Reaktionen  zeigten.  Obwohl Trpm7fl/fl-Pf4Cre-Mäuse  thrombozytopen  waren,  wurden  keine Unterschiede  in in  vivoThrombosemodellen  und  Schlaganfall  beobachtet.  Diese  Studien heben hervor, dass die Hemmung der TRPM7 Kinase, aber nicht die des Kanal selbst (inMKs und Plättchen), eine vielversprechende anti-thrombotische Therapie sein könnte. Neben TRPM7 untersuchten wir die Rolle von Magnesium Transporter 1 (MAGT1)in der Mg2+-Homöostase  in  Thrombozyten  und  konnten  zeigen, dass  MAGT1  primär  den  Rezeptor-gesteuerten   Calciuminflux   (ROCE)   spezifisch   nach   GPVI   Aktivierung   reguliert.   Dieser physiologische    Crosstalk    wird    durch    Proteinkinase    C    (PKC)    Isoformen    vermittelt. Thrombozyten von Magt1-/yMäusen reagierten in vitrohyperreaktiv auf GPVI und ThromboxanA2(TXA2) Rezeptor Stimulation. Dementsprechend konnte auch gezeigt werden, dass Magt1-/yPlättchen in Modellen von Thrombose und Schlaganfall pro-thrombotisch wirkten.Um die ITAM-Signalübertragung in Thrombozyten mit der in T und B Zellen zu vergleichen, untersuchten wir die Rolle von MAGT1 in Immunzellen. Wir überprüften die Rolle von MAGT1 in  Mäusen  unter  pathogen-freien  Bedingungen. Magt1-/yB  Zellen  zeigten  eine  dysregulierte Mg2+und Ca2+Homöostase nach Aktivierung des B Zell Rezeptors, wodurch Syk, LAT, PLCγ2 und  PKC  Phosphorylierung  beeinflusst  wurde.  Im Gegensatz  zu  menschlichen  MAGT1-defizienten  T  Zellen,  zeigten Magt1-/yT  Zellen  keine  Veränderungen  in  Entwicklung  und Effektorfunktion.
Schließlich   beschrieben   wir   im   letzten   Teil   der   Arbeit   Methoden   zur   Messung   des intrazellulären freien Zinks [Zn2+]iin humanen und murinen Thrombozyten mit Storage-Pool-Defekt (SPD). Wir unterbreiten in dieser Thesis, den [Zn2+]iStatus in SPD Thrombozyten zu messenum nachAnomalien in den Thrombozyten-Granula zu suchen.
KW  - Thrombozyt
KW  - Kationen-Homöostase
KW  - Homöostase
KW  - Cation Homeostasis
KW  - Platelets
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176616
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TY  - THES
A1  - Griesbeck, Stefanie Ingrid
T1  - A Very Positive Image of Boron: Triarylborane Chromophores for Live Cell Imaging
T1  - Ein sehr positives Bild von Bor: Triarylboran Farbstoffe für Lebendzellenmikroskopie
N2  - Efficient quadrupolar chromophores (A–pi–A) with triarylborane moieties as acceptors have been studied by the Marder group regarding their non‐linear optical properties and two‐photon absorption ability for many years. Within the present work, this class of dyes found applications in live‐cell imaging. Therefore, the dyes need to be water‐soluble and water‐stable in diluted aqueous solutions, which was examined in Chapter 2. Furthermore, the influence of the pi‐bridge on absorption and emission maxima, fluorescence quantum yields and especially the two-photon absorption properties of the chromophores was investigated in Chapter 3. In Chapter 4, a different strategy for the design of efficient two‐photon excited fluorescence imaging dyes was explored using dipoles (D–A) and octupoles (DA3). Finding the optimum balance between water‐stability and pi‐conjugation and, therefore, red‐shifted absorption and emission and high fluorescence quantum yields, was investigated in Chapter 5
N2  - Effiziente quadrupole Farbstoffe (A–pi–A) mit Triarylboraneinheiten als Akzeptoren wurden innerhalb der letzten Jahre von der Arbeitsgruppe Marder bezüglich ihrer nicht‐linearen optischen Eigenschaften und Zweiphotonenabsorptionsfähigkeiten untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Farbstoffklasse zur Untersuchung lebender Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie angewendet. Hierzu müssen die Farbstoffe wasserlöslich und in verdünnten wässrigen Lösungen stabil sein. Dies wurde in Kapitel 2 untersucht. Außerdem wurde der Einfluss der pi‐Brücke auf das Absorptions‐ und Emissionsmaximum, die Fluoreszenzquantenausbeute und vor allem die Zweiphotonenabsorptionsfähigkeit untersucht (Kapitel 3). In Kapitel 4 wurden andere molekulare Designstrategien verfolgt um effiziente Zweiphotonenangeregtenfluoreszenzfarbstoffe zu erhalten. Dazu zählen die Strukturmotive des Dipols (D–A) und des Oktupols (DA3). Bestandteil des Kapitels 5 war die Optimierung zwischen Wasserstabilität und pi‐Konjugation und eine damit verbundene rotverschobene Absorption und Emission, sowie eine hohe Fluoreszenzquantenausbeute
KW  - Borane
KW  - Bor
KW  - Lumineszenz
KW  - Fluoreszenz
KW  - Zweiphotonenabsorption
KW  - imaging
KW  - luminescence
KW  - fluorescence
KW  - two-photon absorption
KW  - borane
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179921
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TY  - THES
A1  - Stöckl, Sarah
T1  - Antiinflammatorische Effekte von Anthocyanen und Anthocyanidinen
T1  - Antiinflammatory effects of anthocyanins
N2  - Ziel dieser Arbeit war es, die antiinflammatorischen Effekte von Anthocyanen und Anthocyanidinen mit besonderem Augenmerk auf Delphinidin zu vergleichen. Desweiteren sollten im statistischen Vergleich Dosierungen gefunden werden, bei welchen die größte antiinflammatorische Wirksamkeit von Anthocyanen und Anthocyanidinen zu erwarten wäre und ein eventueller Unterschied in der Wirkung der verschiedenen Stoffe berechnet werden. 
Die Literaturrecherche mittels der Datenbanken „Pubmed“ und „The Cochrane Library“ lieferte 24 Studien, die die Einschlusskriterien erfüllten. Für Delphinidin allein war die Datenlage zu diesem Zeitpunkt noch zu dürftig, weswegen die Suche auf die Begriffe „Anthocyanins“ in Kombination mit „Antiinflammatory Agents“ ausgedehnt wurde. 
Die statistische Auswertung der Daten erfolgte unter der Fragestellung: „ Haben die Variablen Wirkstoff, Wirkdauer, Menge an Wirkstoff und Art (m-RNA oder Protein“ jeweils unter Kontrolle der anderen Variablen einen Einfluss auf die Reduktion von inflammatorischen Markern?“ Die wichtigsten Ergebnisse, die unter dieser Fragestellung errechnet werden konnten, lauten: 1. PDG zeigt eine bessere antiinflammatorische Wirksamkeit als DP und C3G, 2. Luteolin zeigt eine bessere antiinflammatorische Wirksamkeit als Cyanidin.
Gründe für eine höhere antiinflammatorische Wirksamkeit von PDG im Vergleich zu DP und C3G sind derzeit noch offen. Zu diskutieren ist unter anderem, ob DP und C3G biochemisch instabilere Komplexe sind und schneller zerfallen. Grund für eine höhere antiinflammatorische Wirksamkeit von Luteolin im Vergleich zu Cyanidin könnte eine Doppelbindung zwischen C2 und C3 sein, die bei Luteolin, nicht aber bei Cyanidin zu finden ist. In der Zusammenschau dieser Ergebnisse ist festzustellen, dass weitere Studien für eine möglichst genaue statistische Analyse nötig sind, vor allem in Bezug auf die antiinflammatorischen Effekte von Delphinidin.
N2  - Aim of this study was to identify antiinflammatory effects of anthocyanins especially of delphinidin. Furthermore we wanted to find the most effectful dosages of anthocyanins and possible differences between the impact of the various substances. Therefore we performed a literally research in June 2012 on Pubmed and Cochrane Library. We found a better efficacy for PDG and Luteolin vs. C3G, Cyanidin and Delphinidin in our statistical analysis. In the synopsis of these findings we determine that further studies are required.
KW  - Anthocyanidine
KW  - Anthocyane
KW  - Antiinflammatory agents
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179393
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TY  - THES
A1  - Castillo Cajas, Ruth
T1  - Evolution and diversity of cuticular hydrocarbon profiles of cuckoo wasps
T1  - Evolution und Diversität der Kohlenwasserstoffprofile der Goldwespen
N2  - Cuticular hydrocarbons (CHC) abound on the surface of arthropods. In spite of their simple structure (molecules of carbon and hydrogen atoms), they provide pivotal functions in insects: their hydrophobic properties confer the insects a means to regulate water balance and avoid desiccation, whereas their diversity has enhanced their use as signals and cues in a wide range of communication and recognition processes. Although the study of CHC in insects over the past two decades has provided great insight into the wide range of functions they play, there is still a gap in understanding how they diversify and evolve. In this thesis, I have used members of the family Chrysididae to explore patterns of diversification of CHC. Most of the species of cuckoo wasps in this study are specialized parasitoids or kleptoparasites of mainly solitary hymenopteran hosts. Other hosts of the family include butterflies or stick insects. Cuckoo wasps are a particular interesting model to study the evolution of cuticular hydrocarbons because of their chemical adaptations that allow them to remain unrecognized by their hosts. Chemical insignificance (the reduction of the total amount of CHC on the cuticle) and chemical mimicry (the de novo production of CHC profiles resembling those of their female host) have been described in some representatives of the family and unpublished evidence suggests chemical deception is widespread in Chrysididae (Chapter 2). Nonetheless, to trace the evolution of any trait of interest, a reliable phylogenetic reconstruction of the family is required. Therefore, the first study of this thesis constitutes the largest and to-date most reliable phylogenetic reconstruction of the family Chrysididae, which includes representatives of 186 species of cuckoo wasps. While the results of this phylogenetic reconstruction are consistent with previous ideas on the relationships of subfamilies and tribes, it shows the existence of several non-monophyletic genera (Chapter 3). CHC are involved in intraspecific recognition, often acting as contact sex pheromones. Nevertheless, it is not yet understood to what extent CHC profiles differ between the two sexes and whether some compound classes are more prevalent in one or the other sex. So far, no comparison of CHC profiles of males and females has been done for more than a dozen of related species. In Chapter 4, I describe and compare CHC profiles of females and males of 58 species of cuckoo wasps in order to evaluate whether and to what extent CHC profiles of these species differ between the sexes. I demonstrated that CHC profiles of cuckoo wasps are frequently (more than 90% of the species analyzed) and strongly dimorphic (both sexes of a given species tend to produce very different CHC compounds). Methyl-branched compounds tend to be more prevalent in males (especially dimethyl-branched compounds) and unsaturated compounds prevail in females. Moreover, a sex-specific pattern in the distribution of the double bond position of alkenes was evident: internal double bond positions (> 11) occur predominantly in males, whereas alkenes with the doublé bond at position 9 were more abundant and frequent in females (Chapter4). In Chapter5, I investigated how CHC profiles of cuckoo wasps differ across species. Are CHC profiles of cuckoo wasps species-specific, enabling their use as cues for species recognition? How do CHC profiles resemble phylogenetic relatedness? In Chapter 5, I try to answer these questions by comparing CHC profiles of 59 species of cuckoo wasps. CHC profiles of cuckoo wasps are shown to be species (and sex-) specific. I show that CHC profiles are useful as a complementary tool to help delimiting taxonomically difficult sibling species. Moreover, the evaluation of CHC profiles of five commonly occurring species within a genus, showed little or no geographical variation. However, CHC profiles of closely related species may differ strongly among each other, not being useful to track the evolutionary history of species (Chapter 5). Sexual selection is generally credited for generating striking sexual dimorphism by causing changes in male traits. Most often, sexual selection has a stronger effect on males, who compete for access to and may be selected by females, thus male traits may rapidly evolve. Nevertheless, in cuckoo wasps, it appears that it is the female sex the one evolving faster changes, with females of very closely related species showing extremely divergent profiles. One plausible reason for this disparity is that natural selection acting on female’s CHC profiles may be stronger than sexual selection on males (Chapter 6). Since females of cuckoo wasps are most probably engaged in an evolutionary arms race with their female hosts, CHC profiles of female cuckoo wasps are likely rapidly evolving, thus explaining part of the strong observed sexual dimorphism of CHC (Chapter 6). In fact, Chapter 7 shows evidence of a possible ongoing evolutionary arms race between five cuckoo wasps of the genus Hedychrum and their hosts. Hedychrum species parasitize either Coleoptera-hunting or Hymenoptera-hunting digger wasps. Since the coleopteran prey of the former digger wasps is naturally better protected against fungus infestation, these wasps do not embalm their prey with alkene-enriched secretions as do the Hymenoptera-hunting digger wasps. Thus, Coleoptera-hunting digger wasps can apparently diversify their profiles to escape chemical mimicry. Interestingly, only female cuckoo wasps of these hosts have started producing the same compound classes and even the same CHC compounds as those of their hosts. Male cuckoo wasps, however retain an alkene-enriched CHC profile that reflects the molecular phylogeny of the genus (Chapter 7). Whereas, a larger number of parasite-host comparisons may be needed to further conclude that an arms race between cuckoo wasps and their hosts is capable of generating sexual dimorphism of cuckoo wasps, this thesis constitutes the first effort towards this, providing a starting point for further studies. Finally, I provide some methodological tools that may help in speeding up the sometimes cumbersome process of analyzing and identifying CHC profiles. One of the most time-demanding steps in the processing of CHC data is the alignment of CHC chromatograms. This process is often done manually, because alignment programs are mostly designed for metabolomics or are just recently being developed. I analyzed CHC profiles using a combined approach with two freely available programs. I used AMDIS (Automated Mass Spectral Deconvolution and Identification System, http://chemdata.nist.gov/mass-spc/amdis/) to deconvolute and automatically identify all CHC of interest present in a chromatogram. I then developed a series of R scripts to correct for potential, unavoidable errors while processing CHC chromatograms with AMDIS. Chapter 8 explains this procedure. In the next chapter, I developed a program that helps in the identification of one commonly occurring class of hydrocarbons. The limited number of linear alkanes (only one per carbon atom) and their characteristic diagnostic ion allows a rapid and unambigous identification of these substances. In opposition, unsaturated and methyl-branched compounds are more difficult to identify, as a result of the much larger diversity of existing compounds. To identify unsaturated compounds a derivatization is necessary to determine the position of the double bond. Methyl-branched alkanes, however can be identified from the original chromatogram if their diagnostic ions are known. Nonetheless, polymethyl-branched alkanes (e.g., compounds with two or more methyl groups along the chain) are often difficult to identify, because they may appear in mixes (e.g., 3,7 diMeC27 and 3,9 diMeC27), and tables containing the diagnostic ions are not easily available. Therefore, I developed a program that creates a table with all possiblemethyl-branched compounds containing up to 4 methyl groups, and that provides their diagnostic ions and a calculated retention index. This may allow a much faster identification of the methyl-branched compound a researcher is dealing with, without having to lose time in the tedious calculations by hand. The program is able to correctly identify, or at least, greatly reduce the number of possible options for the identification of an unknown methyl-branched compound. Thus, using this tool, most methyl-branched compounds can be readily identified (Chapter 9). This thesis ends with a general discussion (Chapter 10). Overall, this work provides a comprehensive overview of the diversity of cuticular hydrocarbons of cuckoo wasps. The analyses presented here shed light on the emergence and evolution of interspecific diversity and intraspecific sexual dimorphism of CHC profiles. In addition, two technical methods have been developed that could greatly facilitate the CHC analysis of insects.
N2  - Kutikulare Kohlenwasserstoffe (engl. „cuticular hydrocarbons“, CHC) sind Substanzen, die wir in größeren Mengen auf der Körperoberfläche von Arthropoden finden. Diese Moleküle aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen haben trotz ihrer einfachen Struktur entscheidende Funktionen bei Insekten: Ihre wasserabweisende Eigenschaften geben den Insekten die Möglichkeit, den Wasserhaushalt zu regulieren und Austrocknung zu vermeiden. Darüber hinaus ermöglicht die Vielfältigkeit der CHC ihre Verwendung als Signale für eine breite Palette von Kommunikations-und Erkennungsprozessen. Obwohl die Erforschung von CHC in den letzten zwei Jahrzehnten einen großen Einblick in die Funktionen bei Insekten ermöglicht hat, gibt es immer noch Verständnislücken bezüglich der Evolution und Diversifizierung von CHC (Kapitel1). In der vorliegenden Dissertation habe ich anhand verschiedener Arten der Wespen Familie Chrysididae die Diversifizierungsmuster von CHC erforscht. Die meisten der Goldwespenarten in dieser Studie sind spezialisierte Parasitoiden oder Kleptoparasiten von hauptsächlich solitären Hymenopteren. Wirte von anderen Goldwespen sind auch Phasmatodea und Lepidoptera. Goldwespen sind besonders interesante Modellorganismen, um die Evolution von CHC zu untersuchen. Denn sie haben auf ihrer Kutikula chemische Anpassungen an die chemischen Oberflächen ihrer Wirte entwickelt, um bei dem Wirt zu vermeiden, dass ihre eigenen chemischen Signale bei der Eiablage erkannt werden. Für einige Vertreter der Familie Chrysididae wurden chemische Unscheinbarkeit/Unsichtbarkeit („insignificance“) und chemische Mimikry beschrieben. Bei ersterem, handelt es sich um die Reduzierung der Gesamtmenge der CHC auf der Kutikula, bei letzterem um die Nachahmung des CHC Profils des Wirtes. Zudem, deuten unveröffentlichte Daten darauf hin, dass chemische Nachahmung unter den Chrysididae weit verbreitet ist (Kapitel 2). Eine zuverlässige phylogenetische Rekonstruktion der Chrysididae ist notwendig, um die Evolution eines Merkmales, wie z.B. die Ausbildung eines CHC-Profils, zu verfolgen. Daher stellt der erste Teil dieser Arbeit die größte und bis heute zuverlässigste phylogenetische Rekonstruktion der Familie Chrysididae dar, welche Vertreter von 186 Arten von Goldwespen umfasst. Die Ergebnisse dieser Phylogenie stehen in Übereinstimmung mit vorherigen Studien über die Beziehungen zwischen Subfamilien und Triben der Goldwespen. Die Phylogenie deutet jedoch auf die Existenz mehrerer nicht-monophyletischer Gattungen in Chrysididae hin (Kapitel 3). CHC sind an der innerartlichen Erkennung beteiligt und fungieren manchmal als Kontakt-Sex-Pheromonen. Es ist jedoch noch nicht klar, inwieweit die CHC-Profile zwischen den beiden Geschlechtern differieren und ob einige Verbindungsklassen in dem einen Geschlecht häufiger als in dem anderen vorkommen. Bislang gibt es lediglich einen Vergleich von CHC-Profilen zwischen Männchen und Weibchen für weniger alseinDutzendverwandterArten.In Kapitel 4 werden die CHC-Profile von Weibchen und Männchen von 58 Goldwespenarten beschrieben und verglichen, um zu beurteilen, ob und in welchem Ausmaß, sich die CHC-Profile dieser Arten zwischen den Geschlechtern unterscheiden. Ich konnte zeigen, dass CHC-Profile von Goldwespen stark sexuell dimorph sind (Männchen und Weibchen der gleichen Art neigen dazu, sehr unterschiedliche CHC-Verbindungen zu produzieren), und dass dieser Dimorphismus sehr häufig vorkommt (mehr als 90% der untersuchten Arten). Methylverzweigte Verbindungen (insbesondere dimethylverzweigte Verbindungen) waren tendenziel bei Männchen häufiger und bei Weibchen waren ungesättigte Verbindungen häufiger. Darüber hinaus war ein geschlechtsspezifisches Muster in der Verteilung der Doppelbindungsposition von Alkenen offensichtlich: interne Doppelbindungspositionen (>11) treten vorwiegend bei Männchen auf, während Alkene mit der Doppelbindung an Position 9 bei Weibchen häufiger vorkommen (Kapitel 4). Im darauf folgenden Kapitel meiner Arbeit, beschäftige ich mich mit der Frage wie unterschiedlich CHC-Profile von Goldwespen zwischen Arten sind. Sind CHC-Profile artspezifisch, wie es zu erwarten wäre, wenn sie zur Arterkennung dienen? Gibt es Ähnlichkeiten in Bezug auf die phylogenetische Verwandtschaft der Arten? In Kapitel 5, versuche ich diese Fragen zu beantworten, indem ich die CHC-Profile von 59 Goldwespenarten vergleiche. Ich zeige, dass CHC-Profile von Goldwespen art- (und geschlechts-) spezifisch sind, und dass CHC-Profile als ergänzendes Werkzeug zur Abgrenzung von taxonomisch schwierigen Geschwisterarten nützlich sind. Darüber hinaus zeigt die Beurteilung der CHC-ProfilevonfünfhäufigvorkommendeArteninnerhalbeinerGattungwenigoder keine geografische Variation, was bei der Abgrenzung der Arten hilft. Allerdings können CHC-Profile nah verwandter Arten sehr unterschiedlich sein. Somit sind sie kein geeignetes Merkmal um die Evolutionsgeschichte von Arten nachzuvollziehen (Kapitel 5). Im sich daran anschließenden Kapitel, geht es darum, zu verstehen warum CHCProfile der meisten Goldwespenarten so auffallend unterschiedliche CHC-Profile zwischen Geschlechtern aufweisen. Beider sexuellen Selektion wird in der Regel erwartet, dass siedurch Veränderungen männlicher Merkmale zu einem auffälligen Sexualdimorphismus führt. Meistens wirkt die sexuelle Selektion stärker auf die Männchen aus als auf die Weibchen, weil sie um die Weibchen konkurrieren und von den Weibchen ausgewählt werden müssen. Daher wird erwartet, dass männliche Merkmale schneller evolvieren. Dennoch scheint das weibliche Geschlecht bei Goldwespen das Geschlecht zu sein, das schneller evolviert, was sich z. B. dadurch äußert, dass Weibchen sehr nah verwandter Arten extrem divergierende Profile zeigen (Kapitel 6). Ein plausibler Grund für diese Verschiedenheit zwischen den Weibchen nah verwandter Arten ist, dass die natürliche Selektion, die auf die CHC-Profile von Weibchen wirkt, stärker sein kann als die sexuelle Selektion bei den Männchen (Kapitel 6). Da die Weibchen der Goldwespen höchstwahrscheinlich in einem evolutionären Wettrüsten mit ihren weiblichen Wirten stehen, ist es möglich dass die CHC-Profile von Weibchen schnell evolvieren und somit den stark beobachteten sexuellen Dimorphismus von CHC in Goldwespen erklären (Kapitel 6). In Kapitel 7, werden Hinweise auf ein mögliches fortwährendes Wettrüsten zwischen fünf Goldwespenarten der Gattung Hedychrum und ihren Wirten aufgezeigt. Arten dieser Gattung parasitieren entweder Grabwespen die Coleoptera oder Hymenoptera als Nahrung für ihre Nachkommen jagen. Da die Coleoptera-Beute natürlicherweise besser gegen Pilzbefall geschützt ist, balsamieren diese Wespen ihre Beute nicht mit durch Alkene angereicherte Sekrete ein, im Gegensatz zu der anderen Gruppe der Grabwespen, die Hymenopteren als Futter verwerten. Daher diversifizieren Coleoptera-jagende Grabwespen offenbar ihre Profile stärker,um der chemischen Mimikry ihrer Parasitoiden zu entkommen. Interessanterweise haben nur weibliche Goldwespen dieser Coleoptera-jagende Wirte begonnen, die gleichen Substanzklassen und sogar die gleichen CHC-Verbindungen wie die ihrer Wirte zu produzieren. Männliche Goldwespen behalten jedoch ein durch Alkene angereichertes CHC-Profil, das die molekulare Phylogenie der Gattung Hedychrum widerspiegelt. Um jedoch eindeutiger zu beweisen, dass ein Wettrüsten zwischen Goldwespen und ihren Wirten den Geschlechtsdimorphismus von Goldwespen hervorbringt, wäre eine größere Anzahl von Vergleichen zwischen Goldwespen und ihren Wirten nötig. Nichtsdestotrotz ist diese Arbeit ein erster Versuch, den Geschlechtsdimorphismus von CHC in Goldwespen zu erklären und ein Ausgangspunkt für weitere Studien. Abschließend stelle ich einige methodische Werkzeuge vor, die helfen können, den bisher umständlichen Prozess der Analyse und Identifizierung von CHC-Profilen zu beschleunigen. Einer der zeitaufwendigsten Schritte bei der Verarbeitung von CHC Daten ist die Alinierung von CHC-Chromatogrammen. Dieser Prozess wird oft manuell durchgeführt, da Alinierungsprogramme für die Metabolomik konzipiert sind oder gerade erst entwickelt werden. Meine CHC-Profile habe ich mit einem kombinierten Ansatz mit zwei frei verfügbaren Programmen analysiert. Ich benutzte AMDIS (Automated Mass Spectral Deconvolution and Identification System), um die CHC in einem Chromatogramm zu dekonvolutieren und automatisch zu identifizieren. Ich habe weiterhin eine Reihe von R-Skripten entwickelt, um mögliche unvermeidbare Fehler bei der Verarbeitung von CHC-Chromatogrammen mit AMDIS zu korrigieren. In Kapitel 8 wird dieses Verfahren erläutert. Im darauffolgenden Kapitel stelle ich ein Programm vor, das ich für eine erleichterte Identifizierung einer häufig vorkommenden Verbindungsklasse von CHC entwickelt habe. Die begrenzte Anzahl von linearen Alkanen (nur eines pro Kohlenstoffatom) und ihre charakteristischen diagnostischen Ionen erlauben die schnelle und eindeutige Identifizierung dieser Substanzen. Im Gegensatz dazu sind ungesättigte und methylverzweigte Verbindungen auf grund der viel größeren Vielfalt möglicher Verbindungen deutlich schwieriger zu identifizieren. Für die Identifizierung ungesättigter Verbindungen ist eine Derivatisierung notwendig, um die Position der Doppelbindung zu bestimmen. Methylverzweigte Alkane können jedoch theoretisch vom ursprünglichen Chromatogramm unterschieden werden, sofern die diagnostischen Ionen bekannt sind. Trotz alledem sind polymethylverzweigte Alkane (z.B. Verbindungen mit zwei oder mehr Methylgruppen entlang der Kette) oft schwer zu identifizieren, da sie in Mischungen (z. B. 3,7 diMeC27 und 3,9 diMeC27) auftreten können. Ihre diagnostische Ionen müssen entweder berechnet werden oder in Tabellen, die nicht leicht verfügbar sind, gesucht werden. Ich entwickelte daher ein kleines Programm, das eine Tabelle erstellt mit allen möglichen methylverzweigten Verbindungen mit bis zu 4 Methylgruppen sowie deren diagnostischen Ionen und einem berechneten Retentionsindex. Dies erlaubt eine viel schnellere Identifizierung der richtigen methylverzweigten Verbindung, ohne dass ein Wissenschaflter Zeit für die mühsamen Berechnungen von Hand verlieren muss. Das Programm ist in der Lage, die Anzahl möglicher Optionen einer unbekannten methylverzweigten Verbindung korrekt zu nennen oder zumindest die Auswahl stark einzugrenzen und damit die Identifikation der Substanz stark zu erleichtern. Es ist daher zu erwarten, dass mit diesem Werkzeug die meisten methylverzweigten Verbindungen leicht identifiziert werden können (Kapitel9). Ich schließe meiner Dissertation mit einer allgemeinen Diskussion (Kapitel 10). Die vorliegende Arbeit stellt einen umfangreichen Überblick der Diversität von kutikularen Kohlenwasserstoffen von Goldwespen dar. Dieser Einblick kann uns helfen, die Bedeutung von CHC-Profilen für Arthropoden im Allgemeinen besser zu verstehen. Konkret beleuchten die durchgeführten Analysen die Entstehung und Evolution von interspezifischer Diverstität bzw. Ähnlichkeiten von CHC-Profilen und intraspezifischen sexuellen Dimorphismus von CHC-Profilen. Darüber hinaus wurden technische Methoden entwickelt, die zukünftige Arbeiten zu CHC Analysen von verschiedenen Insekten stark erleichtern könnten.
KW  - Chrysididae
KW  - Cuticular hydrocarbons
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173418
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ashour, DiyaaEldin
T1  - Kinetics and timing of IL-12 production by dendritic cells for Th1 polarization \(in\) \(vivo\)
T1  - Kinetik und zeitlicher Ablauf der IL-12-Produktion durch Dendritische Zellen für die Th1 Polarisierung \(in\) \(vivo\)
N2  - Auf Dendritische Zellen (DCs) basierende Vakzinen hängen von der Qualität der DC-Reifung ab, um Antigenpräsentation, Kostimulation, Lymphknotenmigration und, im Faller einer T-Helfer-1 (Th1) Polarisierung, die Freisetzung von IL-12 zu induzieren. Die Herstellung des heterodimeren IL-12p70 durch injizierte DC wurde klassisch als Schlüsselfaktor beschrieben, der für die Erzeugung einer polarisierten Th1 Immunreaktion erforderlich ist. Dennoch induzieren DCs, die IL-12 nicht ausscheiden können (z. B. nach Reifung des Cytokin-Cocktails), Th1 polarisierte Immunantwortenin Mäusen und Menschen. Da zuvor auch beschrieben wurde, dass DCs in der Lage sind, andere DCs auf Bystander-Weise zu aktivieren, haben wir hier die DC-Quelle der IL-12 Produktion für die Th1-Polarisation in einem murinen DC-Vakzinemodell untersucht. Die Migration der injizierten, aus murinem Knochenmark generierten DCs (BM-DCs) war für den Antigentransport in den Lymphknoten wesentlich. Sie trugen jedoch nur teilweise zur Antigenpräsentation bei und induzierten nur einen nicht polarisierten Th0-Zustand der T-Zellen, die IL-2 produzierten, aber kein IFN-. Stattdessen deuten die Daten daraufhin, dass endogene dermale migrierende XCR1+ DCs als Bystander-DCs zur Antigenpräsentation beitragen und IL-12 für die Th1 Polarisation bereitstellten. Die genetische Ablation von migrierenden DCs und speziell von XCR1+ migrierenden DCs hebt das Th1 Priming vollständig auf, Die Kinetik der Wechselwirkungen in den drainierenden Lymphknoten erfolgt schrittweise, indem i) injizierte DCs mit verwandten T-Zellen, ii) injizierte DCs mit Bystander XCR1+ DCs und iii) Bystander XCR1+ DCs mit T-Zellen in Kontakt treten. Das Transkriptom der Bystander-DCs zeigte eine Herunterregulierung von Treg- und Th2/Th9-induzierenden Genen und eine Hochregulierung der für die Th1- Induktion erforderlichen Gene. Zusammen zeigen diese Daten, dass injizierte reife migrierende BM-DCs das T-Zell-Priming und die Bystander-DC-Aktivierung steuern, nicht jedoch die Th1-Polarisation, die durch endogene IL-12p70+ XCR1+ Bystander-DCs vermittelt wird. Unsere Ergebnisse sind von Bedeutung für klinische Studien mit Vakzine-DCs, bei denen endogene DCs durch eine Chemotherapie funktionell beeinträchtigt werden können.
N2  - Dendritic cell (DC) based vaccines rely on the quality of DC maturation to induce antigen presentation, co-stimulation, lymph node migration and the release of heterodimeric IL-12p70 in case of T helper type-1 cell (Th1) polarization. In contrast, DCs that cannot secrete IL-12p70 (e.g. after cytokine cocktail maturation) readily induce Th1 cells when injected into mice and humans. Since it was also previously suggested that DCs are capable of activating other DCs in a bystander fashion, we tested here for the DC source of IL-12p70 for Th1 polarization in a murine DC vaccination model. Migration of the injected murine bone marrow-derived DCs (BM-DCs) was essential for antigen delivery to the lymph node. However, they contributed only partially to antigen presentation, and induced a non-polarized Th0 state of the cognate T cells producing IL-2 but no IFN-. Instead, endogenous dermal migratory XCR1+ cDC1s underwent re-programming by the injected BM-DCs to acquire bystander antigen presentation and IL-12 release for Th1 polarization in the lymph node. Genetic deficiency of migratory DCs and specifically of XCR1+ migratory DCs completely abolished Th1 priming. The kinetic of cell interactions in the draining lymph nodes appeared step-wise as i) injected DCs with cognate T cells, ii) injected DCs with bystander XCR1+ DCs, and iii) bystander XCR1+ DCs with T cells. The transcriptome of the bystander DCs showed a down-regulation of Treg and Th2/Th9 inducing genes, and up-regulation of genes required for Th1 instruction. Together, these data show that injected mature lymph node migratory BM-DCs direct T cell priming and bystander DC activation, but not Th1 polarization which is mediated by endogenous IL-12p70+ XCR1+ migratory bystander DCs. Our results are of importance for clinical DC-based vaccinations against tumors where endogenous DCs may be functionally impaired by chemotherapy.
KW  - Immunologie
KW  - Dendritic cells
KW  - Dendritische Zellen
KW  - Vakzinen
KW  - Vaccine
KW  - IL-12p70
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Immunology
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179483
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scheller [geb. Birkholz], Inga
T1  - Studies on the role of actin-binding proteins in platelet production and function in mice
T1  - Zur Rolle von Aktin-bindenden Proteinen in der Bildung und der Funktion von Thrombozyten in der Maus
N2  - Platelet activation and aggregation at sites of vascular injury involves massive cytoskeletal re-organization, which is required for proper platelet function. Moreover, the cytoskeleton plays central roles in megakaryo- and thrombopoiesis. Thus, cytoskeletal protein aberrations can be the underlying reason for many pathological phenotypes. Although intensive research is carried out to identify the key players involved in cytoskeletal reorganization, the signaling cascades orchestrating these complex processes are still poorly understood. This thesis investigates the role of three actin-binding proteins, Coactosin-like (Cotl) 1, Profilin (Pfn) 1 and Thymosin (T) β4, in platelet formation and function using genetically modified mice.
ADF-H-containing proteins such as Twinfilin or Cofilin are well characterized as regulators of thrombopoesis and cytoskeletal reorganization. Although Cotl1 belongs to the ADF-H protein family, lack of Cotl1 did not affect platelet count or cytoskeletal dynamics. However, Cotl1-deficiency resulted in significant protection from arterial thrombus formation and ischemic stroke in vivo. Defective GPIb-vWF interactions and altered second wave mediator release present potential reasons for the beneficial effect of Cotl1-deficiency. These results reveal an unexpected function of Cotl1 as a regulator of thrombosis and hemostasis, establishing it as a potential target for a safe therapeutic therapy to prevent arterial thrombosis or ischemic stroke. 
Recent studies showed that the organization of the circumferential actin cytoskeleton modulates calpain-mediated αIIbβ3 integrin closure, thereby also controlling αIIbβ3 integrin localization. The second part of this thesis identified the actin-sequestering protein Pfn1 as a central regulator of platelet integrin function as Pfn1-deficient platelets displayed almost abolished αIIbβ3 integrin signaling. This translated into a profound protection from arterial thrombus formation and prolonged tail bleeding times in vivo which was caused by enhanced calpain-dependent integrin closure. These findings further emphasize the importance of a functional actin cytoskeleton for intact platelet function in vitro and in vivo. 
Tβ4 is a moonlighting protein, acting as one of the major actin-sequestering proteins in cells of higher eukaryotes and exerting various paracrine functions including anti-inflammatory, immunomodulatory and pro-angiogenic effects. Although excessively studied, its role for cytoskeletal dynamics, the distinction between endo- and exogenous protein function and its uptake and release mechanisms are still poorly understood. Constitutive Tβ4-deficiency resulted in thrombocytopenia accompanied by a largely diminished G-actin pool in platelets and divergent effects on platelet reactivity. Pre-incubation of platelets with recombinant Tβ4 will help to understand the function of endo- and exogenous protein, which is under current investigation.
N2  - Die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten bei Gefäßverletzungen zieht massive Umstrukturierungen des Zytoskeletts nach sich, die eine Voraussetzung für die intakte Funktion der Zellen darstellen. Des Weiteren nimmt das Zytoskelett eine zentrale Rolle in der Megakaryo- und Thrombopoese ein. Daher können Anomalien zytoskeletaler Proteine eine Vielzahl von Krankheitsbildern verursachen. Obwohl intensiv an den beteiligten Proteinen geforscht wird, sind die Signalkaskaden, die den komplexen Vorgang der Umstrukturierung des Zytoskeletts steuern, noch weitgehend unbekannt. In dieser Dissertation wurden drei Aktin-bindende Proteine, Coactosin-like (Cotl) 1, Profilin (Pfn) 1 und Thymosin (T) β4, hinsichtlich ihrer Rolle für die Bildung und Funktion von Thrombozyten mittels genetisch veränderter Mäuse untersucht. 
Proteine wie Twinfilin oder Cofilin, die ADF-H-Domänen enthalten, sind oftmals an der Thrombopoese sowie an zytoskeletaler Umstrukturierung beteiligt. Obgleich Cotl1 der ADF-H Proteinfamilie zugehörig ist, konnte in Cotl1-defizienten Mäusen weder eine Veränderung der Thrombozytenzahlen, noch der zytoskeletalen Dynamik festgestellt werden. Unerwarteter-weise zog eine Cotl1-Defizienz in vivo einen Schutz vor arterieller Thrombose und Schlaganfall nach sich. Defekte GPIb-vWF-Interaktionen sowie eine veränderte Freisetzung von sekundären intrazellulären Mediatoren zeigen mögliche Gründe für den schützenden Effekt einer Cotl1-Defizienz auf. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass Cotl1 ein zentraler Regulator von Thrombose und Hämostase ist und etabliert es damit als potentielle antithrombotische Zielstruktur für eine effektive und sichere Behandlung von kardio- und zerebrovaskulären Erkrankungen.
Studien zeigten, dass die Organisation des kortikalen Aktin-Zytoskeletts die Calpain-vermittelte αIIbβ3-Integrin-Inaktivierung moduliert und dadurch die Lokalisation der Integrine kontrolliert. Der zweite Teil dieser Dissertation identifizierte das Aktin-komplexierende Molekül Pfn1 als zentralen Regulator der Integrinfunktion in Thrombozyten, da Pfn1-defiziente Thrombozyten eine stark verminderte Reaktivität nach αIIbβ3-Integrin Aktivierung zeigten. Dies führte zu einem profunden Schutz vor arterieller Thrombusbildung und verlängerten Blutungszeiten in vivo, der durch eine verstärkte Calpain-vermittelte Integrin-Inaktivierung verursacht wurde. Diese Befunde unterstreichen erneut die zentrale Bedeutung eines funktionales Aktin-Zytoskeletts für die Aufrechterhaltung der Thrombozytenfunktion in vitro und in vivo. 
Tβ4 ist ein bivalentes Protein, das einerseits eine Funktion als Aktin-komplexierendes Protein in Zellen höherer Eukaryoten ausübt und andererseits unterschiedliche parakrine Funktionen hat, zu denen entzündungshemmende, immunmodulierende und pro-angiogene Wirkungen zählen. Obwohl intensiv an Tβ4 geforscht wird, ist seine Bedeutung für die Dynamik des Zytoskeletts sowie die Unterscheidung zwischen endo- und exogener Proteinfunktion und seine Aufnahme- und Freisetzungsmechanismen kaum verstanden. Konstitutive Tβ4-Defizienz zog eine Thrombozytopenie, begleitet von einem stark verminderten G-Aktin-Gehalt in Thrombozyten und gegensätzlichen Effekten auf die Thrombozytenreaktivität, nach sich. Der Effekt von rekombinant exprimiertem Tβ4 auf Thrombozyten, der derzeit untersucht wird, wird zum besseren Verständnis der endo- und exogenen Proteinfunktion, beitragen.
KW  - Thrombozyt
KW  - Zellskelett
KW  - Maus
KW  - platelet
KW  - cytoskeleton
KW  - Thymosin b4
KW  - Profilin
KW  - Coactosin-like
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168582
ER  - 
TY  - THES
A1  - Le, Thien Anh
T1  - Theoretical investigations of proton transfer and interactions or reactions of covalent and non-covalent inhibitors in different proteins
T1  - Theoretische Untersuchungen des Protontransfers und Interaktion oder Reaktion von kovalenten und nicht-kovalenten Inhibitoren in verschiedenen Proteinen
N2  - Nowadays, computational-aided investigations become an essential part in the chemical, biochemical or pharmaceutical research. With increasing computing power, the calculation of larger biological systems becomes feasible. In this work molecular mechanical (MM) and quantum mechanical approaches (QM) and the combination of both (QM/MM) have been applied to study several questions which arose from different working groups. Thus, this work comprises eight different subjects which deals with chemical reactions or proton transfer in enzymes, conformational changes of ligands or proteins and verification of experimental data. 
This work firstly deals with reaction mechanisms of aromatic inhibitors of cysteine proteases which can be found in many organisms. These enzymes are responsible for various cancer or diseases as for example Human African Trypanosomiasis (HAT) or the Chagas disease. Aromatic SNAr-type electrophiles might offer a new possibility to covalently modify these proteases. Quantum mechanical calculations have been performed to gain insights into the energetics and possible mechanisms.
The next chapter also deals with Trypanosomiasis but the focus was set on a different enzyme. The particularity of Trypanosomiasis is the thiol metabolism which can also be modified by covalent inhibitors. In this context, the wild type and point mutations of the enzyme tryparedoxin have been investigated via molecular dynamic (MD) simulations to examine the influence of specific amino acids in regard to the inhibitor. Experimental data showed that a dimerization of the enzyme occurs if the inhibitor is present. Simulations revealed that the stability of the dimer decreases in absence of the inhibitor and thus confirms these experiments. 
Further investigations concerning cysteine proteases such as cruzain and rhodesain have been conducted with respect to experimental kinetic data of covalent vinylsulfone inhibitors. Several approaches such as QM or QM/MM calculations and docking, MD or MMPBSA/MMGBSA simulations have been applied to reproduce these data. The utilization of force field approaches resulted in a qualitatively accurate prediction. 
The kinase AKT is involved in a range of diseases and plays an important role in the formation of cancer. Novel covalent-allosteric inhibitors have been developed and crystallized in complex with AKT. It was shown that depending on the inhibitor a different cysteine residue is modified. To investigate these differences in covalent modification computational simulations have been applied. 
Enoyl-(acyl carrier) (ENR) proteins are essential in the last step of the fatty acid biosynthesis II (FAS) and represent a good target for inhibition. The diphenylether inhibitor SKTS1 which was originally designed to target the ENR’s of Staphylococcus aureus was also crystallized in InhA, the ENR of Mycobacterium tuberculosis (TB). Crystal structures indicate a change of the inhibitor's tautomeric form. This subject was investigated via MD simulations. Results of these simulations confirmed the tautomerization of the inhibitor. 
This work also deals with the development of a covalent inhibitor originating from a non-covalent ligand. The target FadA5 is an essential enzyme for the degradation of steroids in TB and is responsible for chronic tuberculosis. This enzyme was crystallized in complex with a non-covalent ligand which served as starting point for this study. Computations on QM or QM/MM level and docking and MD simulations have been applied to evaluate potential candidates. 
The next chapter focuses on the modification of the product spectrum of Bacillus megaterium levansucrase, a polymerase which catalyzes the biosynthesis of fructans. The covalent modification of the wild type or mutants of the enzyme lead to an accumulation of oligosaccharides but also to polymers with higher polymerization degree. To understand these changes in product spectra MD simulations have been performed. 
Finally, the proton transfer in catalytic cysteine histidine dyads was investigated. The focus was set on the influence of the relaxation of the protein environment to the reaction. Calculations of the enzymes FadA5 and rhodesain revealed that the preferred protonation state of the dyade depends on the protein environment and has an impact on the reaction barrier. Furthermore, the adaptation of the environment to a fixed protonation state was analyzed via MD simulations.
N2  - Heutzutage sind computergestützte Untersuchungen ein essentieller Teil in der chemischen, biochemischen oder pharmazeutischen Forschung. Durch die in den Jahren gestiegene Rechenleistung ist die Berechnung biologischer Systeme möglich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden molekularmechanische (MM) und quantenmechanische (QM) Methoden sowie die Kombination beider (QM/MM) für verschiedene Studien eingesetzt, die teilweise aus Fragestellungen verschiedener Arbeitsgruppen hervorgegangen sind. Dadurch umfasst diese Arbeit acht verschiedene Themenkomplexe, bei denen chemische Reaktionen, aber auch der Protonentransfer in Enzymen, Konformationsänderungen von Liganden oder Proteinen und die Verifizierung experimenteller Daten im Fokus standen.  
Die Arbeit befasst sich anfangs mit Reaktionsmechansimen aromatischer Inhibitoren für Cysteinproteasen, Enzyme, welche in vielen Organismen enthalten sind. Diese Enzyme sind für verschiedene Karzinome oder Krankheiten wie der Afrikanischen Trypanosomiasis oder der Chagas-Krankheit verantwortlich. Aromatische SNAr-Elektrophile bieten hierbei eine neue Möglichkeit der kovalenten Modifikation dieser Proteasen. Quantenmechanische wurden durchgeführt, um Einblicke in die Energetik und mögliche Mechanismen zu erhalten. 
Das nächste Kapitel befasst sich ebenfalls mit Trypanosomiasis, setzt aber den Fokus auf ein anderes Enzym. Die Besonderheit von Trypanosomiasis ist der Thiol Metabolismus, welcher durch kovalente Inhibitoren modifiziert werden kann. In diesem Kontext wurden der Wildtyp und Punktmutationen des Enzyms Tryparedoxin mittels Molekulardynamik Simulationen untersucht, um Interaktionen einzelner Aminosäuren mit dem kovalenten Inhibitor zu evaluieren. Experimentelle Daten zeigten, dass eine Dimerisierung des Enzyms in Anwesenheit des Inhibitors stattfindet. Durch MD-Simulationen konnte gezeigt werden, dass die Stabilität des Dimers in Abwesenheit des Inhibitors sinkt, wodurch experimentellen Daten bestätigt wurden.  
Weitere Untersuchungen zu Cysteinproteasen wie Cruzain und Rhodeasin wurden durchgeführt, um experimentelle kinetische Daten von kovalenten Vinylsulfon Inhibitoren zu reproduzieren. Hierbei wurden Methoden wie QM oder QM/MM Rechnungen aber auch Docking, MD und MMPBSA/MMGBSA Simulationen angewandt, um diese Daten zu reproduzieren. In den Untersuchungen zeigte sich, dass die Verwendung der Kraftfeld-basierten Methoden zu qualitativ richtigen Vorhersagen führte. 
Die Kinase AKT ist in einer Reihe von Krankheiten involviert und spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Krebs. Neue kovalent-allosterische Inhibitoren wurden entwickelt und im kovalenten Komplex mit AKT kristallisiert. Die Kristallstrukturen zeigten, dass je nach Inhibitor ein anderes Cystein adressiert wurde. Um diese Unterschiede zu untersuchen, wurden computergestützte Simulationen verwendet. 
Enoyl-(acyl carrier) (ENR) Proteine sind essentiell für den letzten Schritt in der Fettsäurebiosynthese II (FAS) und bilden ein gutes Target zur Inhibition. Der Diphenylether Inhibitor SKTS1, welchen man ursprünglich als Target für den ENR von Staphylococcus aureus entwarf, wurde auch in InhA, dem ENR von Mycobacterium Tuberculosis (TB), kristallisiert. Die Kristallstrukturen weisen je nach Protein auf einen Wechsel der tautomeren Form des Inhibitors hin. Dieser Sachverhalt wurde mittels MD Simulationen untersucht. Hierbei zeigten die Ergebnisse eine Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. 
Diese Arbeit befasst sich ebenfalls mit der Entwicklung eines kovalenten Inhibitors ausgehend von einem nicht-kovalenten Liganden. Das Target FadA5 ist ein integrales Enzym zur Degradation von Steroiden in TB und ist für die chronische Tuberkulose verantwortlich. Dieses Enzym wurde im Komplex mit einem nicht-kovalenten Liganden kristallisiert, welches als Startpunkt dieser Untersuchungen diente. QM, QM/MM, Docking und MD Simulationen wurden hierbei verwandt, um potentielle Kandidaten zu evaluieren. 
Das nächste Kapitel befasst sich mit der Modifikation des Produktspektrums von Bacillus megaterium Levansucrase, eine Polymerase, welche die Biosynthese von Fruktanen katalysiert. Durch kovalente Modifikatoren im Wildtyp oder bei Mutanten des Enzyms konnte sowohl eine Anreicherung von Oligosacchariden, aber auch von Polymeren mit höherem Polymerisationsgrad erzielt werden. Um diese Änderungen im Produktspektrum zu verstehen, wurden MD Simulationen durchgeführt. 
Schließlich wurde die Untersuchung des Protonentransfers in katalytischen Cystein Histidin Dyaden durchgeführt. Hierbei stand der Einfluss der Relaxation der Proteinumgebung auf diese Reaktion im Fokus. Berechnungen in den Enzymen FadA5 und Rhodesain zeigten, dass der präferierte Protonierungszustand der Diade von der Proteinumgebung abhängt und einen großen Einfluss auf die Reaktionsbarriere hat. Um dynamische Effekte einzubeziehen, wurde die Adaption der Umgebung auf einen fixierten Protonierungszustand mittels MD Simulationen analysiert.
KW  - Computational chemistry
KW  - Molekularbewegung
KW  - QM/MM
KW  - proteins
KW  - covalent and non-covalent inhibitors
KW  - Protonentransfer
KW  - Enzyminhibitor
KW  - molecular dynamics
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170511
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wachtler, Stefan
T1  - Synthese und Charakterisierung von funktionalisierten Nanodiamantmaterialien für biomedizinische Anwendungen
T1  - Synthesis and characterization of functionalized nanodiamond particles for biomedical applications
N2  - In dieser Arbeit ist die Synthese von funktionalisiertem Nanodiamant mit bioaktiven Substanzen, welche vor allem als Wirkstofftransporter eingesetzt werden sollen, beschrieben. Dazu werden zum einen bereits bekannte Anbindungsmöglichkeiten an Nanodiamant, wie zum Beispiel die Klick-Reaktion, sowie die Ausbildung von Amidbrücken verwendet. Zum anderen werden neuartige Funktionalisierungsmöglichkeiten wie Protein Ligation und Thioharnstoffbrücken verwendet und somit das Repertoire an bekannten Anbindungsreaktion erweitert.
Des weiteren wurde ein multifunktionales Nanodiamantsystem synthetisiert. Dieses ist in der Lage, zwei verschiedene Moleküle auf einem Partikel zu immobilisieren.  Die verwendeten Methoden ermöglichen die Anbindung verschiedener Substanzen aus unterschiedlichen Molekülgruppen an Nanodiamanten und sind somit universell einsetzbar.
N2  - Because of its unique physical and chemical properties, nanodiamond can be used in a variety of scientific fields, such as in medical and biological research. In this thesis, new ways to covalently bind substances to the nanodiamond surface have been explored, which also can be used in biological systems. ...
KW  - Synthesediamant
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - Fluoreszenz
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - nanodiamond
KW  - Nanodiamant
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-210757
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kraus, Michael
T1  - The Conversion of Bifidobacterium adolescentis Sucrose Phosphorylase into a Polyphenol Transglucosidase via Structure-based Enzyme Engineering
T1  - Umwandlung einer Sacharose Phosphorylase in eine Polyphenol Transglukosidase durch strukturbasiertes Enzyme Engineering
N2  - The initial goal was the conversion of Bifidobacterium adolescentis Sucrose Phosphorylase (BaSP) into a polyphenol glucosidase by structure based enzyme engineering. BaSP was chosen because of its ability to utilize sucrose, an economically viable and sustainable donor substrate, and transfer the glucosyl moiety to various acceptor substrates. The introduction of aromatic residues into the active site was considered a viable way to render it more suitable for aromatic acceptor compounds by reducing its polarity and potentially introducing π-π-interactions with the polyphenols. An investigation of the active site revealed Gln345 as a suitable mutagenesis target. As a proof of concept BaSP Q345F was employed in the glycosylation of (+)-catechin, (-)-epicatechin and resveratrol. The variant was selective for the aromatic acceptor substrates and the glucose disaccharide side reaction was only observed after almost quantitative conversion of the aromatic substrates. A crystal structure of BaSP Q345F in complex with glucose was obtained and it displayed an unexpected shift of an entire domain by 3.3 Å. A crystal structure of BaSP D192N-Q345F, an inactive variant in complex with resveratrol-3-α-D-glucosid, the glucosylation product of resveratrol, synthesized by BaSP Q345F was solved. It proved that the domain shift is in fact responsible for the ability of the variant to glycosylate aromatic compounds. Simultaneously a ligand free crystal structure of BaSP Q345F disproved an induced fit effect as the cause of the domain shift. The missing link, a crystal structure of BaSP Q345F in the F-conformation is obtained. This does not feature the domain shift, but is in outstanding agreement with the wildtype structure. The domain shift is therefore not static but rather a step in a dynamic process. It is further conceivable that the domain shifted conformation of BaSP Q345F resembles the open conformation of the wild type and that an adjustment of a conformational equilibrium as a result of the Q345F point mutation is observed. An investigation into the background reaction, the formation of glucose-glucose disaccharides of BaSP Q345F and three further variants that addressed the same region (L341C, D316C-L341C and D316C-N340C) revealed the formation of nigerose by BaSP Q345F.
N2  - Saccharose Phosphorylase aus Bifidobacterium adolescentis (BaSP) sollte durch strukturbasiertes Enzym-Engineering in die Lage versetzt werden Polyphenole zu glukosylieren. In die katalytische Tasche sollten aromatische Seitenketten eingeführt werden um die Polarität an jene der gewünschten Akzeptorsubstrate anzupassen und eine weitere Stabilisierung durch π-π-Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat zu erlauben. BaSP Q345F war in der Lage die Zielsubstrate zu glukosylieren und behielt gleichzeitig ausreichen Aktivität bei. Die weitere Untersuchung dieses Enzyms ist in vier Studien beschrieben. Die Kristallstruktur einer inaktiven Variante, BaSP D192Q-Q345F in komplex mit dem Glukosylierungsprodukt Resveratrol-3-α-D-Glukosid wurde gelöst. Dadurch konnte gezeigt werden, dass einer Verschiebung einer Domäne für die Fähigkeit der Variante Glukose auf aromatische Substrate zu übertragen, verantwortlich ist. Die Orientierung des π-Systems von Resveratrol erlaubt weiterhin T-förmige π-π-Wechselwirkungen mit Phe156 und Phe345.Die detaillierte kinetische Untersuchung von BaSP Q345F mit acht Akzeptorsubstraten ergab eine starke Affinität der Variante zu den aromatischen Substraten (KM 0.08 bis 1.55 mM). Weitere Strukturdaten zeigen, dass die Verschiebung der Domäne Teil eines dynamischen Prozesses ist. Des weiteren ist die Q345F Variante in der Lage, den seltenen Zucker Nigerose zu synthetisisern.
KW  - enzyme engineering
KW  - sucrose phosphorylase
KW  - domain shift
KW  - resveratrol
KW  - quercetin
KW  - Phosphorylase
KW  - Glucosyltransferasen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192477
ER  - 
TY  - THES
A1  - Slopianka, Markus
T1  - Evaluation von Gallensäuren als Biomarker für Lebertoxizität in der präklinischen Arzneimittelentwicklung
T1  - Evaluation of Bile acids as Biomarkers for Liver Toxicity in Preclinical Drug Development
N2  - Die Detektion Arzneimittel-induzierter Leberschädigung (engl. DILI – Drug induced liver injury) stellt eine Herausforderung in der präklinischen Entwicklung von Arzneistoffen dar. Die zur Verfügung stehenden konventionellen klinisch-chemischen Marker, wie Alanin-Aminotransferase (ALAT), Aspartat-Aminotransferase (ASAT) und Alkalische Phosphatase (APh), zeigen z. B. bei minimaler bis leichter Leberpathologie keine Veränderungen im Serum an und besitzen somit nur eine geringe Sensitivität für den frühzeitigen Nachweis einer Lebertoxizität. Des Weiteren besitzen klinisch-chemische Serummarker gleichzeitig eine geringe Spezifität und sind somit für die Differenzierung unterschiedlicher Lebertoxizitäten nur limitiert geeignet. Neben den beschriebenen diagnostischen Herausforderungen können u. a. auch histopathologische Befunde in der Leber, ohne eine Veränderung der klinisch-chemischen Serummarker auftreten und umgekehrt. Die Histopathologie ist als Goldstandard zwar spezifisch, als invasive Technik für eine Verlaufskontrolle in toxikologischen und klinischen Studien aber ungeeignet. In den vergangenen Jahren lieferten Studien zum Gallensäure-Profiling mittels Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) mit Modellsubstanzen, die unterschiedliche Formen einer Lebertoxizität in Ratten induzierten Hinweise, dass individuelle Gallensäuren ein diagnostisches Potential für die Bewertung einer Leberschädigung besitzen. Ziel dieser Arbeit ist es, dass Gallensäure-Profiling in die vorgeschriebene Diagnostik der Lebertoxizität in der präklinischen Arzneimittelentwicklung zu implementieren und zu bewerten, ob diese Marker einen wertvollen Beitrag zur Charakterisierung einer Lebertoxizität leisten können.
Hierzu wurde eine quantitative LC-MS/MS-Methode etabliert und validiert, die es ermöglicht, 20 verschiedene endogene Gallensäuren in Ratten zu analysieren. Die quantitative Analytik ermöglichte eine selektive Bestimmung von primären, konjugierten und sekundären Gallensäuren. Für die Quantifizierung der individuellen Gallensäuren wurden 2 MRM-Übergänge bestimmt. Zur Bestimmung des Arbeitsbereiches wurden 20 Referenzstandards von Gallensäuren verwendet. Eine Kalibrierung mit sieben Kalibrierpunkten in aufsteigender Konzentration wurde für die Bestimmung der endogenen Konzentrationen genutzt. Zur Kompensation des Matrixeffektes wurden 10 isotopenmarkierte interne Standards in die Analytik eingefügt. Die Reproduzierbarkeit laufender Messungen wurde durch eingefügte Qualitätskontrollen (QCs) in drei verschiedenen Konzentrationsbereichen überwacht.
Es wurde ein Gallensäure-Profiling mittels LC-MS/MS im Plasma und Lebergewebe von Ratten, die mit verschiedenen Arzneimitteln behandelt wurden, durchgeführt. Histopathologische
Zusammenfassung
Untersuchungen konnten aufzeigen, dass sich in den Lebern von männlichen Ratten, die mit dem Arzneimittel Amitriptylin über 14 Tage behandelt wurden, eine makrovesikuläre Steatose in der Leber manifestierte. Die klassischen Serummarker, wie ALAT, ASAT und Gamma-Glutamyltransferase (γGT), konnten diese Art des Leberschadens nicht detektieren. Dagegen erhöhten sich die Konzentrationen Glycin-konjugierter Gallensäuren mit parallel absinkenden Konzentrationen von Taurin-konjugierten Gallensäuren im Lebergewebe behandelter Ratten. Gleichzeitig ergaben sich signifikant erhöhte Konzentrationen der primären Gallensäuren CA und CDCA im Plasma behandelter Ratten.
Andere Gallensäure-Profile konnten nach einer Methapyrilen-induzierten Leberzellnekrose mit hepatobiliärer Schädigung beobachtet werden. Nach einer 14-tägigen Behandlungsphase mit 80 mg/kg KG Methapyrilen, erhöhten sich die Konzentrationen von 11 Gallensäuren im Lebergewebe behandelter Tiere. Gleichzeitig stiegen die Konzentrationen von allen 20 individuellen Gallensäuren im Plasma behandelter Ratten an.
Zusätzlich zur quantitativen Analyse von Gallensäuren mittels LC-MS/MS wurde die Expression von Genen der Gallensäure-Biosynthese, des Gallensäure-Transports und die Regulation der Gallensäure-Homöostase mittels Multiplex-Analyse untersucht. Die erhöhte Expression von Genen für Efflux-Transporter der Multidrug Resistance-Related Protein (MRP)-Familie deutet auf einen gesteigerten Abtransport von Gallensäuren ins Blut hin und korrespondierte mit erhöhten Gallensäure-Konzentrationen im Plasma der behandelten Ratten.
Des Weiteren wurden die Erkenntnisse der Gallensäure-Profile aus den tierexperimentellen Studien als Grundlage genutzt, um Arzneimittel-induzierte Lebertoxizität auf ein zellbiologisches In-vitro-System zu übertragen. Es wurden In-vitro-Experimente mit primären Rattenhepatozyten zwischen zwei Kollagenmatrices (Sandwich-Kultivierung) durchgeführt. Dieses etablierte System wird u. a. für Untersuchungen an hepatobiliären Transportsystemen (z. B. Bile Salt Export Pump, BSEP) genutzt. Das Gallensäure-Profiling in den Zellkulturüberständen belegt, dass die primären Hepatozyten konjugierte Gallensäuren bilden, dass sie bei einer Inkubation mit primären Gallensäuren diese verstoffwechseln und dadurch, neben den bereits vorhandenen Gallensäuren, weitere konjugierte Gallensäuren produzieren. Eine Exposition mit den Hepatotoxinen Troglitazon und Methapyrilen führte zu Veränderungen in der Gallensäure-Homöostase der Hepatozyten.
In den In-vivo-Experimenten wurde eine Methapyrilen-induzierte Nekrose mit hepatobiliärer Schädigung in den behandelten Ratten festgestellt. Bei der Behandlung mit Methapyrilen ergaben sich starke Konzentrationsanstiege der Gallensäuren im Plasma (u. a. von GCA und TCA), die mit den histopathologischen Befunden korrelierten. Anhand dieser Daten und der
Zusammenfassung
pharmakokinetischen Eigenschaften von Methapyrilen wurde ein Studiendesign für Rattenhepatozyten in Sandwich-Kulturen entwickelt, um eine initiale Abschätzung der Konzentrationsveränderungen von Gallensäuren im In-vitro-Testsystem durchzuführen. Ab Tag 8 der Behandlung kam es zu einem erhöhten Anstieg der GCA- und TCA-Konzentrationen im Zellkulturmedium. Daher besitzt das In-vitro-Testsystem möglicherweise das Potential, tierexperimentelle Studien bei der Bewertung einer Hepatotoxizität zu unterstützen oder sogar zu reduzieren.
Insgesamt zeigen diese Ergebnisse aus dieser Arbeit, dass Gallensäure-Profiling in männlichen und weiblichen Ratten eine geeignete Methode zur Detektion und Differenzierung von Leberschäden ist. Die Technologie ist flexibel einsetzbar und kann bereits etablierte Testverfahren, wie die Bestimmung von Serummarkern in der Klinischen Chemie und die Histopathologie unterstützen. Damit besitzt das Gallensäure-Profiling das Potential, die Bewertung beim Nachweis und bei der Charakterisierung einer Lebertoxizität im Rahmen der Evaluierung von präklinischen Arzneimittelkandidaten zu verbessern.
N2  - Drug-induced liver injury (DILI) remains a significant challenge in preclinical drug development. Nonclinical studies provide an opportunity to correlate the biochemical and morphological findings; however, liver injury is often complex and heterogeneous, confounding the ability to relate biochemical changes to specific, histopathological patterns of liver injury. The diagnostic performance of the available hepatobiliary markers, such as alanine aminotransferase (ALAT), aspartate aminotransferase (ASAT) or alkaline phosphatase (APh), for specific manifestations of liver injury, is often limited and insensitive, e.g. minimal to slight liver pathology might not result in changes to the serum marker. Furthermore, histopathological findings in the liver can occur without there being significant changes in the serum markers and vice versa. Although histopathology is the gold standard, its invasive nature makes it unsuitable for monitoring liver injury in toxicological and non-clinical studies. In recent years, study results of bile acid profiling, using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), indicated diagnostic potential regarding the detection of hepatotoxicity. This work aims to establish bile acid profiling in preclinical drug development and to demonstrate that bile acids can provide a valuable contribution to characterizing liver injury in preclinical safety diagnostics.
For this purpose, a quantitative LC-MS/MS method was established and validated, in order to analyze 20 different endogenous bile acids in rats. The quantitative analysis enabled the selective determination of primary, conjugated and secondary bile acids. 2 MRM-transitions for qualitative and quantitative analysis were used for the quantification of the individual bile acids. Twenty bile acid reference standards were used for the calibration range. A seven-point calibration, in ascending concentration, was performed to quantify the absolute endogenous bile acid concentrations. Ten isotopically labeled internal standards were employed in the analyses to compensate for matrix effects. The reproducibility of the current measurements was monitored by quality controls (QCs) inserted into three different concentration ranges. Bile acid profiling was performed by LC-MS/MS of plasma and liver tissue of rats that had been treated with different hepatotoxins.
The results of the bile acid profiling and histopathological evaluation revealed correlation between bile acid profiles and histopathological graded liver toxicity, e.g., the quantitative analysis and histopathological examination showed that macrovesicular steatosis was induced in the livers of male rats which had been treated with amitriptyline for 14 days. Classic serum markers, such as ALAT, ASAT, and gamma-glutamyltransferase (γGT), were unable to detect this specific manifestation of liver injury. In contrast, the concentrations of glycine-conjugated bile acids
Summary
increased while there was a parallel decrease in the levels of taurine-conjugated bile acids in the treated rats’ liver tissue. At the same time, there was a significant increase in the concentration of primary bile acids, CA and CDCA, in plasma of treated rats. Different bile acid profiles were observed following methapyrilene-induced liver cell necrosis with hepatobiliary damage. After a 14-day treatment phase with 80 mg/kg body weight methapyrilene, the concentrations of 11 bile acids increased in liver tissue of treated animals. At the same time, the levels of all 20 individual bile acids increased in plasma of treated rats. In addition to the quantitative analysis of bile acids with LC-MS/MS, the expression of specific genes associated with bile acid biosynthesis, and the transport and regulation of bile acid homeostasis, was analyzed using multiplex analysis of targeted mRNA. The increased expression of efflux transporter genes belonging to the multidrug resistance-related protein (MRP) family, indicated an increase in the efflux transport of bile acids into blood, and corresponded to increased bile acid concentrations in the plasma of treated rats.
Furthermore, bile acid profiles originated from the animal studies, were used as reference to evaluate bile acid profiles regarding liver toxicity on a liver cell-based biological system. In vitro experiments were performed using primary rat hepatocytes between two collagen matrices (sandwich cultivation). This traditional in vitro model is used to study of hepatobiliary transport alterations (e.g., Bile Salt Export Pump, BSEP). Bile acid profiling of the cell culture supernatants demonstrated that the primary hepatocytes produced conjugated bile acids. Incubation with primary bile acids resulted in an improvement of the in vitro system by producing conjugated bile acids, in addition to those already existed. Exposure to troglitazone and methapyrilene resulted in changes in the hepatocytes’ bile acid homeostasis.
In the in vivo experiments, methapyrilene treatment induced necrosis and hepatobiliary damage in the treated rats. There was a substantial increase in the concentration of plasma bile acids in the methapyrilene treatment group (including GCA and TCA), which correlated with the histopathological findings. Based on these data and the pharmacokinetic properties of methapyrilene, a study design was developed that used rat hepatocytes in sandwich cultures to provide an initial estimate of bile acid concentration changes in the in vitro test system. There was an increase in GCA and TCA concentrations in the cell culture medium from day 8 of the methapyrilene treatment. Therefore, the in vitro test system may have the potential to support or even reduce animal studies for evaluating hepatotoxicity.
Bile acid profiling in male and female rats is a suitable method for detecting and differentiating liver injury. The technology can be used flexibly and can support already established test procedures, such as the determination of serum markers in clinical chemistry and histopathology.
Summary
Thus, bile acid profiling has the potential to fill the gap in the detection and characterization of hepatotoxicity, as part of the evaluation of preclinical drug candidates.
KW  - Hepatotoxizität
KW  - Biomarker
KW  - Gallensäuren
KW  - UHPLC-ESI-MS/MS
KW  - Biomarker
KW  - Gallensäuren
KW  - UHPLC
KW  - Lebertoxizität
KW  - Instrumentelle Analytik
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-204627
ER  - 
TY  - THES
A1  - Liebscher [geb. Blöhbaum], Julia
T1  - Side chain functional poly(2-oxazoline)s for biomedical applications
T1  - Seitenkettenfunktionalisierte Poly(2-oxazoline) für biomedizinische Anwendungen
N2  - The aim of the thesis was to develop water soluble poly(2-oxazoline) (POx) copolymers with new side group functionalities, which can be used for the formation of hydrogels in biomedical applications and for the development of peptide-polymer conjugates. 
First, random copolymers of the monomer MeOx or EtOx with ButEnOx and EtOx with DecEnOx were synthesized and characterized. The vinyl functionality brought into the copolymer by the monomers ButEnOx and DecEnOx would later serve for post-polymerization functionalization. The synthesized copolymers were further functionalized with thiols via post-polymerization functionalization using a newly developed synthesis protocol or with a protected catechol molecule for hydrogel formation. For the formation of peptide-polymer conjugates, a cyclic thioester, namely thiolactone acrylamide and an azlactone precursor, whose synthesis was newly developed, were attached to the side chain of P(EtOx-co-ButEnOx) copolymers. 
The application of the functionalized thiol copolymers as hydrogels using thiol-ene chemistry for cross-linking was demonstrated. The swelling behavior and mechanical properties were characterized. The hydrophilicity of the network as well as the cross-linking density strongly influenced the swelling behavior and the mechanical strength of the hydrogels. All hydrogels showed good cell viability results. 
The hydrogel networks based on MeOx and EtOx were loaded with two dyes, fluorescein and methylene blue. It was observed that the uptake of the more hydrophilic dye fluorescein depended more on the ability of the hydrogel to swell. In contrast, the uptake of the more hydrophobic dye methylene blue was less dependent on the swelling degree, but much more on the hydrophilicity of the network.
For the potential application as cartilage glue, (biohybrid) hydrogels were synthesized based on the catechol-functionalized copolymers, with and without additional fibrinogen, using sodium periodate as the oxidizing agent. The system allowed for degradation due to the incorporated ester linkages at the cross-linking points. The swelling behavior as well as the mechanical properties were characterized. As expected, hydrogels with higher degrees of cross-linking showed less swelling and higher elastic modulus. The addition of fibrinogen however increased the elasticity of the network, which can be favorable for the intended application as a cartilage glue. Biological evaluation clearly demonstrated the advantage of degradable ester links in the hydrogel network, where chondrocytes were able to bridge the artificial gap in contrast to hydrogels without any ester motifs.
Lastly, different ways to form peptide-polymer conjugates were presented. Peptides were attached with the thiol of the terminal cysteine group to the vinyl side chain of P(EtOx-co-ButEnOx) copolymers by radical thiol-ene chemistry. Another approach was to use a cyclic thioester, thiolactone, or an azlactone functionality to bind a model peptide via native chemical ligation. The two latter named strategies to bind peptides to POx side chains are especially interesting as one and in the case of thiolactone two free thiols are still present at the binding site after the reaction, which can, for example, be used for further thiol-ene cross-linking to form POx hydrogels.
In summary, side functional poly(oxazoline) copolymers show great potential for numerous biomedical applications. The various side chain functionalities can be introduced by an appropriate monomer or by post-polymerization functionalization, as demonstrated. By their multi-functionality, hydrogel characteristics, such as cross-linking degree and mechanical strength, can be fine-tuned and adjusted depending on the application in the human body. In addition, the presented chemoselective and orthogonal reaction strategies can be used in the future to synthesize polymer conjugates, which can, for example, be used in drug delivery or in tissue regeneration.
N2  - Das Ziel der Arbeit war es, wasserlösliche Poly(2-oxazolin) (POx) Copolymere mit neuen Seitenkettenfunktionalitäten zu entwickeln, welche zur Synthese von Hydrogelen für biomedizinische Anwendungen und zur Entwicklung von Peptid-Polymer Konjugaten genutzt werden können. 
Zunächst wurden Copolymere aus den Monomeren MeOx oder EtOx mit ButEnOx und EtOx mit DecEnOx synthetisiert und anschließend charakterisiert. Die Monomere wurden statistisch miteinander copolymerisiert, indem sie zusammen zum Start der Reaktion in das Reaktionsgefäß gegeben wurden. Die Vinyl Funktionalität, die durch die Monomere ButEnOx und DecEnOx eingebracht wurde, kann später zur nachträglichen Funktionalisierung am Polymer verwendet werden. Die synthetisierten Copolymere wurden weiterhin mit Thiolen oder mit funktionellen Catecholgruppen ausgestattet, um Hydrogele herzustellen. 
Um Peptid-Polymer Konjugate zu bilden, wurden zyklische Thioester, genauer Thiolacton acrylamid und ein Azlacton Präkursor, dessen Synthese neu entwickelt wurde, an die Seitenkette von P(EtOx-co-ButEnOx) Copolymere angebunden. 
Im Folgenden wurde die Anwendung der thiol funktionalisierten Copolymere als Hydrogele, welche mittels radikalischer Thiol-ene Chemie vernetzt wurden, präsentiert. Das Quellverhalten und die mechanischen Eigenschaften wurden analysiert. Sowohl die Hydrophilie des Netzwerkes als auch die Vernetzungsdichte beeinflusste das Quellverhalten und die mechanische Festigkeit stark. Alle Hydrogele zeigten gute Zellverträglichkeit. Die Hydrogele basierend auf MeOx und EtOx wurden außerdem mit den Farbstoffen Fluorescein und Methylenblau beladen. Es wurde beobachtet, dass von den beiden Farbstoffen die Aufnahme des hydrophileren Farbstoffs Fluorescein stärker vom Quellungsgrad des Hydrogels abhing. Hingegen war die Aufnahme des hydrophoberen Farbstoffs Methylenblau weniger davon abhängig wie sehr das Hydrogel quellen konnte, sondern stärker von der Hydrophilie des Hydrogel-Netzwerkes. Um die potenzielle Anwendung als Knorpelkleber zu testen, wurden (biohybrid) Hydrogele basierend auf Catechol-funktionalisiertem Copolymeren mit und ohne zusätzliches Fibrinogen und dem Oxidationsmittel Natriumperiodat hergestellt. Das System war durch die eingebauten Ester Vernetzungspunkte abbaubar. Das Quellverhalten und die mechanischen Eigenschaften wurden charakterisiert. Wie zu erwarten, zeigten Hydrogele mit stärkerer Vernetzung eine geringe Quellung und einen höheren elastischen Modulus. Die Zugabe von Fibrinogen jedoch erhöhte die Elastizität des Netzwerkes, welches förderlich für die avisierte Anwendung als Knorpelkleber sein kann. Die biologische Auswertung zeigte, dass die Ester-haltigen, abbaubaren Vernetzungspunkte von großem Vorteil sind. Die Chondrozyten konnten ohne Probleme den Defektspalt überbrücken, was nicht möglich war, sobald keine Ester Funktionalitäten im Hydrogel eingebunden waren. 
Zuletzt wurden verschiedene Möglichkeiten Peptid-Polymer Konjugate zu synthetisieren präsentiert. Zum einen wurden Peptide mit der Thiolgruppe des endständigen Cysteins an die Vinyl Seitenkette der P(EtOx-co-ButEnOx) Copolymere mittels radikalischer Thiol-en Chemie angebunden. Des Weiteren wurde ein zyklischer Thioester, das Thiolacton, und eine Azlacton Funktionalität verwendet, um ein Modell Peptid mittels nativer chemischer Ligation zu binden. Die zwei zuletzt genannten Strategien, um Peptide an Polymere zu binden, sind besonders interessant, da hier ein beziehungsweise im Fall der Thiolacton Funktionalität zwei freie Thiole an der Bindungsstelle nach der Reaktion entstehen. Diese könnten genutzt werden, um zum Beispiel über Thiol-en Chemie Peptid-haltige Hydrogele herzustellen.
Zusammenfassend zeigen seitenkettenfunktionale Poly(oxazolin) Copolymere ein großes Potenzial für biomedizinische Anwendungen. Die vielen verschiedenen Seitenkettenfunktionalitäten können durch das passende Monomer oder durch Post-Polymerisationsfunktionalisierung eingebracht werden, wie in dieser Arbeit gezeigt. Durch ihre Multifunktionalität können Hydrogel Charakteristika, wie der Vernetzungsgrad und die mechanische Festigkeit, fein eingestellt und angepasst werden, je nach Anwendungsbereich im menschlichen Körper. Die entwickelten chemoselektiven und orthogonalen Reaktionswege können in der Zukunft genutzt werden, um Polymer Konjugate zu synthetisieren, welche zum Beispiel für das Drug Delivery oder im Bereich der Geweberegneration zum Einsatz kommen.
KW  - Polymere
KW  - Ringöffnungspolymerisation
KW  - Hydrogel
KW  - hydrogel
KW  - poly(2-oxazoline)s
KW  - ring-opening polymerization
KW  - polymer-peptide-conjugate
KW  - thiol-ene
KW  - Dihydrooxazole
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-203960
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mestermann, Katrin
T1  - Pharmacological control of CAR T-cells by dasatinib
T1  - Pharmakologische Kontrolle von CAR T-Zellen durch Dasatinib
N2  - Cellular therapies using chimeric antigen receptor (CAR) modified T cells to eradicate tumor cells have been a major breakthrough in the treatment of hematologic malignancies. However, there are no measures to control CAR T cell activity after infusion, which is mostly required in cases of CAR T cell overreaction, e.g. cytokine release syndrome, or in the case of T cell failure, e.g. caused by exhaustion. 
	In our study, we identified the tyrosine kinase inhibitor (TKI) dasatinib (© Sprycel) as a suitable agent to steer CAR T cells in vitro and in vivo. We show that single treatment of CD4+ and CD8+ CAR T cells with dasatinib conferred either partial or complete inhibition, depending on the applied concentration. The blockade was immediate and encompassed spe-cific lysis, cytokine secretion and proliferation following antigen encounter. The mechanism relied on reduced phosphorylation of key kinases in the CAR signaling cascade, which led to abrogation of nuclear factor of activated T-cells (NFAT) signaling. Importantly, inhibition was fully reversible by dasatinib withdrawal. In vivo, dasatinib blocked CAR T cell function without impairing the engraftment of CAR T cells or their subsequent anti tumor function once dasatinib administration was discontinued. We therefore introduce dasatinib as a new tool to efficiently block CAR T cells in vitro and in vivo, with data suggesting that dasatinib can be used in a clinical setting to mitigate toxicity after adaptive transfer of CAR modified T cells and other forms of T cell based immunotherapy.
	Additionally we show that intermittent inhibition of CAR T cells by dasatinib im-proves the efficacy of CAR T cell therapy. By pausing T cells for short periods of time in vi-vo, upregulation of programmed death protein 1 (PD-1) and subsequent induction of exhaus-tion was prevented, which increased the expansion of T cells and the rate of tumor eradica-tion. Our data therefore suggest that dasatinib can additionally be used to overcome T cell exhaustion that is induced by massive tumor burden and upregulation of inhibitory receptors.
N2  - Zelluläre Therapien, die das patienteneigene Immunsystem zur Tumorbekämpfung nutzen, gehören zu den großen medizinischen Fortschritten unserer Zeit. T Zellen, die einen chimären Antigen Rezeptor (CAR) exprimieren, sind dabei in der Lage, entartete Zellen aufzuspüren und zu eliminieren. Trotz vielversprechender Erfolge sind zellbasierte Immuntherapien häufig von gravierenden Nebenwirkungen wie Zytokinsturm oder neurologischen Ausfallerschei-nungen begleitet, und es gibt es bis heute keine Möglichkeit, die einmal injizierten Zellen zu kontrollieren. Kontrolle ist nicht nur im Falle einer Überreaktion der CAR T Zellen nötig, sondern auch, wenn der Tumor nicht effektiv bekämpft wird. Ein Versagen der CAR T Zellen wird oft mit T Zell Exhaustion, einer Ermüdung der T Zellen aufgrund von Überstimulation in Verbindung gebracht.
	In der vorliegenden Studie haben wir den Tyrosinkinase Inhibitor (TKI) Dasatinib als möglichen CAR T Zellen Inhibitor beschrieben und seine hemmenden Eigenschaften in vitro und in vivo näher charakterisiert. In vitro war eine einzelne Behandlung von CD4+ bzw. CD8+ CAR T Zellen ausreichend, um – abhängig von der verwendeten Dosis – eine komplette oder partielle Hemmung zu bewirken. Die Blockade setzte unmittelbar ein und umfasste alle rele-vanten Funktionen einschließlich spezifischer Lyse, Freisetzung von Zytokinen und Prolifera-tion nach Antigen Kontakt. Der zugrunde liegende Mechanismus basierte auf einer reduzier-ten Phosphorylierung von Kinasen der CAR-Signal Kaskade, und verhinderte im weiteren Verlauf die Freisetzung des Transkriptionsfaktors nuclear factor of activated T-cells (NFAT). Diese Blockade war ohne Einschränkungen reversibel. Auch in vivo konnte eine komplette Hemmung der injizierten CAR T Zellen beobachten werden; gleichzeitig war weder das An-wachsen noch die nachfolgende Anti Tumor Funktion nach Absetzen des Medikaments be-einträchtigt. Aufgrund der in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse schlagen wir Dasatinib als neues Werkzeug zur effizienten Blockade von CAR T Zellen vor.
	Des Weiteren konnten wir zeigen, dass kurzzeitige Unterbrechungen der T-Zell Akti-vierung durch Dasatinib einer Ermüdung von T Zellen entgegen wirken. Dies zeigte sich in einer verringerten Expression von programmed death protein 1 (PD 1) auf der Zelloberfläche sowie einer verbesserten Anti Tumor Wirkung. Unsere Daten deuten daher darauf hin, dass Dasatinib zusätzlich eingesetzt werden kann, um eine Ermüdung von T-Zellen zu verhindern, die durch massive Tumorbelastung und Hochregulation entsprechender Rezeptoren hervorge-rufen wird.
KW  - Immuntherapie
KW  - Dasatinib
KW  - CAR T-cells
KW  - control
KW  - CAR T Zellen
KW  - Kontrolle
KW  - Krebs <Medizin>
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180562
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hupp, Benjamin
T1  - Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen Kupfer(I)-basierter NIR-Emitter und MRP-Materialien
T1  - Investigation of structure-property relationships of copper(I)-based NIR emitters and MRP materials
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden lumineszente Kupfer(I)-verbindungen untersucht, um durch die Herstellung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen einen Beitrag zur Erforschung niederenergetischer Emitter und mechanoresponsiver Phosphoreszenzmaterialien zu leisten. Darüber hinaus wurden Vorarbeiten zur Ergründung kooperativer Effekte in dinuklearen Kupfer(I)-komplexen durchgeführt.
Im Bereich niederenergetischer Emitter wurden tetraedrische Kupferverbindungen mit Chromophorliganden auf Basis des Grundmotivs 2-(Pyridin-2-yl)-imdazol untersucht. Komplexe mit diesem Liganden emittieren meistens Grün bis Orange, daher wurde ein Stickstoffatom im Rückgrat des Liganden durch Schwefel substituiert, um eine bathochrome Verschiebung zu bewirken. Zur Untersuchung des Einflusses der Donorstärke, Sterik und Komplexgeometrie auf das Emissionsverhalten wurden diverse Phosphane und ein NHC als Donorliganden verwendet. Die Emissionsmaxima der untersuchten Verbindungen liegen erwartungsgemäß im Orangen bis Tiefroten und es konnten für diesen Emissionsbereich gute Quantenausbeuten von bis zu 11 % erreicht werden. Die Anfälligkeit tetraedrischer Kupfer(I)-komplexe für Verzerrungen im angeregten Zustand und die damit einhergehende Erhöhung strahlungsloser Prozesse ließ sich durch den Einsatz sterisch anspruchsvoller Liganden unterdrücken. Um das Potenzial für die Verwendung in optoelektronischen Bauteilen zu ergründen, wurden umfangreiche Stabilitätstests durchgeführt, die die enorme thermische Belastbarkeit im Festkörper sowie langfristige Stabilität in verdünnter Lösung einiger Verbindungen bestätigten.
Ferner wurden in Kooperation mit der Gruppe um Prof. Holger Braunschweig photophysikalische Studien an zwei dinuklearen und einem trinuklearen Kupfer(I)-diborinkomplex durchgeführt, die im Rahmen der Promotionen von Dr. Jan Mies und Dr. Theresa Dellermann synthetisiert wurden. Die Verbindungen weisen in Festkörper und Lösung tiefrote Phosphoreszenz auf. Die Effizienz des trinuklearen Komplexes (φ = 0.58 im Festkörper) ist deutlich höher als die der beiden dinuklearen Verbindungen (φ < 0.03). Die Kupfer-Diborin-Bindung besitzt einen signifikanten kovalenten Anteil. Die Übergangsmetallatome haben somit einen starken Einfluss auf die strahlenden Übergänge, was zum Auftreten von Phosphoreszenz führt. Für effiziente Emission ist eine lineare Anordnung zweier Kupferfragmente um das Diborin notwendig, was im Fall des trinuklearen Komplexes stets gewährleistet ist, für die dinuklearen Komplexe jedoch nur in Lösung zu beobachten ist. Durch die Studien wurde einerseits das komplexe Emissionsverhalten dieser Komplexe aufgeklärt und andererseits die Relevanz dieser neuen Verbindungsklasse für niederenergetische Emittermaterialien gezeigt.
Zusätzlich wurden Vorarbeiten zur Untersuchung kooperativer Effekte in dinuklearen Kupfer(I)-verbindungen unter Ausschluss schwer zu erhaltender cuprophiler Wechselwirkungen durchgeführt. Es sollten mono- und dinukleare Kupfer(I)-komplexe mit Bisbenzimidazol und Benzimidazolpyrimidin als verbrückenden Chromophorliganden synthetisiert und photophysikalisch untersucht werden, um eine eventuelle Erhöhung der Effizienz der dinuklearen Komplexe gegenüber ihren mononuklearen Analoga zu quantifizieren. Im Rahmen dieser Arbeit gelang es, einen zuverlässigen Syntheseweg für die im Rückgrat alkylierten verbrückenden Liganden zu etablieren. Ferner wurden erste Versuche zur Herstellung kationischer und neutraler mononuklearer Komplexe durchgeführt. 
Außerdem wurde die mechanochrome Lumineszenz eines aus Vorarbeiten bekannten dinuklearen Kupferkomplexes untersucht und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen hergestellt. Hierzu wurden Komplexsalze mit den Anionen PF6- und BF4- hergestellt und mittels zahlreicher Spektroskopiemethoden analysiert, um umfangreiche Informationen zu den Eigenschaften im Grund- und angeregten Zustand zu sammeln. Durch Schwingungsspektroskopie wurde nachgewiesen, dass die Phasenänderung zu keiner veränderten Konstitution der Verbindung im Grundzustand führt. Durch 1H-19F-HOESY- sowie 19F-Festkörper-NMR-Experimente wurde festgestellt, dass sowohl in Lösung wie auch im Festkörper Kation und Anion gepaart vorliegen und miteinander wechselwirken. Da die BF4- und PF6-Komplexe in Lösung ein sehr ähnliches Emissionsverhalten zum amorphen Feststoff aufweisen, wurde davon ausgegangen, dass die für die Emission verantwortlichen Strukturen in beiden Medien vergleichbar sind. Zusätzlich gelang es, mittels ESR-Spektroskopie nachzuweisen, dass im Grundzustand keine ausreichende Annäherung der beiden Kupferatome stattfindet, um dipolare Wechselwirkungen zu erzeugen. Mithilfe quantenchemischer Rechnungen wurde die mechanochrome Lumineszenz nicht auf das Auftreten von Cuprophilie zurückgeführt, sondern auf die Ausbildung einer Cu-F-Bindung im angeregten Zustand, was ein völlig neuer Mechanismus für mechanochrome Lumineszenz bei Kupfer(I)-komplexen ist. In weiterführenden photophysikalischen Studien wurde zudem gezeigt, dass die Emission auch Empfindlichkeit gegenüber Temperatur sowie Lösungsmitteldämpfen aufweist und es sich somit um eine multiresponsive Verbindungsklasse handelt.
N2  - In the context of this work, luminescent copper(I) compounds were investigated in order to contribute to the investigation of low-energy emitters and mechanoresponsive phosphorescence materials by establishing structure-property relationships. In addition, preparatory work was carried out to investigate cooperative effects in dinuclear copper(I) complexes.
In the field of low-energy emitters, tetrahedral copper compounds with chromophore ligands based on the basic motif 2-(pyridin-2-yl)-imdazole were investigated. Complexes with this ligand mostly emit green to orange, therefore a nitrogen atom in the backbone of the ligand was substituted by sulfur to cause a bathochromic shift. To investigate the influence of donor strength, sterics and complex geometry on emission behavior, various phosphanes and an NHC were used as donor ligands. As expected, the emission maxima of the investigated compounds lie in the orange to deep red range and good quantum yields for this emission range of up to 11 % could be achieved. The susceptibility of tetrahedral copper(I) complexes to distortions in the excited state and the associated increase in radiationless processes could be suppressed by the use of sterically demanding ligands. In order to determine the potential for use in optoelectronic devices, extensive stability tests were carried out which confirmed the enormous thermal stability in the solid state as well as long-term stability in diluted solution of some compounds.
Furthermore, in cooperation with the group around Prof. Holger Braunschweig, photophysical studies on one trinuclear and two dinuclear copper(I) diboryne complexes were carried out, which were synthesized in the context of the doctorates of Dr. Jan Mies and Dr. Theresa Dellermann. The compounds show deep red phosphorescence in solid and solution. The efficiency of the trinuclear complex (φ = 0.58 in solid state) is significantly higher than that of the two dinuclear compounds (φ < 0.03). The copper diboryne bond has a significant covalent portion. The transition metal atoms thus have a strong influence on the radiative transitions, which leads to the occurrence of phosphorescence. For efficient emission, a linear arrangement of two copper fragments around the diboryne is necessary, which is always guaranteed in the case of the trinuclear complex, but can only be observed in solution for the dinuclear complexes. On the one hand, the complex emission behavior of these complexes was clarified by the studies and, on the other hand, the relevance of this new compound class for low-energy emitter materials was demonstrated.
In addition, preparatory work was carried out to investigate cooperative effects in dinuclear copper(I) compounds, excluding cuprophilic interactions that are difficult to obtain. Mono- and dinuclear copper(I) complexes with bisbenzimidazole and benzimidazolpyrimidine as bridging chromophore ligands should be synthesized and photophysically investigated in order to quantify a possible increase in the efficiency of the dinuclear complexes compared to their mononuclear analogues. In the course of this work, it was possible to establish a reliable synthetic pathway for the alkylated bridging ligands. In addition, first experiments for the syntheses of cationic and neutral mononuclear complexes were carried out. 
In addition, the mechanochromic luminescence of a dinuclear copper complex known from preliminary work was investigated and structure-property relationships were established. Complex salts with the anions PF6- and BF4- were prepared and analyzed by means of numerous spectroscopic methods in order to collect comprehensive information on the properties in the ground and excited state. By vibrational spectroscopy it was proven that the phase change does not lead to a changed constitution of the compound in the ground state. Through 1H-19F-HOESY and 19F solid state NMR experiments, it was determined that cation and anion are paired and interact both in solution and in the solid state. Since the BF4 and PF6 complexes in solution exhibit very similar emission behavior to the amorphous solid, it was assumed that the structures responsible for the emission are comparable in both media. In addition, ESR spectroscopy was used to prove that in the ground state, the two copper atoms do not approach each other sufficiently to produce dipolar interactions. Using quantum chemical calculations, mechanochromic luminescence was not attributed to the occurrence of cuprophilicity, but to the formation of a Cu-F bond in the excited state, which is a completely new mechanism for mechanochromic luminescence in copper(I) complexes. Further photophysical studies have shown that the emission is also sensitive to temperature and solvent vapors, making it a multi-responsive compound class.
KW  - Kupferkomplexe
KW  - Funktionswerkstoff
KW  - Phosphoreszenz
KW  - Mechanoresponsive Phosphoreszenz
KW  - Nahinfrarot-Emitter
KW  - Funktionsmaterialien
KW  - Photophysik
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187694
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ghafoor, Hina
T1  - Coping with Psychosocial Stress: Examining the Roles of Emotional Intelligence and Coping Strategies in Germany and Pakistan
T1  - Coping mit Psychosozialem Stress: Eine Untersuchung zur Rolle Emotionaler Intelligenz und Bewältigungsstrategien in Deutschland und Pakistan
N2  - Maladaptive coping mechanisms influence health-related quality of life (HRQoL) of individuals facing acute and chronic stress. Trait emotional intelligence (EI) may provide a protective shield against the debilitating effects of maladaptive coping thus contributing to maintained HRQoL. Low trait EI, on the other hand, may predispose individuals to apply maladaptive coping, consequently resulting in lower HRQoL. The current research is comprised of two studies. Study 1 was designed to investigate the protective effects of trait EI and its utility for efficient coping in dealing with the stress caused by chronic heart failure (CHF) in a cross-cultural setting (Pakistan vs Germany). N = 200 CHF patients were recruited at cardiology institutes of Multan, Pakistan and Würzburg as well as Brandenburg, Germany. Path analysis confirmed the expected relation between low trait EI and low HRQoL and revealed that this association was mediated by maladaptive metacognitions and negative coping strategies in Pakistani but not German CHF patients. Interestingly, also the specific coping strategies were culture-specific. The Pakistani sample considered religious coping to be highly important, whereas the German sample was focused on adopting a healthy lifestyle such as doing exercise. These findings are in line with cultural characteristics suggesting that German CHF patients have an internal locus of control as compared to an external locus of control in Pakistani CHF patients. Finally, the findings from study 1 corroborate the culture-independent validity of the metacognitive model of generalized anxiety disorder. 
In addition to low trait EI, high interoception accuracy (IA) may predispose individuals to interpret cardiac symptoms as threatening, thus leading to anxiety. To examine this proposition, Study 2 compared individuals with high vs low IA in dealing with a psychosocial stressor (public speaking) in an experimental lab study. In addition, a novel physiological intervention named transcutaneous vagus nerve stimulation (t-VNS) and cognitive reappraisal (CR) were applied during and after the anticipation of the speech in order to facilitate coping with stress. N= 99 healthy volunteers participated in the study. Results showed interesting descriptive results that only reached trend level. They suggested a tendency of high IA individuals to perceive the situation as more threatening as indicated by increased heart rate and reduced heart rate variability in the high-frequency spectrum as well as high subjective anxiety during anticipation of and actual performance of the speech. This suggests a potential vulnerability of high IA individuals for developing anxiety disorders, specifically social anxiety disorder, in case negative self-focused attention and negative evaluation is applied to the (more prominently perceived) increased cardiac responding during anticipation of and the actual presentation of the public speech. The study did not reveal any significant protective effects of t-VNS and CR.
In summary, the current research suggested that low trait EI and high IA predicted worse psychological adjustment to chronic and acute distress. Low trait EI facilitated maladaptive metacognitive processes resulting in the use of negative coping strategies in Study 1; however, increased IA regarding cardioceptions predicted high physiological arousal in study 2. Finally, the German vs. the Pakistani culture greatly affected the preference for specific coping strategies. These findings have implications for caregivers to provide culture-specific treatments on the one hand. On the other hand, they highlight high IA as a possible vulnerability to be targeted for the prevention of (social) anxiety.
N2  - Maladaptive Copingmechanismen beeinflussen die auf die Gesundheit bezogene Lebensqualität (HRQoL) von Individuen, die akutem oder chronischem Stress ausgesetzt sind. Emotionale Intelligenz (EI) im Sinne eines Persönlichkeitsmerkmals (Trait) könnte gegen schwächende Einflüsse maladaptiven Copings schützen und so zur Aufrechterhaltung einer hohen HRQoL beitragen. Andererseits könnte niedrige EI Personen dazu prädisponieren, dass sie maladaptives Coping anwenden, was wiederum eine niedrige HRQoL zur Folge hätte. Die vorliegende Forschungsarbeit umfasst zwei Studien. Studie 1 ist konzipiert, um schützende Einflüsse von Trait EI und deren Nutzen für wirkungsvolles Coping im Umgang mit Stress zu untersuchen, welcher durch chronische Herzinsuffizienz (CHF) verursacht wurde. Für diese kulturvergleichende Stude (Pakistan vs. Deutschland) wurden 200 Patienten mit CHF an kardiologischen Kliniken in Multan (Pakistan), sowie in Würzburg und Brandenburg (Deutschland) rekrutiert. Eine Pfadanalyse bestätigte den erwarteten Zusammenhang zwischen niedriger Trait EI und niedriger HRQoL. Bei Patienten aus Pakistan, nicht aber bei deutschen CHF Patienten, wurde diese Assoziation durch maladaptive Metakognitionen und schlechte Coping Strategien mediiert. Interessanterweise waren auch die spezifischen Coping Strategien stark kulturspezifisch. Die pakistanischen Probanden bewerteten religiöses Coping als sehr wichtig, wohingegen die deutschen Teilnehmer darauf bedacht waren, einen gesunden Lebensstil zu entwickeln, wie z.B. Sport zu treiben. Diese Befunde entsprechen kulturellen Charakteristika: Während deutsche CHF Patienten eher einen internen „Locus of Control“ haben (d.h. Patienten such die Ursache für Probleme eher bei sich selbst), ist für die pakistanische Kluter ein externer „Locus of Control“ typisch (d.h. Patienten schreiben eher den Umständen die Verantwortung für Probleme zu). Die Ergebnisse von Studie 1 untermauern auperdem kulturunabhängig die Validität des metakognitiven Models der generalisierten Angststörung. 
Neben zu niedriger Trait EI könnte eine hohe Genauigkeit der Wahrnehmung von Körpersignalen, d.h. Interozzeption (IA), Personen dafür prädisponieren, kardiale Symptome als bedrohlich zu interpretieren, was wiederum zu Angstzuständen führen kann. Um diese Hypothese zu prüfen, wurde in Studie 2 der Umgang von Personen mit hoher vs. niedriger IA mit einer psychosozialen Stresssituation (öffentliches Sprechen) in einem Laborexeriment verglichen. Zusätzlich wurde eine innovative, physiologische Intervention, die transkutane Vagus Nerv Stimulation (t-VNS), sowie kognitives Reappraisal (CR) während der Antizipation und der Durchführung der öffentlichen Rede durchgeführt, um den Umgang mit Stress zu verbessern. N=99 Freiwillige nahmen an der Studie teil. Einige Ergebnisse waren erreichten Trend Nivea, waren deskriptiv aber sehr interessant und wiesen konsistent in eine Richtung, die im Einklang mit einschlägigen Theorien steht. Demnach tendierten Personen mit hoher IA dazu, die Situation als bedrohlicher wahrzunehmen. Dies schlug sich in einem erhöhten Puls, reduzierter Herzfrequenzvariabilität im Hochfrequenzspektrum sowie hoher subjektive Angst während Erwartung und tatsächlichen Darbietung der Rede nieder. Dies deutet auf eine mögliche Vulnerabilität von Personen mit hoher IA hin, Angststörungen zu entwickeln, besonders eine soziale Angststörung. Falls Personen mit hoher IA und dementsprechend einer stärkeren Wahrnehmung der stärker auftretenden physiologischen Symptome während der Antizipation von sozialem Stress diese aufgrund von selbstfokussierter Aufmerksamkeit hypervigilant beobachten und negativ bewerten, könnte dies zu Vermeidung führen, die durch operante Verstärkung in soziale Angst münden könnte. Die Studie fand keine signifikanten protektiven Effekte von t-VNS und CR. 
Zusammenfassend legen die vorliegenden Studien nahe, dass niedrige Trait EI und hohe IA eine schlechte psychologische Anpassung an chronischen und akuten Stress voraussagen. Low Trait EI begünstigte maladaptive metakognitive Prozesse, die sich in Studie 1 in dem Gebrauch ungünstiger Coping Strategien zeigten. Weiterhin prädizierte in Studie 2 eine erhöhte IA in Bezug auf die Wahrnehmung der eigenen Herztätigkeit eine hohe physiologische Erregung. Schließlich beeinflusste die deutsche bzw. pakistanische Kultur stark die Wahl der spezifischen Bewältigungsstrategien. Diese Befunde unterstreichen die Notwendigkeit kulturspezifischer Anapssungen von Psychotherapie und Prävention. Weiterhin betonen sie die Rolle hoher IA als mögliche Vulnerabilität für (soziale) Ängstlichkeit, so dass hohe IA als Indikator für präventive Maßnahmen genutzt werden könnte um ein eventuelles Aufkeimen (soziale) Ängstlichkeit zu verhindern.
KW  - Psychosocial stress
KW  - Psychosozialer Stress
KW  - coping
KW  - trait emotional intelligence
KW  - cross-cultural differences
KW  - interoception
KW  - emotionale intelligenz
KW  - interkulturelle Unterschiede
KW  - stress reactivity
KW  - Deutschland
KW  - Pakistan
KW  - Stress
KW  - Bewältigung
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193519
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geiger, Maximilian Johannes
T1  - Das neuronale Aufmerksamkeitsnetzwerk aus dem Gleichgewicht – Ein ‚imaging genetics‘ Modell der Panikstörung
T1  - Disturbances in the homeostasis of the attentional network – an imaging genetics model of panic disorder
N2  - Hintergrund:  
Eine Panikattacke beginnt typischerweise mit der Wahrnehmung einer physiologischen oder psychischen Veränderung, die von der Person als bedrohlich eingestuft wird.  Während in klassischen neuroanatomischen Modellen der Panikstörung die Amygdala in der sich anschließenden aufschaukelnden Symptomatik in den Mittelpunkt gestellt wurde, erweitern aktuelle Studien dieses amygdalozentrische Bild und lenken die Aufmerksamkeit auf extratemporale neuronale Netzwerke. Dysfunktionen im neuronalen Aufmerksamkeitsnetzwerk, relevant für die Wahrnehmung und Regulierung exterozeptiver und interozeptiver Prozesse, könnten zur Entstehung einer Panikstörung beitragen. Weiterhin scheinen bestimmte Risikogenotypen für die Panikstörung wie z.B. im Adenosin Rezeptor 2A (ADORA2A) oder dem Neuropeptid S Rezeptor (NPSR1) Gen und die entsprechenden Neurotransmittersysteme in der Regulierung der Aufmerksamkeitsnetzwerke involviert zu sein. 

Fragestellung: 
Dysfunktionen im noradrenergen bottom-up Alertingnetzwerk und in der dopaminergen exekutiven top-down Aufmerksamkeitskontrolle könnten in einem neurokognitiven Entstehungsmodell der Panikstörung eine wichtige Rolle spielen. Mit Hilfe funktioneller Bildgebung soll die Funktion des neuronalen Aufmerksamkeitsnetzwerkes in einer nichtklinischen Stichprobe abhängig von genetischen Risikofaktoren und einer klinischen Stichprobe von und nach einer kognitiven Verhaltenstherapie untersucht werden.

Methoden: 
Im nichtklinischen Teil der Untersuchung wurden in Studie 1 47 gesunde Versuchspersonen für die NPSR1 rs324981 Variante stratifiziert rekrutiert. Mittels fMRT wurde die Aktivität des Alertingnetzwerks und des Executive Control Netzwerks auf neuronaler Ebene mit dem Attentional Networt Test (ANT) untersucht. In Studie 2 wurde bei N=65 Versuchspersonen stratifiziert für die ADORA2A rs5751876 Variante als zusätzliches Verhaltensmaß die Fähigkeit zur interozeptiven Wahrnehmung in Bezug zur Konnektivität im insulären Ruhenetzwerk untersucht. Im klinischen Teil der Untersuchung (Studie 3) wurden 44 Patienten mit Panikstörung sowie eine entsprechend große und gematchte Kontrollgruppe rekrutiert. Es wurden fMRT Ruhemessungen vor und nach Abschluss einer kognitiven Verhaltenstherapie erhoben. Als zusätzliches Verhaltensmaß wurde die selbstberichtete Aufmerksamkeitskontrolle zwischen der Patienten- und der Kontrollgruppe verglichen.

Ergebnisse: 
Träger des NPSR1 TT und des ADORA2A TT Risikogenotyps für Angst und Angsterkrankungen zeigten eine erhöhte Aktivität in Teilen des Alertingnetzwerks. Die Aktivität im Executive Control Netzwerk war arealabhängig teilweise erhöht, teilweise reduziert. Innerhalb eines interozeptiven Netzwerks zeigten Träger des ADORA2A TT Genotyps Hinweise auf eine dysfunktionale fronto-striatale-insuläre Interaktion. Im klinischen Teil der Studie zeigten Patienten mit Panikstörung eine reduzierte Konnektivität des dorsolateralen Präfrontalkortex (dlPFC) im fronto-parietalen Aufmerksamkeitsnetzwerk. Die Konnektivität innerhalb dieses Netzwerks korrelierte mit Defiziten in selbstberichteter Aufmerksamkeitskontrolle bei Patienten mit Panikstörung. Nach Abschluss der Therapie zeigte sich bei Patienten, die von der Therapie profitiert hatten, wieder eine Zunahme oder Verbesserung der Konnektivität mit dem dlPFC.

Schlussfolgerung: 
Die Ergebnisse dieser Untersuchung betonen die Rolle dysfunktionaler interozeptiver und exterozeptiver Aufmerksamkeitsnetzwerke in der Entstehung von Angsterkrankungen. Bei Patienten mit Panikstörung sowie gesunden Versuchspersonen mit bestimmten prädisponierenden genetischen Variationen scheint eine Dysbalance des neuronalen Aufmerksamkeitsnetzwerks bzgl. der Abstimmung von bottom-up und top-down Netzwerken vorzuliegen.
N2  - Background: 
A panic attack seems to begin with the perception of physiological or psychological changes, which are appraised as potentially threatening by the individual. Whereas traditional neuroanatomical models of panic disorder emphasize the central role of a hypersensitive fear network revolving around the amygdala recent studies extend the amygdala centered model and point to the importance of parallel neural pathways. Neuronal dysfunctions in the attentional network, involved in the perception and regulation of exteroceptive and interoceptive processes, could contribute to the development of panic disorder. Within this context certain risk genotypes of panic disorder such as in the adenosine receptor 2A (ADORA2A) or the neuropeptide S receptor (NPSR1) gene and the underlying neurotransmitter systems are also involved in the regulation of the attentional network.

Objective: 
Dysfunctions in the noradrenergic bottom-up alerting network and in the dopaminergic top-down executive control network could significantly contribute to the development of panic disorder in a neurocognitive pathogenic model. By means of functional neuroimaging the function of the attentional network will be studied in non-clinical populations of participants prestratified for certain risk genotypes and in a clinical population of patients with panic disorder before and after cognitive behavioral therapy.

Methods: 
In the non-clinical part, 47 healthy participants were recruited prestratified for the NPSR1 rs324981 single nucleotide polymorphism (SNP) in study 1. The activation of the alerting and the executive control network was studied with an adapted version of the attentional network test (ANT) using fMRI. In study 2, participants prestratified for the ADORA2A rs5751876 SNP additionally were studied in an interoceptive accuracy task and underwent fMRI resting-state recordings to study functional connectivity in an insula related network. Finally, for the clinical part, in study 3 44 patients with panic disorder and an equal number of carefully matched healthy controls were recruited. Patients and participants underwent fMRI resting-state recordings twice, before and after cognitive behavioral therapy (in controls no intervention was done). Additionally, self-reported attentional control was compared between patients and the control group.

Results: 
Carriers of the NPSR1 TT and the ADORA2A risk genotypes for anxiety and anxiety disorders displayed increased activation in parts of the alerting network. Activation within the executive control network was either increased or decreased depending on the anatomical location in the network. Within the interoceptive network, carriers of the ADORA2A TT genotype displayed a dysfunctional fronto-striatal-insula interaction. In the clinical part of the investigation patients with panic disorder revealed reduced connectivity in the dorsolateral part of the prefrontal cortex (dlPFC) of the right fronto-parietal attentional network compared to healthy controls. The connectivity in the dlPFC correlated with self-reported deficiencies in attentional control in patients with panic disorder. After six weeks of cognitive behavioral therapy, therapy responders showed again an increase in functional connectivity in the dlPFC, suggesting a normalization of neuronal dysfunctions in the fronto-parietal network.

Conclusion: 
Findings of the current investigation emphasize the role of dysfunctional interoceptive and exteroceptive attentional networks in anxiety and anxiety disorders. The attentional network of patients with panic disorder and healthy individuals with certain predisposing genetic variation seems to be characterized by a disturbed balance between bottom-up arousing and top-down regulating systems.
KW  - Angststörung
KW  - Panik
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - Panikstörung
KW  - fMRI
KW  - Funktionelle Kernspintomografie
KW  - Paniksyndrom
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161787
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Meza-Chincha, Ana-Lucia
A1  - Lindner, Joachim O.
A1  - Schindler, Dorothee
A1  - Schmidt, David
A1  - Krause, Ana-Maria
A1  - Röhr, Merle I. S.
A1  - Mitrić, Roland
A1  - Würthner, Frank
T1  - Impact of substituents on molecular properties and catalytic activities of trinuclear Ru macrocycles in water oxidation
N2  - Herein we report a broad series of new trinuclear supramolecular Ru(bda) macrocycles bearing different substituents at the axial or equatorial ligands which enabled investigation of substituent effects on the catalytic activities in chemical and photocatalytic water oxidation. Our detailed investigations revealed that the activities of these functionalized macrocycles in water oxidation are significantly affected by the position at which the substituents were introduced. Interestingly, this effect could not be explained based on the redox properties of the catalysts since these are not markedly influenced by the functionalization of the ligands. Instead, detailed investigations by X-ray crystal structure analysis and theoretical simulations showed that conformational changes imparted by the substituents are responsible for the variation of catalytic activities of the Ru macrocycles. For the first time, macrocyclic structure of this class of water oxidation catalysts is unequivocally confirmed and experimental indication for a hydrogen-bonded water network present in the cavity of the macrocycles is provided by crystal structure analysis. We ascribe the high catalytic efficiency of our Ru(bda) macrocycles to cooperative proton abstractions facilitated by such a network of preorganized water molecules in their cavity, which is reminiscent of catalytic activities of enzymes at active sites.
KW  - water oxidation
KW  - self-assembly
KW  - solar fuels
KW  - supramolecular materials
KW  - catalysis
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-204653
UR  - https://doi.org/10.1039/D0SC01097A
SN  - 2041-6539
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Hermann, Alexander
A1  - Arrowsmith, Merle
A1  - Trujillo-Gonzalez, Daniel
A1  - Jiménez-Halla, J. Oscar C.
A1  - Vargas, Alfredo
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Trapping of a Borirane Intermediate in the Reductive Coupling of an Arylborane to a Diborene
T2  - Journal of the American Chemical Society
N2  - The reductive coupling of an NHC-stabilized aryldibromoborane yields a mixture of trans- and cis-diborenes in which the aryl groups are coplanar with the diborene core. Under dilute reduction conditions two diastereomers of a borirane-borane intermediate are isolated, which upon further reduction give rise to the aforementioned diborene mixture. DFT calculations suggest a mechanism proceeding via nucleophilic attack of a dicoordinate borylene intermediate on the aryl ring and subsequent intramolecular B-B bond formation.
KW  - boron
KW  - reactive intermediates
KW  - reductive coupling
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-203140
N1  - This document is the unedited Author’s version of a Submitted Work that was subsequently accepted for publication in Journal of the American Chemical Society, copyright © American Chemical Society after peer review. To access the final edited and published work see https://doi.org/10.1021/jacs.0c02306
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Ulbricht, Andrea
A1  - Nickel, Lisa
A1  - Weidenbach, Katrin
A1  - Vargas Gebauer, Herman
A1  - Kießling, Claudia
A1  - Förstner, Konrad U.
A1  - Schmitz, Ruth A.
T1  - The CARF protein MM_0565 affects transcription of the casposon-encoded cas1-solo gene in Methanosarcina mazei Gö1
JF  - Biomolecules
N2  - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat (CRISPR) loci are found in bacterial and archaeal genomes where they provide the molecular machinery for acquisition of immunity against foreign DNA. In addition to the cas genes fundamentally required for CRISPR activity, a second class of genes is associated with the CRISPR loci, of which many have no reported function in CRISPR-mediated immunity. Here, we characterize MM_0565 associated to the type I-B CRISPR-locus of Methanosarcina mazei Gö1. We show that purified MM_0565 composed of a CRISPR-Cas Associated Rossmann Fold (CARF) and a winged helix-turn-helix domain forms a dimer in solution; in vivo, the dimeric MM_0565 is strongly stabilized under high salt stress. While direct effects on CRISPR-Cas transcription were not detected by genetic approaches, specific binding of MM_0565 to the leader region of both CRISPR-Cas systems was observed by microscale thermophoresis and electromobility shift assays. Moreover, overexpression of MM_0565 strongly induced transcription of the cas1-solo gene located in the recently reported casposon, the gene product of which shows high similarity to classical Cas1 proteins. Based on our findings, and taking the absence of the expressed CRISPR locus-encoded Cas1 protein into account, we hypothesize that MM_0565 might modulate the activity of the CRISPR systems on different levels.
KW  - methanoarchaea
KW  - CRISPR-Cas system
KW  - transcriptional regulation
KW  - adaptation phase
KW  - casposon
KW  - Methanosarcina mazei
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-211097
SN  - 2218-273X
VL  - 10
IS  - 8
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lenczyk, Carsten
T1  - Koordination und Funktionalisierung von Dihydroboranen an Übergangsmetallkomplexen - Darstellung neuer Carbodiphosphorane und deren Koordination an ausgewählte Substrate
T1  - Coordination and functionalization of dihydroboranes with transition metal complexes - Synthesis of new carbodiphosphoranes and their coordination to selected substrates
N2  - Teil 1: Koordination und Funktionalisierung von Dihydroboranen an Übergangsmetallkomplexen

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zur Koordination und Funktionalisierung von Dihydroboranen an Übergangsmetallkomplexen durchgeführt. Aufgrund der möglichen Anwendung in Dehydrokupplungsreaktionen wurde die Umwandlung von Dihydroboranen in Borylenkomplexe genauer untersucht.

Teil 2: Darstellung neuer Carbodiphosphorane und deren Koordination an ausgewählte Substrate

Durch Anwendung einfacher Synthesemethoden konnten in der vorliegenden Arbeit neuartige Carbodiphosphorane dargestellt werden. Diese wurden im weiteren Verlauf der Untersuchungen auf ihre Reaktivität gegenüber ausgewählten Substraten untersucht.
N2  - Part 1 Coordination and functionalization of dihydroboranes with transition metal complexes

The present work has focused on the coordination and functionalization of dihydroboranes towards various transition metal complexes. In light of possible applications in dehydrocoupling reactions, the conversion of dihydroboranes to borylene complexes was investigated in detail. 

Part 2 Various carbodiphosphoranes have been synthesized using simple reaction methods. In addition, these carbodiphosphoranes were used to probe the reactivity of this class of compounds towards selected substrates.
KW  - Borylene
KW  - Übergangsmetallkomplexe
KW  - Dehydrokupplung
KW  - Dihydroborane
KW  - Borylene
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180581
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müssig, Jonas Heinrich
T1  - Synthese und Reaktvität von Gruppe 13 Elementhalogeniden gegenüber metallischen und nicht-metallischen Lewis-Basen
T1  - Synthesis and Reactivity of Group 13 Elemental halides towards Metal and Nonmetal Lewis-Bases
N2  - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Dibortetrahalogenide dargestellt, deren Eigenschaften strukturell sowie spektroskopisch analysiert und deren Reaktivität gegenüber Lewis-basischen Hauptgruppenelementverbindungen untersucht. Durch anschließende Reaktivitätsstudien konnten unter anderem neuartige Diborene dargestellt und analysiert werden.
Weiterhin wurde die Verbindungsklasse der Elementhalogenide der Gruppe 13 in der Oxidationsstufe +2 (B, Ga, In) und +3 (In) bezüglich ihrer Reaktivität gegenüber Übergangsmetall Lewis-Basen untersucht. Die gebildeten, neuartigen Bindungsmodi der Gruppe 13 Elemente am Übergangsmetall wurden strukturell, spektroskopisch sowie quantenchemisch analysiert.
N2  - As a part of the present work diborontetrahalides were synthesized, analyzed and their reactivity was investigated towards Lewis-basic main group compounds. Subsequent reactivity studies were performed and novel Diborenes were synthesized and analyzed.
Furthermore the reactivity of group 13 elemental halides in the oxidation state +2 (B, Ga, In) and +3 (In) was investigated towards Lewis-basic transition metal complexes. The novel bonding motifs of the group 13 elements at the metal center were investigated structurally, spectroscopically and by quantum chemical calculations.
KW  - Übergangsmetallkomplex
KW  - Bor
KW  - Lewis-Base
KW  - Gallium
KW  - Indium
KW  - Gruppe 13 element
KW  - Diboren
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179831
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hofmann, Alexander
T1  - Neue niedervalente Organoaluminiumverbindungen: Darstellung und Eigenschaften
T1  - New low valent organoaluminium compounds: synthesis and reactivity
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Darstellung und der Reaktivität von cyclopentadienylsubstituierten, niedervalenten Aluminiumverbindungen. Mit der Einführung einer Cp*-Gruppe konnte ein neues, bromsubstituiertes Dialan dargestellt, charakterisiert und auf seine Reaktivitäten untersucht werden. Neben 1,2-Dialuminierungen von Alkinen sowie einer Nitreninsertion, war eine Lewis-Basen-induzierten Disproportionierung des Dialans zu beobachten. 
Die Lewis-Basen-induzierten Disproportionierung konnte angewendet werden, um eine monomere 1,3,5-Tri-tert-butylcyclopentadienyl-Al(I)-Spezies zu isolieren. Um das Reaktionsverhalten mit anderen Al(I)-Verbindungen zu vergleichen, wurden Umsetzungen mit Distickstoffmonoxid und Phenylazid untersucht. Dabei wurden ähnliche Strukturmuster wie bei den anderen Al(I)-Systemen beobachtet. Weiterhin konnten verschieden Al-B-Verbindungen mit unterschiedlichen B-Al-Bindungen dargestellt werden, unter anderem die erste B-Al-Mehrfachbindung.
N2  - Within this work, the synthesis and reactivity of cyclopentadienyl substituted, low valent aluminium complexes was investigated. Introduction of a Cp*-group allowed the synthesis of a new dibromodialane. The reactivity of compound 2 includes 1,2-dialumination of alkynes, nitrene insertion into the Al-Al-Bond, and Lewis base induced disproportionation of dialane. 
With the method of Lewis base induced disproportionation, a  monomeric 1,3,5-Tri-tert-butylcyclopentadienyl Al(I) species was isolated. For comparison of the reactivity with other Al(I)-compounds, it was reacted with Nitrous Oxide and phenylazide, obtaining structures that are similar to those obtained in analogous reactions with other Al(I)-systems. Furthermore several compounds with different B-Al-interactions were synthesized, including the first B-Al multiple bond
KW  - Aluminiumverbindungen
KW  - Koordinativ ungesättigte Verbindungen
KW  - Cyclopentadienylkomplexe
KW  - Bor-Aluminium-Verbindungen
KW  - Niedervalente Verbindungen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178526
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meier, Michael
T1  - Synthese und Eigenschaften von funktionalisierten Borolen und 1,2-Azaborininen
T1  - Synthesis and properties of functionalized boroles and 1,2-azaborinines
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit konnte das Portfolio an literaturbekannten, freien Bisborolen beträchtlich erweitert werden. Die Reihe der Oligothiophen-verbrückten Borole konnte um die Vertreter der Ter- bzw. Quaterthiophene erweitert werden. Weiterhin wurden Lewisbasenaddukte mit IMes, CAAC und DMAP dargestellt und zur röntgenspektrographischen Charakterisierung herangezogen. 

Durch den Vergleich der spektroskopischen Daten mit den bereits literaturbekannten Vertretern wurde eine schrittweise Entwicklung der Absorptionsmaxima in Abhängigkeit der Anzahl der Thienyleinheiten detektiert. Daraus konnte sowohl auf eine Verkleinerung der HOMO-LUMO-Abstände mit zunehmender Kettenlänge, als auch die Entwicklung zu einem Grenzwert bei einer hypothetisch unendlichen Kettenlänge geschlossen werden, welcher sich bei ca. ca. 2,40 eV befindet. 

Weiterhin wurden 9,9-Dimethylfluoren und Biphenyl erfolgreich zu Bisborolen umgesetzt. Beide Systeme sind aufgrund ihrer strukturellen Gemeinsamkeiten sowie ihrer Vergleichbarkeit mit literaturbekannten Bis(borolyl)benzol - Verbindungen von besonderem Interesse. Zudem konnte ein Vergleich der spektroskopischen Daten aller literaturbekannten und im Rahmen dieser Arbeit dargestellten Bisborole bewerkstelligt werden. 

Es wurde somit gezeigt, dass heteroaromatisch-verbrückte Bisborole eine größere energetische HOMO-LUMO-Lücke aufzeigen, als aromatisch-verbrückte Systeme. Zudem spielt die Position der Borolylgruppen und der damit verbundene Grad an pi-Interaktionen eine wichtige Rolle. Die beiden im Rahmen dieser Arbeit dargestellten Systeme 1,1'-(9,9-Dimethylfluoren-2,7-diyl)bis-(2,3,4,5-tetraphenylborol) und 4,4'-Bis(2,3,4,5-tetraphenylborol-1-yl)-1,1'-biphenyl reihen sich energetisch zwischen dem 1,3- bzw. 1,4-Bis(2,3,4,5-tetraphenylborol-1-yl)benzol ein. Insbesondere der Vergleich zwischen 1,4-Bis(2,3,4,5-tetraphenylborol-1-yl)benzol und 4,4'-Bis(2,3,4,5-tetraphenylborol-1-yl)-1,1'-biphenyl offenbart keine signifikante Energiedifferenz zwischen einer Phenyl- und einer Biphenylbrücke, was ein Indiz dafür darstellt, dass die Erweiterung des Spacers um eine zweite Phenyleinheit bei analoger 1,4-Verknüpfung nahezu keinen Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften des Systems hat. 
Auch die Überführung von 1,1'-(9,9-Dimethylfluoren-2,7-diyl)bis-(2,3,4,5-tetraphenylborol) und 4,4'-Bis(2,3,4,5-tetraphenylborol-1-yl)-1,1'-biphenyl in die entsprechenden 1,2-Azaborinine wurde unter Verwendung von Trimethylsilylazid bewerkstelligt. 

Neben der Darstellung und Untersuchung neuer Bisborole wurde 9-(Thiophen-2-yl)carbazol erfolgreich für den Aufbau borhaltiger Donor-Akzeptor-Systeme eingesetzt. Es konnten im Zuge dessen ein Borol und dessen IMes-Addukt, ein 1,2-Azaborinin sowie ein Dimesitylboryl-substituiertes Derivat dargestellt und auf ihre optischen und elektronischen Eigenschaften hin untersucht werden. Dabei stand insbesondere die elektrochemische Quantifizierung der Elektronenakzeptorstärke des Borols im Vergleich zum Dimesitylboran im Fokus.  Es wurde ein signifikanter Unterschied des Borols (Epc = -1.60 V, CH2Cl2) im Vergleich zum Dimesitylboran (E1/2 = -2.39 V, THF) detektiert, woraus eine deutlich höhere Akzeptorstärke des Borols abgeleitet werden kann. 

Zusätzlich wurden spektroskopische und photophysikalische Untersuchungen in Abhängigkeit der jeweiligen Verbindung durchgeführt. Durch den Vergleich des energetisch niedrigsten Absorptionsmaximas des Borols mit bereits literaturbekannten, thienylsubstituierten Borolen konnte ein signifikanter Donoreinfluss der Carbazoleinheit bestätigt werden.
N2  - Within the scope of this thesis, a library of novel, free bisborole compounds was prepared, characterized and their spectroscopic properties examined. Oligothiophen-bridged bisboroles could be extended to ter- and quaterthiophenes. Furthermore, Lewis base adducts with IMes, cAAC and DMAP were synthesized and characterized by X-ray crystallography. 

By comparing the spectroscopic data with literature-known compounds, a successive increase in the absorption maxima with the number of thiophene units could be observed/identified. Extension of the chain length leads to an increasingly smaller HOMO-LUMO gap and a limiting value of 2.40 eV considering a hypothetically infinitely long thiophene spacer.

Furthermore, 9,9-dimethylfluorene and biphenyl were successfully converted into bisboroles. Both systems are of special interest due to their structural similarities and comparability to the literature-known Bis(borolyl)benzene - compounds. Additionally, a spectroscopic comparison between all new and literature-known bisboroles could be achieved during this work.

It was shown that heteroaryl-brigded bisboroles offer a larger HOMO-LUMO gap then aryl-brigded systems. Furthermore the position of the borolyl groups and the degree of pi-conjugation play an important role. Both systems 1,1'-(9,9-dimethylfluorene-2,7-diyl)bis-(2,3,4,5-tetraphenylborole) and 4,4'-bis(2,3,4,5-tetraphenylborole-1-yl)-1,1'-biphenyl are found to be energetically between 1,3- and 1,4-bis(2,3,4,5-tetraphenylborole-1-yl)benzene. The comparison between 1,4-bis(2,3,4,5-tetraphenylborole-1-yl)benzene and 4,4'-bis(2,3,4,5-tetraphenylborole-1-yl)-1,1'-biphenyl shows almost no difference in energy between a phenyl- and biphenyl-bridged system, indicating that expanding the system with another phenyl unit with the same 1,4-linkage has virtually no influence on the electronic properties.

Additionally, the conversion of 1,1'-(9,9-dimethylfluorene-2,7-diyl)bis-(2,3,4,5-tetraphenylborole) and 4,4'-bis(2,3,4,5-tetraphenylborole-1-yl)-1,1'-biphenyl into the corresponding 1,2-azaborinines was achieved by reaction with trimethylsilyl azide.

Besides the synthesis and investigation of new bisborole compounds, 9-(thiophen-2-yl)carbazole was successfully converted into new donor-acceptor-systems. Based on this system, a borole, an IMes-adduct, an 1,2-azaborinine and also a dimesitylboryl-substituted derivative were successfully prepared, characterized and investigated for their optical and electronic properties, with focus on the electrochemical quantification of the Lewis acid strength of the borole and the dimesitylborane. A significant difference in the first reduction potentials was detected between the borole (Epc =  1.60 V, CH2Cl2) and the dimesitylborane (E1/2 = -2.39 V, THF), indicating a much higher acceptor strength of borole.

Additionally, spectroscopic and photophysical investigations were performed on each of these compounds. By comparison of the lowest maximum of the borole with literature-known, thienyl-substituted boroles, a significant donor influence of the carbazole group could be confirmed.
KW  - Borheterocyclen
KW  - Fünfringheterocyclen
KW  - Lewis-Säure
KW  - Sechsringverbindungen
KW  - Aromatische Verbindungen
KW  - Borole
KW  - 1,2-Azaborinine
KW  - Donor-Brücke-Akzeptor Systeme
KW  - Bisborole
KW  - Thiophen
KW  - boroles
KW  - 1,2-azaborinines
KW  - donor–bridge–acceptor systems
KW  - bisboroles
KW  - thiophene
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178402
ER  - 
TY  - THES
A1  - Welz, Eileen
T1  - Theoretical Investigations on Inorganic, Boron-containing Biradicals with a unique Structure
T1  - Theoretische Untersuchungen von anorganischen, biradikalischen Borverbindungen mit einer einzigartigen Struktur
N2  - In this work, biradical boron containing systems with various structures are investigated to reveal the dependency of the biradical character on the ligated carbene (NHC, CAAC) and the related steric demands of the substituents.
N2  - In dieser Arbeit werden biradikalische Bor-Systeme mit unterschiedlichen Strukturen untersucht, um die Abhängigkeit des biradikalischen Charakter von der Carben-Einheit, die am Bor (NHC, CAAC) gebunden ist, und den sterischen Anspruch der Substituenten zu analysieren.
KW  - Biradical
KW  - Bor
KW  - theoretical chemistry
KW  - SF-DFT
KW  - Benchmark
KW  - CAAC
KW  - NEVPT2
KW  - NHC
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-202598
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TY  - THES
A1  - Deißenberger, Andrea
T1  - Dibortetrahalogenide für die Darstellung neuer borhaltiger Verbindungen in niedrigen Oxidationsstufen
T1  - Diborontetrahalides for the synthesis of novel boron-containing compounds in low oxidation-states
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit konnten nasschemische Synthesen für Dibortetrafluorid und  chlorid ausgehend von Dibortetrabromid entwickelt werden, die durch einfachen Halogenaustausch mit SbF3 bzw. GaCl3 realisiert wurden. In Verbindung mit Arbeiten von Dr. Jonas Müssig zur Synthese von B2I4 gelang die Darstellung aller vier Dibortetrahalogenide mittels einfacher Schlenktechnik basierend auf der Synthese von B2Br4 durch Nöth und Pommerening im Jahr 1981. Dibortetrachlorid konnte mit Phosphanen (PMe3, PCy3 und PPh3) und Singulett-Carbenen (IDipp und MeCAAC) zu den klassischen Bisaddukten 44−46 bzw. 54 und 55 umgesetzt werden. Die Addition eines Isonitrils (CNtBu) an B2Cl4 führte zunächst zur Ausbildung des Bisadduktes 53, allerdings konnte in Lösung eine Umlagerung beobachtet werden, deren Verlauf 11B-NMR-spektroskopisch verfolgt wurde, jedoch nicht final aufgeklärt werden konnte. Durch die Zugabe eines Unterschusses der Lewis-Basen IDipp bzw. PCy3 sollten zunächst Monoaddukte von B2Cl4 dargestellt werden, deren Umsetzung mit einer weiteren Lewis-Base die Synthese asymmetrischer Lewis-Basen-Addukte von B2Cl4 ermöglichen sollte. Die sp2-sp3-Diborane 56 und 57 konnten bei tiefen Temperaturen 11B-NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden, allerdings führte eine Abfangreaktion mit diversen Lewis-Basen nicht zu den gewünschten asymmetrischen Addukten. Bei Raumtemperatur konnte eine Folgereaktion von 56 zur Chlorid-verbrückten kationischen Spezies 58 mit einem Tetrachloroborat-Anion beobachtet werden. Im Fall von Dibortetrafluorid konnten keine Lewis-Basen-Addukte (LB = PMe3 und MeCAAC) isoliert werden. Die Reaktivität von B2Cl4 gegenüber ungesättigten Substraten wurde anhand mehrerer literaturbekannter Beispiele (Acetylen, 2-Butin, 3-Hexin, Diphenylacetylen und Bis(trimethylsilyl)acetylen) nachvollzogen und um die terminalen Alkine Propin und 1 Hexin erweitert. Eine selektive Addition von B2Br4 an Dreifachbindungen gelang nicht. Die so erhaltenen Diborylalkene sollten zur Darstellung von 1,2-Diboreten genutzt werden, wobei zunächst über eine von Siebert et al. entwickelte Route die Bis(N,N-dialkylaminochlorboryl)alkene 67g, h, j und k dargestellt wurden. Ein nachfolgender Ringschluss unter reduktiven Bedingungen verlief nur für die Diisopropyl¬amino-substituierten Diborylalkene 67g und j selektiv und lieferte das 1,2-Dihydro-1,2-diboret 71g und das umgelagerte 1,3-Dihydro-1,3-diboret 68j. Der Austausch der Aminosubstituenten gegen Halogenide, der für eine weitere Reduktion zur B-B-Doppelbindung nötig wäre, gelang nicht. Die Umsetzung der Diborylalkene 61 (R = Me), 62 (R = Et) und 65 (R = Ph) mit Singulett-Carbenen (LB = IMe, IiPr, IDipp und MeCAAC) führte zu den chloridverbrückten Monoaddukten 74−76 und 79−81. Alle Verbindungen dieses Typs zeigten in NMR-spektroskopischen Untersuchungen ein sp2- und ein sp3-koordiniertes Borzentrum, welche für die CAAC-stabilisierten Verbindungen auch röntgenkristallografisch nachgewiesen werden konnten. Theoretische Untersuchungen bestätigten die Relevanz des verbrückenden Chloratoms zur Stabilisierung dieser Verbindungen. Für die Stammverbindung der Diborylalkene (59 (R = H)) konnte bei der Umsetzung mit MeCAAC eine unlösliche Verbindung erhalten werden, deren Struktur als Bisaddukt 82 mittels NMR-spektroskopischen Untersuchungen im Festkörper und durch Verbrennungsanalyse bestätigt werden konnte. 
Die Reduktion der CAAC-stabilisierten Diborylalkene 79 und 80 in Gegenwart von MeCAAC führte zu den captodativ-stabilisierten Diborylradikalen 83 und 84, deren Strukturanalyse eine orthogonale Anordnung der C2-Brücke zur B(CAAC)-Einheit offenlegt. Ausführliche EPR-spektroskopische Untersuchungen bei variabler Temperatur und theoretische Berechnungen bestätigen eine schwache Wechselwirkung der beiden Radikalzentren und einen offenschaligen Singulett-Grundzustand mit einem energetisch tiefliegenden Triplett-Zustand (ΔES T = 0.017 kcal mol−1). Der experimentell bestimmte Spin-Spin-Abstand und die Analyse der einfach besetzten Molekülorbitale (SOMO) bestätigen eine Delokalisierung der Spindichte über die NCAAC-CCAAC-B-Einheit. Der Austausch der verbrückenden Einheit und die somit einhergehende Verringerung der Sterik führt zu einer Planarisierung des Moleküls im Festkörper (87). Theoretische Untersuchungen und die Auswertung der strukturellen Parameter ergeben eine Delokalisierung der Elektronendichte über das gesamte planare System. EPR- und NMR-spektroskopische Untersuchungen ergaben dennoch Hinweise auf das Vorliegen einer paramagnetischen Verbindung. Untersuchungen zum Reduktionsverhalten von zweifach CAAC-stabilisiertem 1,4-Bis-(dibromboryl)benzol (97) ergaben die vollständige Enthalogenierung der Borzentren. Im Zuge dessen entstand ein hochreaktives, lineares Borylen, welches eine CH-Aktivierung mit dem Isopropylsubstituenten des CAAC-Liganden eingeht (98). Zur Stabilisierung des Borylens wurde die Reduktion in Gegenwart weiterer Lewis-Basen (Pyridin (Pyr), IiPr, IMeMe, PMe3, CNtBu und CO) durchgeführt, die in der Ausbildung der Diborylene 99−104 resultierten. Die Darstellung einer para-Phenylen-verbrückten Donor-Akzeptor-Verbindung (D: Borylen, A: BMes2) gelang nicht.
N2  - Within the scope of this work, solution-phase syntheses of diborontetrafluoride and  chloride were developed using simple halogen exchange reactions, by reacting the precursor B2Br4 with SbF3 or GaCl3, respectively. In combination with the work of Dr. Jonas Müssig on the synthesis of B2I4, the preparation of all four diborontetrahalides was achieved by usual Schlenk technique, based on the synthesis of diborontetrabromide by Nöth and Pommerening in 1981. Diborontetrachloride was reacted with phosphines (PMe3, PCy3 and PPh3) and singlet carbenes (IDipp and MeCAAC) to yield bisadducts 44, 45, 46, 54 and 55, respectively. Reaction with an isonitrile (CNtBu) initially resulted in the formation of bisadduct 53, which underwent rearrangement in solution. The process was investigated by 11B NMR spectroscopy but was not finally resolved. Addition of a substoichiometric amount of the Lewis bases IDipp and PCy3 was supposed to lead to a monoadduct which should be subsequently reacted with another Lewis base to yield an asymmetric Lewis base adduct of B2Cl4. The sp2-sp3-diboranes 56 and 57 were indeed detected by 11B NMR spectroscopy at low temperatures but could not be trapped by another Lewis base to form the desired asymmetric adducts. At room temperature 56 underwent a follow-up reaction to give the chloride-bridged cationic species 58, supported by a tetrachloroborate anion. In the case of diborontetrafluoride no Lewis base adducts (LB = PMe3 and MeCAAC) could be isolated. The reactivity of B2Cl4 towards unsaturated substrates was confirmed for several literature known examples (acetylene, 2-butyne, 3-hexyne, diphenylacetylene and bis(trimethylsilyl)acetylene) and expanded to the terminal alkynes propyne and 1-hexyne. The addition of B2Br4 to triple bonds was not selective. Those diborylalkenes should be utilized for the syntheses of 1,2-diboretes. Bis(N,N-dialkylaminochloroboryl)alkenes 67g, h, j and k were synthesized according to a route developed by Siebert et al. but the subsequent reductive ring closure was only selective for diborylalkenes bearing diisopropylamino substituents 67g and j, yielding the 1,2-dihydro-1,2-diborete 71g and the rearranged 1,3-dihydro-1,3-diborete 68j.[155] An exchange of the amino substituents for halides, which would have been necessary for a further reduction to yield a B-B double bond, was not possible. Reaction of the diborylalkenes 61 (R = Me), 62 (R = Et) and 65 (R = Ph) with singlet carbenes (LB = IMe, IiPr, IDipp and MeCAAC) led to the chloride-bridged monoadducts 74−76 and 79−81. NMR spectroscopic investigations of those examples showed an sp2- as well as an sp3-hybridized boron atom, which could be structurally determined for the CAAC-stabilized compounds by X-ray crystallography. Theoretical analyses showed the importance of the bridging chloride for the stability of these compounds. Addition of MeCAAC to the parent diborylalkene 59 (R = H) resulted in an insoluble precipitate, whose bisadduct structure 82 was confirmed by solid-state NMR spectroscopy and elemental analysis. 
Reduction of CAAC-stabilized diborylalkenes 79 and 80 in the presence of MeCAAC led to the formation of captodatively stabilized diborylradicals 83 and 84, whose olefinic bridging unit lies perpendicular to the B(CAAC) unit, as shown by X-ray crystallography. Detailed EPR spectroscopic investigations at variable temperature alongside with theoretical studies confirmed a weak interaction of both radical centers and an open shell singlet ground state with a triplet state negligibly higher in energy (ΔES T = 0.017 kcal mol−1). The experimentally determined interspin distance and the analysis of the singly occupied molecular orbitals (SOMO) revealed a delocalization of the spin density over the NCAAC-CCAAC-B π system. Exchange of the bridging unit accompanied by the reduction of steric crowding led to a planarization of the molecule in the solid state (87). Theoretical studies and the evaluation of the structural parameters showed the delocalization of electron density over the entire planar system. EPR and NMR spectroscopic investigations indicated a paramagnetic nature of 87. Reduction of doubly CAAC-stabilized 1,4-bis(dibromoboryl)benzene (97) resulted in complete dehalogenation of the boron centers. As a result, a highly reactive, linear borylene was formed, which underwent CH activation with the isopropyl substituent of the CAAC ligand (98). In order to stabilize the borylene, reductions were performed in the presence of other Lewis bases, such as pyridine (Pyr), IiPr, IMeMe, PMe3, CNtBu and CO, resulting in the formation of diborylenes 99−104. The attempted synthesis of a para-phenylene-bridged donor-acceptor compound (D: borylene, A: BMes2) was not successful.
KW  - Dibortetrahalogenide
KW  - Biradikal
KW  - Borylene
KW  - Borylradikale
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187758
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TY  - THES
A1  - Paprocki, Valerie Indra Katharina
T1  - Synthese und Reaktivität neuartiger Komplexe mit carbo- und heterocyclischen pi-Liganden
T1  - Synthesis and reactivity of novel complexes featuring carbo- and heterocyclic pi-ligands
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese, Charakterisierung und Reaktivität von Nebengruppen-Metallkomplexen, die mindestens einen pi-koordinierenden Liganden tragen. Im ersten Abschnitt liegt der Fokus auf heteroleptischen Systemen mit carbocyclischen Liganden, zu deren Synthese die gängige Methodik der Salzeliminierung herangezogen wird. Das Metallierungsverhalten dieser Komplexe, sowie die Reaktivität von Komplexen mit reduktionsstabilen funktionellen Gruppen an den Ligandensystemen wird untersucht. Der zweite Abschnitt behandelt die Redox- und Koordinationseigenschaften des CAAC-stabilisierten 1,4 Diborabenzols, wobei Alkali-Metalle, Gruppe 10 Metalle, Lanthanoide, sowie die Actinoide Thorium und Uran untersucht werden.
N2  - The present work deals with the synthesis, characterization and reactivity studies of subgroup metal complexes bearing at least one sandwich-type carbo- or heterocyclic ligand. The first chapter covers studies on the synthesis of heteroleptic sandwich complexes employing the well-established salt-metathesis strategy. The metalation properties as well as the reactivity of the complexes is investigated. The second chapter of this work discusses further studies on the redox and coordination properties of neutral, CAAC-stabilized 1,4-diborabenze. To this end reactions with alkali and group 10 metals, elements of the lanthanides as well as the actinide metals Thorium and Uranium are reviewed.
KW  - Sandwich-Verbindungen
KW  - Metallierung
KW  - Diborabenzolderivate
KW  - Thorium
KW  - Uran
KW  - Sandwich Komplexe
KW  - Diborabenzol
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193707
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TY  - THES
A1  - Liu, Siyuan
T1  - New Avenues in the Reactivity of Borylene Complexes
T1  - Neue Wege in der Reaktivität von Borylenkomplexen
N2  - The thesis is mainly about the reactivities of borylene complexes. Including the investigation of the reaction of base stabilized terminal borylene with elemental chalcogens. On the other hand the are also the reactivity of borylene with bipyridine species is also studies. A C-H activation of the Cp2WH2 using borylene is also discovered. Finally the reaction of a borylene with Lewis acids such as GaCl3 and InBr3 is also studied.
N2  - Die Fragestellung der Arbeit zielte auf die Erforschung der Reaktivität von Borylenkomplexen (20, 22, 43, 50, 90, 104). Reaktionen von Übergangsmetallborylen-Komplexen wurden mit einer Reihe von verschiedenen Reagenzien untersucht, deren Produkte neuartige Bindungsmotive zeigten. Viele der Verbindungen wurden als erste Beispiele ihrer Art isoliert, mit teils sehr ungewöhnlichen strukturellen Eigenschaften. Durch spektroskopische und strukturelle Charakterisierungsmethoden wurden sowohl die Konstitution der Verbindungen bestätigt als auch ihre Bindungsverhältnisse aufgeklärt ...
KW  - borylene
KW  - chalcogen
KW  - Borylene
KW  - Chalkogene
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184302
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TY  - THES
A1  - Seifert, Bastian
T1  - Multivariate Chebyshev polynomials and FFT-like algorithms
T1  - Multivariate Tschebyschow-Polynome und FFT-artige Algorithmen
N2  - This dissertation investigates the application of multivariate Chebyshev polynomials in the algebraic signal processing theory for the development of FFT-like algorithms for discrete cosine transforms on weight lattices of compact Lie groups. After an introduction of the algebraic signal processing theory, a multivariate Gauss-Jacobi procedure for the development of orthogonal transforms is proven. Two theorems on fast algorithms in algebraic signal processing, one based on a decomposition property of certain polynomials and the other based on induced modules, are proven as multivariate generalizations of prior theorems. The definition of multivariate Chebyshev polynomials based on the theory of root systems is recalled. It is shown how to use these polynomials to define discrete cosine transforms on weight lattices of compact Lie groups. Furthermore it is shown how to develop FFT-like algorithms for these transforms. Then the theory of matrix-valued, multivariate Chebyshev polynomials is developed based on prior ideas. Under an existence assumption a formula for generating functions of these matrix-valued Chebyshev polynomials is deduced.
N2  - Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Anwendung multivariater Tschebyschow-Polynome in der algebraischen Signalverarbeitungstheorie im Hinblick auf die Entwicklung FFT-artiger Algorithmen für diskrete Kosinus-Transformationen auf Gewichts-Gittern kompakter Lie-Gruppen. Nach einer Einführung in die algebraische Signalverarbeitungstheorie wird eine multivariate Gauss-Jacobi Prozedur für die Entwicklung orthogonaler Transformationen bewiesen. Zwei Theoreme über schnelle Algorithmen in der algebraischen Signalverarbeitung, eines basierend auf einer Dekompositionseigenschaft gewisser Polynome, das andere basierend auf induzierten Moduln, werden als multivariate Verallgemeinerungen vorgängiger Theoreme bewiesen. Die Definition multivariater Tschebyschow-Polynome basierend auf der Theorie der Wurzelsysteme wird vergegenwärtigt. Es wird gezeigt, wie man diese Polynome nutzen kann um diskrete Kosinustransformationen auf den Gewichts-Gittern kompakter Lie-Gruppen zu definieren. Des Weiteren wird gezeigt, wie man FFT-artige Algorithmen für diese Transformationen entwickeln kann. Sodann wird die Theorie Matrix-wertiger, multivariater Tschebyschow-Polynome basierend auf vorgängigen Ideen entwickelt. Unter einer Existenz-Annahme wird eine Formel für die erzeugenden Funktionen dieser Matrix-wertigen Tschebyschow-Polynome hergeleitet
KW  - Schnelle Fourier-Transformation
KW  - Čebyšev-Polynome
KW  - Kompakte Lie-Gruppe
KW  - Digitale Signalverarbeitung
KW  - Mehrdimensionale Signalverarbeitung
KW  - Algebraic signal processing
KW  - Algebraische Signalverarbeitung
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-206845
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TY  - THES
A1  - Tibken, Catharina Maria
T1  - Die Entwicklung phonologischer Bewusstheit im Vorschulalter - Institutionelle Einflüsse und wechselseitige Zusammenhänge mit phonologischen, frühen schriftsprachlichen und sprachlichen Kompetenzen
T1  - The Development of Phonological Awareness - Institutional Influences and Mutual Relations with Phonological, Early Literacy and Linguistic Competencies
N2  - Phonologische Bewusstheit stellt die Kompetenz dar, Sprache in kleinere Einheiten wie einzelne Silben und Phoneme untergliedern zu können. Sie ist damit eine wichtige Vorläuferfertigkeit für den Schriftspracherwerb.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit während des letzten Kindergartenjahres. Zum einen werden die faktorielle Struktur und die Messinvarianz der phonologischen Bewusstheit im Verlauf des letzten Kindergartenjahres analysiert. Als zweiter Aspekt werden die wechselseitigen Zusammenhänge der phonologischen Bewusstheit mit weiteren phonologischen, frühen schriftsprachlichen und sprachlichen Kompetenzen im Vorschulalter untersucht. Der dritte Aspekt bezieht sich auf die institutionelle Förderung phonologischer Bewusstheit bei Vorschulkindern im Kindergarten. Hier werden die Effekte einer expliziten Förderung durch das Trainingsprogramm „Hören, lauschen, lernen“ (Küspert & Schneider, 2018) und einer impliziten Förderung im Kindergartenalltag sowie inzidentelle Einflüsse durch Erwartungseffekte untersucht.
Zur Untersuchung der Fragestellungen wurde ein längsschnittliches Design mit zwei Messzeitpunkten zu Beginn und Ende des letzten Kindergartenjahres verwendet. Die Stichprobe umfasste 390 Vorschulkinder. Für die statistischen Analysen wurden im Wesentlichen Strukturgleichungsmodelle verwendet.
Die Ergebnisse zur Struktur der phonologischen Bewusstheit zeigten Schwierigkeiten bei der längsschnittlichen Abbildung des Konstrukts im Vorschulalter. Da die Tests zur Erfassung der phonologischen Bewusstheit im weiteren Sinne (auf Reim- und Silbenebene) Deckeneffekte aufwiesen und sich im Vorschulalter insbesondere die phonologische Bewusstheit im engeren Sinne (auf Phonemebene) entwickelt, wurde das latente Konstrukt der phonologischen Bewusstheit im Weiteren ausschließlich durch Messverfahren zur Erfassung der phonologischen Bewusstheit im engeren Sinne modelliert. Zudem ließ sich lediglich schwache Messinvarianz etablieren, sodass die Befunde auf einen qualitativen Wandel des Konstrukts während des letzten Kindergartenjahres hindeuten.
Die Befunde zu Zusammenhängen der phonologischen Bewusstheit mit weiteren phonologischen, frühen schriftsprachlichen und sprachlichen Kompetenzen ergaben komplexe wechselseitige Effekte. Die phonologische Bewusstheit sagte dabei die Entwicklung früher schriftsprachlicher Kompetenzen vorher, während sich die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit selbst auch durch grammatikalische Kompetenzen erklären ließ.
Bei den Analysen zur Förderung der phonologischen Bewusstheit im Vorschulalter war insbesondere die explizite Förderung durch „Hören, lauschen, lernen“ (Küspert & Schneider, 2018) effektiv. Für die Effektivität des Programms waren zudem die Implementationsbedingungen im Kindergarten relevant. Hier erwies sich vor allem eine vorherige Schulung der Erzieher(innen) als positiv sowie auch eine Abweichung vom Manual in organisatorischer Hinsicht, sodass das Training nicht täglich, sondern mehrmals pro Woche in größeren Abschnitten stattfand. Auf die implizite Förderung der phonologischen Bewusstheit konnte lediglich indirekt über das Wissen der Erzieher(innen) über Sprach- und frühe Schriftsprachförderung geschlossen werden. Das Wissen der Erzieher(innen) über die Förderung phonologischer Bewusstheit war dabei nicht von Bedeutung für die Kompetenzentwicklung der Kinder. Stattdessen wirkte sich das Wissen über sprachliche Fördermaßnahmen, insbesondere bezüglich Maßnahmen bei Aussprachstörungen, günstig auf die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit aus. Neben Effekten einer expliziten und impliziten Förderung der phonologischen Bewusstheit waren auch inzidentelle Effekte aufgrund der Urteile der Erzieher(innen) über die Kompetenzen der Kinder nachweisbar. Auch hier wirkten sich die Einschätzungen der sprachlichen Kompetenzen in den Bereichen Aussprache, Wortschatz und Grammatik auf die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit aus, während die Einschätzung der phonologischen Bewusstheit selbst durch die Erzieher(innen) die weitere Entwicklung nicht vorhersagen konnte.
Insgesamt sprechen die Befunde für komplexe Zusammenhänge der phonologischen Bewusstheit mit weiteren phonologischen, frühen schriftsprachlichen und sprachlichen Kompetenzen, die auch bei der Konzeption von Fördermaßnahmen berücksichtigt werden sollten.
N2  - Phonological awareness represents the ability to subdivide language into smaller units such as individual syllables and phonemes. It is therefore an important precursor for the acquisition of written language.
The present work examines the development of phonological awareness during the last year of kindergarten: First, we analyzed the factorial structure and the measurement invariance of phonological awareness during the last year of kindergarten. Second, we examined the mutual relations of phonological awareness with further phonological, early literacy and linguistic competencies in preschool age. Third, we examined influences on the development of phonological awareness in preschool children in kindergarten. We analyzed the effects of an explicit phonological training program ("Hören, lauschen, lernen"; Küspert & Schneider, 2018), an implicit facilitation of phonological awareness via daily routines in kindergarten, and incidental influences on phonological awareness like expectancy effects.
Our longitudinal design consisted of two measurement points at the beginning and the end of the last year of kindergarten. The sample included 390 preschool children. For the statistical analyses, we mainly used structural equation modelling.
The results regarding the structure of phonological awareness showed only a limited stability of the construct in preschool age. Whereas we found ceiling effect for phonological awareness in the broad sense (at rhyme and syllable level), we found a development of phonological awareness in the narrow sense (at phoneme level) in children in preschool age. In further analyses, we consequently measured the latent construct of phonological awareness only using tests of phonological awareness in the narrow sense. In addition, we could only establish weak measurement invariance, so that the findings indicate a qualitative change in the construct of phonological awareness during the last year of kindergarten.
We found complex relations between phonological awareness and other phonological, early literacy, and linguistic competencies. Phonological awareness predicted the development of early literacy skills, while the development of phonological awareness itself could incrementally be explained by grammatical competencies.
Regarding institutional measures to promote phonological awareness in preschool age, the explicit training program (Küspert & Schneider, 2018) proved to be particularly effective. Moreover, the implementation conditions in kindergarten were also relevant for the effectiveness of the program. Above all, a previous training of the educators proved to be positive as well as a deviation from the training manual in organizational terms, in the sense that the training did not take place daily, but several times a week in larger sections. We inferred the content and the extent of the implicit measures to promote phonological awareness in daily kindergarten life indirectly from the educators' knowledge, how to promote language and early written language. The educators’ knowledge about measures to promote phonological awareness was not important for the development of children's competencies. Instead, knowledge about measures to promote linguistic competencies, particularly those competencies related to speech sound disorders, had a beneficial effect on the development of phonological awareness. In addition to the effects of explicit and implicit measures to promote phonological awareness, incidental effects based on the educators' judgments about the children's competencies were also evident. Again, the assessment of linguistic competencies in the areas of pronunciation, vocabulary and grammar had an impact on the development of phonological awareness, while the educators' judgments of the children's phonological awareness itself could not predict the further phonological development.
Overall, the findings suggest complex relationships of phonological awareness with further phonological, early literacy and linguistic competencies, which should be taken into account when designing measures to promote phonological awareness.
KW  - Phonologische Bewusstheit
KW  - Vorschulalter
KW  - Faktorielle Struktur
KW  - Zusammenhänge
KW  - Förderung
KW  - Vorschulkind
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-208056
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roth, Daniel
T1  - Intrapersonal, Interpersonal, and Hybrid Interactions in Virtual Reality
T1  - Intrapersonelle, Interpersonelle und Hybride Interaktionen in Virtual Reality
N2  - Virtual reality and related media and communication technologies have a growing
impact on professional application fields and our daily life. Virtual environments
have the potential to change the way we perceive ourselves and how we interact
with others. In comparison to other technologies, virtual reality allows for the
convincing display of a virtual self-representation, an avatar, to oneself and also to
others. This is referred to as user embodiment. Avatars can be of varying realism
and abstraction in their appearance and in the behaviors they convey. Such userembodying
interfaces, in turn, can impact the perception of the self as well as
the perception of interactions. For researchers, designers, and developers it is of
particular interest to understand these perceptual impacts, to apply them to therapy,
assistive applications, social platforms, or games, for example. The present thesis
investigates and relates these impacts with regard to three areas: intrapersonal
effects, interpersonal effects, and effects of social augmentations provided by the
simulation.
With regard to intrapersonal effects, we specifically explore which simulation
properties impact the illusion of owning and controlling a virtual body, as well
as a perceived change in body schema. Our studies lead to the construction of
an instrument to measure these dimensions and our results indicate that these
dimensions are especially affected by the level of immersion, the simulation latency,
as well as the level of personalization of the avatar.
With regard to interpersonal effects we compare physical and user-embodied social
interactions, as well as different degrees of freedom in the replication of nonverbal
behavior. Our results suggest that functional levels of interaction are maintained,
whereas aspects of presence can be affected by avatar-mediated interactions, and
collaborative motor coordination can be disturbed by immersive simulations.
Social interaction is composed of many unknown symbols and harmonic patterns
that define our understanding and interpersonal rapport. For successful virtual
social interactions, a mere replication of physical world behaviors to virtual environments
may seem feasible. However, the potential of mediated social interactions
goes beyond this mere replication. In a third vein of research, we propose and
evaluate alternative concepts on how computers can be used to actively engage in
mediating social interactions, namely hybrid avatar-agent technologies. Specifically,
we investigated the possibilities to augment social behaviors by modifying and
transforming user input according to social phenomena and behavior, such as nonverbal
mimicry, directed gaze, joint attention, and grouping. Based on our results
we argue that such technologies could be beneficial for computer-mediated social
interactions such as to compensate for lacking sensory input and disturbances in
data transmission or to increase aspects of social presence by visual substitution or
amplification of social behaviors.
Based on related work and presented findings, the present thesis proposes the
perspective of considering computers as social mediators. Concluding from prototypes
and empirical studies, the potential of technology to be an active mediator of social
perception with regard to the perception of the self, as well as the perception of
social interactions may benefit our society by enabling further methods for diagnosis,
treatment, and training, as well as the inclusion of individuals with social disorders.
To this regard, we discuss implications for our society and ethical aspects. This
thesis extends previous empirical work and further presents novel instruments,
concepts, and implications to open up new perspectives for the development of
virtual reality, mixed reality, and augmented reality applications.
N2  - Virtual Reality und weitere Medien- und Kommunikationstechnologien haben einen
wachsenden Einfluss auf professionelle Anwendungsbereiche und unseren Alltag.
Virtuelle Umgebungen haben das Potenzial, Einfluss darauf zu nehmen, wie Mensche
sich selbst wahrnehmen und wie sie mit anderen umgehen. Im Vergleich zu
anderen Technologien ermöglicht Virtual Reality die überzeugende Visualisierung
einer virtuellen Selbstdarstellung, eines Avatars, sichtbar für den Nutzer/die
Nutzerin selbst aber auch für andere. Dies bezeichnet man als Nutzerverk¨orperung.
Avatare können von unterschiedlichem Realismus und Abstraktion in Bezug auf
ihr Aussehen sowie der Darstellung von Verhaltensweisen geprägt sein. Solche
nutzerverkörpernde Schnittstellen wiederum können die Wahrnehmung des Selbst
sowie die Wahrnehmung von Interaktionen beeinflussen. Für Forscher/-innen,
Designer/-innen und Entwickler/-innen ist es von besonderem Interesse, diese
Wahrnehmungseffekte zu verstehen, um sie beispielsweise auf Therapie, assistive
Anwendungen, soziale Plattformen oder Spiele anzuwenden. Die vorliegende
Arbeit untersucht und bezieht sich auf diese Auswirkungen in drei Bereichen: intrapersonelle
Effekte, zwischenmenschliche Effekte sowie Effekte durch soziale
Augmentierungen, die durch die Simulation bereitgestellt werden.
Im Hinblick auf intrapersonelle Effekte widmet sich die vorliegende Arbeit insbesondere
der Frage, welche Simulationseigenschaften die Illusion des Besitzens/Innehabens
und der Kontrolle eines virtuellen Körpers sowie eine wahrgenommene
Veränderung des Körperschemas beeinflussen. Die vorgestellten Studien führen
zur Konstruktion eines Instruments zur Erfassung dieser Dimensionen und die
Ergebnisse zeigen, dass die empfundene Verkörperung besonders von dem Grad
der Immersion, der Simulationslatenz sowie dem Grad der Personalisierung des
Avatars abhängt.
Im Hinblick auf zwischenmenschliche Effekte vergleicht diese Dissertation physische
(realweltliche) und virtuelle soziale Interaktionen sowie unterschiedliche
Freiheitsgrade in der Replikation nonverbalen Verhaltens. Die Ergebnisse deuten
darauf hin, dass die funktionalen Ebenen der Interaktion aufrechterhalten werden,
während Aspekte der Präsenz durch avatarvermittelte Interaktionen beeinflusst
werden und die kollaborative motorische Koordination durch immersive Simulationen
gestört werden kann.
Die soziale Interaktion besteht aus vielen unbekannten Symbolen und harmonischen
Mustern, die das menschliche Verst¨andnis und zwischenmenschliche Beziehungen
definieren. Für erfolgreiche virtuelle soziale Interaktionen mag eine bloße
Replikation von physikalischenWeltverhaltensweisen auf virtuelle Umgebungen
m¨oglich erscheinen. Das Potenzial computervermittelter sozialer Interaktionen
geht jedoch über diese bloße Replikation hinaus. Im dritten Bereich dieser Arbeit
werden alternative Konzepte vorgeschlagen und evaluiert, wie Computer genutzt werden können, um eine aktive Rolle in sozialen Interaktionen einzunehmen. Diese
Technologien werden als hybride Avatar-Agenten-Technologien definiert. Insbesondere
wird untersucht, welche Möglichkeiten das soziale Verhalten zu erweitern
emtstehen, indem die Verhaltensweisen der Benutzer/-innen entsprechend sozialer
Ph¨anomene und Verhaltensweisen modifiziert und transformiert werden. Beispiele
sind die nonverbale Spiegelung, der Fokus des Blicks, eine gemeinsame Aufmerksamkeit
und die Gruppenbildung. Basierend auf den Ergebnissen argumentiert
diese Arbeit, dass solche Technologien für computervermittelte soziale Interaktionen
von Vorteil sein könnten, beispielsweise zum Ausgleich fehlender Sensorik,
Störungen bei der Datenübertragung oder zur Verbesserung sozialer Präsenz durch
visuelle Substitution oder Verstärkung des sozialen Verhaltens. Basierend auf verwandten
Arbeiten und präsentierten Ergebnissen wird abgeleitet, dass Computer als
soziale Mediatoren fungieren können. Ausgehend von Prototypen und empirischen
Studien kann das Potenzial der Technologie, ein aktiver Vermittler in Bezug auf
dieWahrnehmung des Selbst sowie dieWahrnehmung sozialer Interaktionen zu
sein, unserer Gesellschaft zugutekommen. Dadurch können beispielsweise weitere
Methoden zur Diagnose, der Behandlung und Ausbildung sowie der Inklusion von
Menschen mit sozialen Störungen ermöglicht werden. In diesem Zusammenhang
werden die Auswirkungen auf unsere Gesellschaft und ethische Aspekte diskutiert.
Diese Arbeit erweitert frühere empirische Arbeiten und präasentiert darüber
hinaus neue Instrumente, Konzepte und Implikationen, um neue Perspektiven
für die Entwicklung von Virtual Reality, Mixed Reality und Augmented Reality
Anwendungen zu beleuchten.
KW  - Virtuelle Realität
KW  - Mensch-Maschine-Kommunikation
KW  - virtual embodiment
KW  - virtual social interaction
KW  - hybrid avatar-agent systems
KW  - collaborative interaction
KW  - avatars
KW  - virtual reality
KW  - augmented reality
KW  - social artificial intelligence
KW  - Avatar <Informatik>
KW  - Künstliche Intelligenz
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188627
ER  - 
TY  - THES
A1  - Merz, Julia
T1  - C-H Borylation: A Route to Novel Pyrenes and Perylenes and the Investigation of their Excited States and Redox Properties
T1  - C-H Borylierung: Eine Route zu neuen Pyrenen und Perylenen und die Untersuchung der angeregten Zustände und Redoxeigenschaften
N2  - Pyrene is a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) that has very interesting photophysical properties which make it suitable for a broad range of applications. The 2,7-positions of pyrene are situated on nodal planes in both the HOMO and LUMO. Hence, electrophilic reactions take place at the 1-, 3-, 6-, and 8-positions. The goal of this project was to develop novel pyrene derivatives substituted at the 2- and 2,7-positions, with very strong donors or/and acceptors, to achieve unprecedented properties and to provide a deeper understanding of how to control the excited states and redox properties. For that reason, a julolidine-type moiety was chosen as a very strong donor, giving D-π and D-π-D systems and, with Bmes2 as a very strong acceptor, D-π-A system. These compounds exhibit unusual photophysical properties such as emission in the green region of the electromagnetic spectrum in hexane, whereas all other previously reported pyrene derivatives substituted at the 2,7-positions show blue luminescence. Furthermore, spectroelectrochemical measurements suggest very strong coupling between the substituents at the 2,7-positions of pyrene in the D-π-D system. Theoretical studies show that these properties result from the very strong julolidine-type donor and Bmes2 acceptor coupling efficiently to the pyrene HOMO-1 and LUMO+1, respectively. Destabilization of the former and stabilization of the latter lead to an orbital shuffle between HOMO and HOMO 1, and LUMO and LUMO+1 of pyrene. Consequently, the S1 state changes its nature sufficiently enough to gain higher oscillator strength, and the photophysical and electrochemical properties are then greatly influenced by the substituents. 
In another project, further derivatives were synthesized with additional acceptor moieties at the K-region of pyrene. These target derivatives exhibit strong bathochromically shifted absorption maxima (519-658 nm), which is a result of the outstanding charge transfer character introduced into the D-π-D pyrene system through the additional acceptor moiety at the K-region. Moreover, emission in the red to NIR region with an emission maximum at 700 nm in CH2Cl2 is detected. The excited state lives unusual long for K-region substituted pyrenes; however, such a lifetime is rather typical for 2,7-substituted pyrene derivatives. 
The polycyclic aromatic hydrocarbon perylene, especially perylene diimide, has received considerable attention in recent years and has found use in numerous applications such as dyes, pigments and semiconductors. Nevertheless, it is of fundamental importance to understand how to modulate the electronic and photophysical properties of perylene depending on the specific desired application. Perylenes without carboxyimide groups at the peri positions are much less well studied due to the difficulties in functionalizing the perylene core directly. In particular, only ortho heteroatom substituted perylenes have not been reported thus far (exception: (Bpin)4-Per was already reported by Marder and co-workers). Thus, the effect of substituents on the ortho positions of the perylene core has not been investigated. 
Two perylene derivatives were synthesized that bear four strong diphenylamine donor or strong Bmes2 acceptor moieties at the ortho positions. These compounds represent the first examples of perylenes substituted only at the ortho positions with donors or acceptors. 
The investigations show that the photophysical and electronic properties of these derivatives are unique and different compared to the well-studied perylene diimides. Thus, up to four reversible reductions or oxidations are possible, which is unprecedented for monomeric perylenes. Furthermore, the photophysical properties of these two ortho-substituted derivatives are unusual compared to reported perylenes on many regards. Thus, large Stokes shifts are obtained, and the singlet excited state of these derivatives lives remarkably long with intrinsic lifetimes of up to 94 ns.
In a cooperation with Dr. Gerard P. McGlacken at University College Cork in Ireland, different quinolones were borylated using an iridium catalyst system to study the electronic and steric effect of the substrates. It was possible to demonstrate that the Ir-catalyzed borylation with the dtbpy ligand allows the direct borylation of various 4-quinolones at the 6- and 7-positions. Thus, later stage functionalization is possible with this method and more highly functionalized quinolones are also compatible with this mild reaction conditions.
N2  - Pyren ist ein polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff (PAK) mit sehr interessanten photophysikalischen Eigenschaften, der sich daher für ein breites Anwendungsspektrum eignet. Die 2,7-Positionen von Pyren befinden sich sowohl im HOMO als auch im LUMO auf Knotenebenen. Daher finden elektrophile Reaktionen an den 1-, 3-, 6- und 8-Positionen statt. Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung neuer Pyrenderivate, die an den 2- und 2,7-Positionen substituiert sind und sehr starke Donoren oder / und Akzeptoren aufweisen, um beispiellose Eigenschaften zu erzielen und ein tiefgreifenderes Verständnis für die Steuerung der angeregten Zustände und Redoxzustände zu erhalten. Aus diesem Grund wurde die Julolidin-Einheit als sehr starker Donor gewählt um D-π und D-π-D -Systeme zu entwickeln und mit Bmes2 als sehr starker Akzeptor wurde ein D-π-A System entwickelt.
Diese Verbindungen zeigen ungewöhnliche photophysikalische Eigenschaften wie die Emission im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums in Hexan, während alle anderen zuvor beschriebenen Pyrenderivate, die an den 2,7-Positionen substituiert sind, blaue Lumineszenz zeigen. Darüber hinaus legen spektroelektrochemische Messungen eine unerwartet starke Kopplung zwischen den Substituenten an den 2,7-Positionen von Pyren im D-π-D-System nahe. Theoretische Studien zeigen, dass diese Eigenschaften aus der sehr starken Kopplung zwischen dem Julolidin-Donor und Bmes2-Akzeptor mit dem Pyren HOMO-1 bzw. LUMO + 1 resultieren. Die Destabilisierung des Ersteren und die Stabilisierung des Letzteren führen zu einem Orbital-Shuffle zwischen HOMO und HOMO-1 und LUMO und LUMO+1 von Pyren. Folglich ändert der S1-Zustand seinen Charakter ausreichend, um eine höhere Oszillatorstärke zu erzielen. Die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften werden damit stark von den Substituenten beeinflusst.
In einem weiteren Projekt wurden weitere Derivate mit zusätzlichen Akzeptoreinheiten in der K-Region von Pyren synthetisiert. Alle Zielderivate weisen starke bathochrom verschobene Absorptionsmaxima (519-658 nm) auf, was auf den hervorragenden Ladungstransfercharakter zurückzuführen ist, der durch die zusätzliche Akzeptoreinheit in der K-Region in das D-π-D-Pyrensystem eingeführt wurde. Emission im Rot-NIR-Bereich mit einem Emissionsmaximum bei 700 nm in CH2Cl2 wurde sogar detektiert. Der angeregte Zustand ist ungewöhnlich langlebig für K-substituierte Pyrene, diese sind jedoch typisch für 2,7-substituierte Pyrenderivate.
Der polycyclische aromatische Kohlenwasserstoff Perylen, insbesondere Perylendiimid, erlangte in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit und fand Verwendung in zahlreichen Anwendungen wie Farbstoffen, Pigmenten oder Halbleitern. Dennoch ist es von grundlegender Bedeutung zu verstehen, wie die elektronischen und photophysikalischen Eigenschaften von Perylen in Abhängigkeit von der spezifischen gewünschten Anwendung moduliert werden können. Perylene ohne Carboxyimidgruppen an den Peripositionen sind aufgrund der Schwierigkeiten bei der direkten Funktionalisierung des Perylenkerns bislang kaum untersucht worden. Ziel dieses Projektes war es den bisher unbekannten Einfluss von Substituenten auf die ortho-Positionen des Perylenkerns zu untersuchen.
Es wurden zwei Perylenderivate synthetisiert, die an den ortho-Positionen vier starke Diphenylamin-Donor oder vier starke Bmes2-Akzeptor-Einheiten aufweisen. Diese Verbindungen stellen die ersten Beispiele für Perylene dar, die nur an den ortho-Positionen mit Donoren oder Akzeptoren substituiert sind.
Die Untersuchungen zeigen, dass die photophysikalischen und elektronischen Eigenschaften dieser Derivate im Vergleich zu den gut untersuchten Perylendiimiden einzigartig sind. Somit sind bis zu vier reversible Reduktionen oder Oxidationen dieser Verbindungen möglich, was für monomere Perylene bisher beispiellos ist. Darüber hinaus sind die photophysikalischen Eigenschaften dieser beiden ortho-substituierten Derivate in vielerlei Hinsicht ungewöhnlich im Vergleich zu den bekannten Perylenen. Durch Substitution an den ortho-Positionen werden große Stokes-Verschiebungen erhalten und der Singulett-angeregte Zustand unserer Derivate ist mit intrinsischen Lebensdauern von bis zu 94 ns bemerkenswert lang. 
In Zusammenarbeit mit Dr. Gerard P. McGlacken vom University College Cork in Irland wurden verschiedene Quinolone mittels eines Iridium-Katalysatorsystems boryliert, um die elektronische und sterische Kontrolle der Substrate zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die Ir-katalysierte Borylierung mit dem dtbpy-Liganden die direkte Borylierung verschiedener 4-Quinolone in 6- und 7-Position ermöglicht. Somit ist mit dieser Methode eine spätere Funktionalisierung möglich, und höher funktionalisierte Quinolone sind mit diesen milden Reaktionsbedingungen auch kompatibel.
KW  - Pyren
KW  - Perylen
KW  - Pyrene
KW  - Perylene
KW  - Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
KW  - Fluorescene
KW  - PAK
KW  - Fluoreszenz
KW  - Borylierung
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185226
ER  -