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Schriftenreihe
Sonstige beteiligte Institutionen
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- Fraunhofer Institut für Silicatforschung ISC (3)
- Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (3)
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- König-Ludwig-Haus Würzburg (3)
- Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm (3)
- Universitätsklinikum Münster (3)
- CHC Würzburg (Comprehensive Hearing Center) (2)
ResearcherID
- B-1911-2015 (1)
- B-4606-2017 (1)
- C-2593-2016 (1)
- D-1250-2010 (1)
- D-3057-2014 (1)
- I-5818-2014 (1)
- J-8841-2015 (1)
- M-1240-2017 (1)
- N-2030-2015 (1)
- N-3741-2015 (1)
EU-Project number / Contract (GA) number
- 311781 (1)
- 320377 (1)
- EU (FP7/ 2007-2013) (1)
Living beings evolved in an environment with cyclic changing conditions where a variety of factors such as light, temperature, or food availability oscillate in a daily 24-h rhythm. Endogenous circadian clocks in addition to controlling daily rhythms, are also thought to serve as an internal reference for measuring day length. This allows animals to adapt to seasonal changes through photoperiodic responses. While these responses are well-documented in insects, the underlying timing mechanisms for day-length discrimination remain incompletely understood. This thesis aimed at the characterization of the circadian clock of a strongly photoperiodic insect, the pea aphid Acyrthosiphon pisum, that allowed us to find putative neuronal connection between the circadian clock and the photoperiodic system of this insect. In the first chapter, we characterized the neuronal organization of aphid clock clusters using antibodies against the clock proteins Period and Cryptochrome. These clusters were found in the dorsal and lateral protocerebrum, and in the lamina and exhibited daily oscillations. Notably, the clusters expressing Cryptochrome showed light-dependent oscillations, indicating their potential role as clock photoreceptors. These Cryptochrome-positive clusters projected towards the pars intercerebralis, a region crucial for photoperiodism in aphids. In the second chapter, we focused on the Pigment-dispersing factor (PDF), the most important clock neuropeptide in insects. We discovered significant changes in the, otherwise highly conserved, insect C-terminal amino acid sequence of the newly identified pdf gene. PDF was identified in the lateral clock neurons, and their terminals in the dorsal protocerebrum close to the insulin-producing cells located in the pars intercerebralis. These terminals showed daily and seasonal variations, suggesting PDF’s involvement in regulating neurohormone release. To further explore the neuroanatomy of the aphid circadian clock and identify clock-related neuropeptides, we conducted transcriptomic analysis, mass spectrometry, and fluorescent immunohistochemistry. We found that the lateral clock neurons expressed various neuropeptides (in particular Allatotropin, FMRFamide, Orcokinin-A and PDF), similar to those in cockroaches involved in light input pathways. The dorsal clock neurons also exhibit neuropeptide immunoreactivity (precisely of Allatostatin A, Diuretic Hormone31, FMRFamide and Myoinhibitory Peptide), supporting their involvement in modulating circadian and seasonal neurohormonal rhythms. Finally, in the fourth chapter, we provide an overview of the putative mechanisms of photoperiodic control in aphids, from the photoreceptors involved in this process to the circadian clock and the neuroendocrine system.
Patients diagnosed with the rare autoimmune disease of Stiff Person Syndrome (SPS) suffer from varying motor symptoms mainly characterized by painful spasms and muscle stiffness. Among patients suffering from Stiff Person spectrum, clinical presentation, course of disease and treatment responses also differ. Regardless of disease severity, which ranges from mild and intermittent motor impairments to the most severe form progressive encephalomyelitis with rigidity and myoclonus (PERM), autoantibodies are the underlying cause. One of the autoantibody targets associated with SPS is the glycine receptor (GlyR). Functional impairment of this protein interferes with inhibitory signal transmission in the central nervous system and subsequently causes motor symptoms. Similar to functional alterations of the GlyR upon autoantibody binding, GlyR function can be altered in patients with mutations in genes encoding GlyR subunits. Such mutations underlie hereditary hyperekplexia. Understanding the GlyR physiology and how different molecular mechanisms contribute to disease pathology is crucial for development of more targeted and effective disease options.
Therefore, novel GlyR β subunit mutations identified in hyperekplexia patients were investigated towards their expression, trafficking and receptor function. The findings suggest that impaired recruitment into functional receptors at the synapses might underlie the functional alterations revealed by electrophysiological recordings for most cases.
To unravel the autoantibody-related pathology causing the highly diverse clinical appearance of the Stiff Person spectrum, antibody binding abilities were studied. Neutralization assays confirmed that presence of the entire target protein, a sub-domain or a short peptide eliminates the autoantibodies from patient samples. Epitope characterization using residue exchanges within the GlyR in cell-based assays uncovered that GlyR autoantibody epitopes are polyclonal and their combination is patient-specific. Tissue-based binding assays emphasized the high variability in autoantibody distribution within spinal cord and brain sections regardless of the patients’ primary diagnosis. The irregular binding patterns among the patient groups of SPS, PERM, epilepsy and ‘others’ reflected the variation in the symptomatic arrangement. Passive transfer of GlyR autoantibodies from patients with different courses and severity of disease similarly revealed variable effects on murine motor and anxiety-related behavior. The detected small effects on motor function and post-mortem analyses indicate glycinergic disorganization and a possible onset of compensatory mechanisms.
Altogether, this study demonstrates that GlyR impairment is patient-specific and of greater variability than expected.
Within this PhD thesis, starting from simple alkene precursors a series of novel boron-doped PAHs were successfully in a sequential one-pot synthetic approach, comprising a hydroboration/borylation cascade as the key step. By applying different postsynthetic reactions, the properties of these boron-doped PAHs were further adjusted, aiming for appealing packing motifs, strong electron-acceptors, and NIR-emitters. The thesis thereby focussed on the synthesis of tailor-made molecules, the investigation of their optical and electronic properties and the discussion on the influence of various factors, e.g. doping pattern, size, shape, and substituents, on these properties.
Fear and anxiety are fundamental emotional states that are critical for survival. These states are characterized by a variety of coordinated responses, including behavioral and autonomic changes, that need to be properly integrated. For the past decades, most studies have separated the behavioral and autonomic elements, generating a gap in understanding their integrative nature. In this thesis, a framework analysis is presented that allows for the integration of cardiac, behavioral, and neuronal readouts in freely moving mice during different emotional states. Furthermore, a growing body of evidence demonstrates that a vital component of these states is the physiological report of bodily states, or interoception, which allows for quick adaptation to changing situations. A set of distinctive interoceptive pathways has been described from the periphery to the brainstem; however, the circuits that process and integrate cardiac interoceptive signals in higher orders are poorly understood. The midbrain periaqueductal gray (PAG) is a region crucially involved in defensive states through its modulation of both, cardiac and behavioral components. Preliminary studies demonstrate an anatomical connection between the major cardiac interoception brainstem area, the nucleus of the solitary tract, and the PAG; however, the functional characterization and the specific neuronal substrates responsible for interoception in this area have not been described. An interesting particularity of the PAG is that the ventro-lateral subcolumn is the highest order of the neuraxis where inhibitory neurons that express the glycine can be found. In the lower brainstem and spinal cord, glycinergic inhibitory neurons have demonstrated a role in processing sensory and autonomic signals from the periphery, raising the question of whether the PAG glycinergic neurons could be involved in integrating cardiac interoceptive signals as part of a defensive state. In this thesis, using virally mediated trans-synaptic retrograde tracing, I showed that glycinergic PAG neurons receive inputs from cardiac regulatory areas in the brainstem and project massively to forebrain and midbrain regions. By employing advanced techniques such as deep brain calcium imaging with a miniaturized microscope and optogenetics, this study provides compelling evidence for the involvement of glycinergic PAG neurons in controlling heart rate and maintaining cardiac macrostate dynamics within physiological levels. The results of the optogenetic manipulation further revealed that a change in the heart rate macrostate caused by the glycinergic PAG neurons leads to anxiety-like behaviors, providing further evidence for the role of these neurons in regulating defensive states. Overall, by unraveling the neural circuitry underlying interoception in the PAG, our study paves the way to better understand fear and anxiety disorders.
This thesis focusses on the synthesis of functional chiral molecules using carbo- or hetero[7]helicenes as a chiral element, combined with multiple helicenes, phthalocyanines, and 1,4-azaborine units. The objective is to achieve properties that surpass those of the parent compounds.
In the first project, an enantiopure, propeller-shaped multi-helicene polycyclic aromatic hydrocarbon containing three (P)-[7]helicene units and three (M)-[5]helicene units was stereospecifically synthesized and can be obtained in gram quantities. Leveraging the configurational stability of [7]helicene and the configurational instability of [5]helicene, we exclusively obtained the most thermodynamically stable enantiomer out of 10 possible enantiomeric pairs. The effects of the multi-helicene structure on optical rotation, UVVis absorption, fluorescence, and electronic circular dichroism (CD) spectroscopy were investigated.1
Building on the success of the first project, the second project used the configurationally stable [7]helicene again. Zinc-[7]helicenocyanine (Zn-7HPc) was stereospecifically synthesized by directly conjugating [7]helicenes with a phthalocyanine (Pc) core. Zn-7HPc demonstrates a CD signal in the near-infrared region, indicating efficient chirality transfer from the helicenes to the Pc core. Zn-7HPc forms stable, discrete homochiral dimers over a wide range of concentrations in tetrahydrofuran and dimethyl sulfoxide, as well as in the solid state. These homochiral dimers are formed even within the racemic mixture due to the interlocking of two homochiral monomers. The large comproportionation constant and the observed intervalence charge transfer band that appeared in spectroelectrochemistry experiments indicate strong communication between the two Pc monomers in the dimer.2
In the third project, aza[7]helicenes were incorporated with a 1,4-azaborine unit, which exhibits a multiple-resonance effect, to achieve narrow-band emission, high fluorescence quantum yield (FL), and a small Stokes shift. These properties are essential for ultrahigh-definition organic light-emitting diodes that emit circularly polarized light (CP-OLEDs). The synthesized series of molecules demonstrate small Stokes shifts (0.06–0.07 eV), exceptionally narrow fluorescence and circularly polarized luminescence bands with small full width at half maximum (FWHM, 17–28 nm, 0.07–0.13 eV), and high FL (72–85%).3
In conclusion, the synthesis of functional chiral molecules based on carbo- or hetero[7]helicenes was successfully achieved. The efficient synthetic strategies and improved properties of these molecules provide valuable insights for further investigations into helicenes with advanced structures and enhanced properties.
Um Schüler:innen mit komplexen Kommunikationsbedürfnissen und sonderpädagogischem Unterstützungsbedarf im Schwerpunkt Geistige Entwicklung in ihrer Kommunikationsentwicklung unterstützen zu können, müssen zunächst ihre kommunikativen Kompetenzen eingeschätzt werden. Diese Kompetenzen können jedoch je nach Kommunikationspartner:in und Kontext erheblich variieren. Die Umweltabhängigkeit kommunikativer Kompetenzen sowie methodische Herausforderungen bei der Diagnostik kommunikativer Kompetenzen führen zu der Frage, wie Eltern, Lehrkräfte und andere Kommunikationspartner:innen die kommunikativen Kompetenzen dieser Schüler:innen einschätzen, welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Einschätzungen bestehen und wie diese erklärt werden können.
Mittels empirischer Daten eines mehrperspektivisch angelegten Fragebogens (N = 357) im Kontext des Forschungsprojektes SFGE II (Baumann et al., 2021) konnten signifikante Unterschiede zwischen der Einschätzung der Eltern und der Lehrkräfte bei vier der acht untersuchten Items zur Einschätzung der kommunikativen Kompetenzen nachgewiesen werden. Die unjustierte Interraterreliabilitätsanalyse konnte einen Einfluss der Familiensprache, der Diagnose sowie des Grades der Intelligenzminderung auf die Höhe der Reliabilität zwischen Eltern und Lehrkräften nachweisen. Die deskriptive Analyse von fünf Fallbeispielen aus zwei weiteren bayerischen Schulen mit sonderpädagogischem Schwerpunkt Geistige Entwicklung untersuchte die Einschätzungen weiterer Kommunikationspartner:innen und betonte vor allem die Bedeutung der UK-Expertise der Kommunikationspartner:innen sowie den Einfluss der aktuell genutzten Kommunikationsformen der Schüler:innen.
Mit den Ergebnissen dieser Studie liegt erstmals ein empirischer Beleg für die unterschiedlichen Einschätzungen kommunikativer Kompetenzen zwischen Eltern und Lehrkräften von kaum und nicht lautsprachlich kommunizierenden Schüler:innen im sonderpädagogischen Schwerpunkt Geistige Entwicklung vor. Die umfassenden Analysen ermöglichen differenzierte Einblicke in das Einschätzungsverhalten verschiedener Kommunikationspartner:innen, liefern Hinweise zur Erklärung übereinstimmender sowie unterschiedlicher Einschätzungen und verweisen auf die Bedeutung von Mehrperspektivität im Kontext von UK-Diagnostik.
Axon growth, a fundamental process of neuron development, is regulated by both intrinsic and external guidance signals. Impairment of axon growth and maintenance is implicated in the pathogenesis of neurodegenerative disorders such as Amyotrophic Lateral Sclerosis and Alzheimer’s disease (AD). Axon growth is driven by several post-transcriptional RNA processing mechanisms, including alternative splicing, polyadenylation, subcellular localization, and translation. These mechanisms are controlled by RNA-binding proteins (RBPs) through interacting with their target RNAs in a sequence-dependent manner. In this study, we investigate the cytosolic functions of two neuronal RBPs, Ptbp2 and hnRNP R, which are essential for axon growth in motoneurons.
Polypyrimidine tract binding protein 2 (Ptbp2) contributes to neuronal differentiation and axonogenesis by modulating different splicing programs to adjust the level of proteins involved in these processes. While the nuclear functions of Ptbp2 in alternative splicing have been studied in more detail, the cytosolic roles of Ptbp2 associated with axon growth have remained elusive. In the first part of the study, we show that Ptbp2 is present in cytosolic fractions of motoneurons including axons and axon terminals. Depletion of Ptbp2 impairs axon growth and growth cone maturation in cultured embryonic mouse motoneurons. Moreover, Ptbp2 knockdown affects the level of piccolo protein in the growth cone of cultured motoneurons. We detect Ptbp2 as a top interactor of the 3' UTR of the Hnrnpr transcript encoding the RBP hnRNP R. This interaction results in axonal localization of and thereby local translation of Hnrnpr mRNA in motoneurons. Consequently, axonal synthesis of hnRNP R was diminished upon depletion of Ptbp2 in motoneurons. We present evidence that Ptbp2 through cooperation with translation factor eIF5A2 controls hnRNP R synthesis. Additionally, we observe that re-expression of hnRNP R in Ptbp2-deficient motoneurons rescued axon growth defect while Ptbp2 overexpression failed to normalize the axon elongation defect observed in hnRNP R-deficient motoneurons. Our findings pinpoint axonal synthesized hnRNP R as a mediator of Ptbp2 functions in axon growth.
In the second part of this study, we identify hnRNP R binds to the 3' UTR of microtubule-associated tau (Mapt) transcript encoding tau protein and regulates the axonal translocation and translation of Mapt mRNA. Tau protein has a central role in neuronal microtubule assembly and stability. However, in AD, the accumulation of abnormally hyperphosphorylated tau protein leads to axon outgrowth defects. Loss of hnRNP R reduces axonal tau protein but not the total level of tau. We observe that the brains of 5xFAD mice, as a mouse model of AD, deficient for hnRNP R contain lower phospho-tau and amyloid-β plaques. Likewise, Neurons treated with blocking antisense oligonucleotides (ASO) to prevent binding of hnRNP R to Mapt mRNA show reduced axonal Mapt mRNA and consequently newly synthesized tau protein levels. We show that blocking Mapt mRNA transport to axons impairs axon elongation. Our data thus suggest that reducing tau levels selectively in axons, a major subcellular site of tangle formation, might represent a novel therapeutic approach for the treatment of AD.
In this work, two techniques, based on the established method of pump--probe spectroscopy were used to investigate the properties of molecular systems in the liquid phase within the visible spectral wavelength range.
The first technique is standard transient absorption (TA) spectroscopy which was applied to a diazo-precursor to identify the formation of a biradical in an inert solvent after UV excitation. With the combination of EPR spectroscopy and quantum chemical calculations, the formation of a biradical in an unpolar and non-protic solvent was proven. Besides, in the presence of air or a polar and protic solvent, the biradical reacts ultrafast to various side products.
The second technique is time-resolved circular dichroism (TRCD) spectroscopy, which was performed in two different ways. The first approach based on a pulse-enantiomer (PE) setup, where an initially circularly polarized pulse was split into two pulses, of which one was mirrored under normal incidence, to flip its polarization. The result was two pulses with mirrored polarization states that propagate collinearly to the sample as left and right circularly polarized probe pulses. The alignment procedure as well as the drawbacks of this setup are described in detail.
However, a new TRCD setup was built that used a polarization grating to get left and right circularly polarized pulses. With the experiences of working with the PE setup, the new TRCD setup could be optimized so that TRCD spectra of a chiral squaraine polymer could be measured. With the help of quantum chemical calculations, the signals were assigned to exciton dynamics that describe spatial and energetic rearrangements of the excitation energy. The alignment and the measurement procedures to perform TRCD spectroscopy with the new setup are described in detail for future experiments.
Climate change and associated extreme weather events are a threat not only for agricultural
yields but the plant kingdom in general. Therefore, there is a great necessity to better
understand the plants' intrinsic mechanisms to combat heat stress. The plant heat stress
response already has been investigated in many studies, including the role of HSFA1
transcription factors as the central regulators. Other aspects such as the initial perception of
heat and the role of heat-induced changes in plant metabolism are rather unknown.
In this thesis, the natural variation of 250 different accessions of Arabidopsis thaliana was
investigated regarding the temperature-dependent accumulation of raffinose and
triacylglycerols. A connection between these phenotypes and respective genotypes was
established using genome-wide association studies. As a result, the candidate gene
TREHALOSE-6-PHOSPHATE SYNTHASE 1 (TPS1), was identified. Enzymatic TPS1 is responsible
for the synthesis of trehalose 6-phosphate (T6P), which serves as an indicator and regulator
of sucrose homeostasis.
Subsequent analyses using tps1 tilling mutants demonstrated a link between T6P metabolism
and an increased accumulation of various soluble carbohydrates and starch, including
raffinose both under control conditions and during heat exposure. Furthermore, the mutant
lines displayed enhanced thermotolerance and survival rates following long-term heat stress.
Transcriptome analyses, however, did not show any difference in the regulation of canonical
heat stress-associated genes. Instead, genes related to photosynthesis were overrepresented
among the differentially upregulated genes in tps1 tilling lines during heat exposure. In this
work, a direct connection of T6P signaling, sucrose homeostasis, and thermotolerance is
shown for the first time.
In a second project, two Arabidopsis thaliana accessions (Oberursel-0, accession ID: 7276;
Nieps-0, accession ID: 7268) showing distinct capacities to acquire short-term
thermotolerance were compared to identify the putative causative regulators or mechanisms
that lead to the different levels of thermotolerance.
An examination of the transcriptomes of 7268 and 7276 showed that several hundreds of
genes were already differentially regulated within 10 minutes of exposure to 32 °C or 34 °C.
Among these, several genes associated with sulfur metabolism were more highly induced in
the more thermotolerant accession 7268. However, experimental as well as genetic
manipulation of sulfur availability and metabolism did not result in altered thermotolerance.
In addition to sulfur-related genes, most of the canonical heat stress-associated genes were
more highly expressed in 7268 than in 7276. While we could not identify a causative regulator
or mechanism of differential thermotolerances, the data strongly suggests that 7268 either
has a higher overall sensitivity, i.e., the heat stress response is initiated at lower temperatures,
or stronger overall heat stress response when exposed to a certain elevated temperature.
Ziel:
Die mediokarpale Teilarthrodese (MKTA) des Handgelenks ist eine sehr häufig durchgeführte Rettungsoperation, wenn intolerable Schmerzen aufgrund eines KK ein operatives Vorgehen erforderlich machen. Zahlreiche Studien beschreiben eine deutliche Beschwerdelinderung durch die MKTA, aber keine vollständige Schmerzfreiheit. Die Ursachen hierfür sind vielfältig, unter anderem kommt eine Pisotriquetralarthrose in Be-tracht. Die Entstehung einer solchen wird durch die Handwurzelfehlstellung beim KK begünstigt [8]. In dieser Arbeit wurde der Einfluss einer PT-Arthrose auf das mittel- bis langfristige Ergebnis einer MKTA untersucht. Des Weiteren wurde untersucht, inwie-fern sich eine PT-Arthrose nach einer MKTA entwickeln kann, sofern diese nicht bereits zum Operationszeitpunkt bestand.
Methode:
Es wurden 48 Personen, die zwischen 2004 und 2016 eine MKTA erhielten und deren Status hinsichtlich einer PT-Arthrose zum OP-Zeitpunkt durch eine Schnitt-bilddiagnostik analysiert werden konnte, in die Studie eingeschlossen. Zum Zeitpunkt der MKTA hatten 25 Patienten eine ausgeprägte PT-Arthrose und 23 Patienten keine PT-Arthrose. Die Patienten wurden durchschnittlich 75 Monate postoperativ klinisch und radiologisch nachuntersucht. Es wurde der Krimmer-Score und der DASH-Score erfasst. Ferner wurden klinische Untersuchungsparameter erhoben sowie die Handkraft und Handgelenksbeweglichkeit gemessen. Arthrose-Zeichen im pisotriquetralen und radiolunären Gelenk wurden durch Röntgenaufnahmen des Handgelenks in zwei Ebe-nen und einer Pisiformen-Zielaufnahme beurteilt.
Ergebnis:
Es zeigte sich, dass eine PT-Arthrose keinen negativen Einfluss auf das Er-gebnis einer MKTA ausübt. Darüber hinaus entwickelten einige Patienten auch nach einer MKTA eine PT-Arthrose, sodass die veränderte Biomechanik durch die Operation keinen protektiven Faktor hierfür darstellt hat. Als klinischer Test erwies sich der Schmerz am Pisiforme bei passivem Überstrecken des Handgelenks als aussagekräftigs-ter Untersuchungsparameter hinsichtlich des Vorhandenseins einer PT-Arthrose.
Diskussion:
Selbst bei einer radiologisch nachgewiesenen PT-Arthrose kann ein KK ausschließlich mit einer MKTA behandelt werden. Halten nach einer MKTA ulnopalma-re Beschwerden am Handgelenk an oder treten neu auf, muss ätiologisch eine PT-Arthrose in Erwägung gezogen, abgeklärt und gegebenenfalls behandelt werden.
Seit Beginn des neuen Jahrtausends haben Tablets in der medizinischen Lehre zunehmend an Bedeutung gewonnen. In dieser Studie wurden ein Tablet-basiertes und ein Dozierenden-zentriertes Lehrformat im Rahmen eines Radiologie-Seminars verglichen. Ziel war es, vergleichende Erkenntnisse über selbsteingeschätzten und objektiven Lernzuwachs und empfundene didaktische Qualität zu erlangen und mögliche Einflüsse des Charismas der Dozierenden sowie der studentischen Technikaffinität auf diese Variablen zu untersuchen.
Von n=366 Studierenden wurden über drei Semester hinweg Daten zu studentischer Technikaffinität generell sowie didaktischer Qualität und Zufriedenheit mit den Seminaren abhängig vom Lehrformat erhoben. Im letzten Studiensemester nahmen die Studierenden zudem eine Selbsteinschätzung ihres Lernzuwachses vor und legten ein Wissens- und Bildinterpretationstestat sowie eine Einschätzung des Charismas der Dozierenden ab. Mittels Maximum-Likelihood Faktorenanalyse erfolgte eine Strukturaufklärung der didaktischen Qualität und des Charismas. Pearson-Korrelationskoeffizienten wurden zur Untersuchung möglicher Korrelationen zwischen den Variablen berechnet. Ein Strukturregressionsmodell des Charismas der Dozierenden, der studentischen Technikaffinität und der didaktischen Qualität wurde erstellt und daraus eine lineare Regressionsgleichung abgeleitet.
Dem Tablet-basierten Lehrformat wurden signifikant höhere Werte in didaktischer Qualität und studentischer Zufriedenheit zugeschrieben. Das Dozierenden-zentrierte Format schnitt hingegen in selbsteingeschätztem und objektivem Lernzuwachs signifikant besser ab. Ausschließlich im Tablet-basierten Unterricht korrelierte das Charisma der Dozierenden mit dem selbsteingeschätzten Lernzuwachs. Die studentische Technikaffinität wirkte sich in diesem Format stärker auf die didaktische Qualität aus. Zudem wurden gute Organisation, eindeutige Lernziele und adäquate Lernformvariation als bedeutsame Faktoren identifiziert.
Diese Studie hebt die Relevanz des dozentischen Charismas und der studentischen Technikaffinität für die Sicherstellung hoher didaktischer Qualität in Tablet-basiertem Unterricht hervor. Sie zeigt zudem die Wichtigkeit der Kongruenz von Lernzielen, Lehrkonzept und Prüfungsmethode dieses Lehrformats auf, um hohe Studienleistungen sicherzustellen. Die untersuchten Faktoren sollten bei Entwurf digitaler Lehrkonzepte über spezifische Messinstrumente objektiviert und bei Bedarf geschult oder angepasst werden, um eine erfolgreiche Integration digitaler Medien in die medizinische Lehre zu gewährleisten.
The seasonal snow cover in the European Alps plays a crucial role in the region's climate, ecology, and economy. It affects the local climate through its high albedo, protects permafrost, provides habitats, and acts as a water reservoir that feeds European rivers. However, these functions are threatened by climate change. Analyzing snow cover dynamics is essential to predict future developments and assess related ecological and economic impacts.
This study explores the potential of long Earth Observation (EO) time series for modeling and predicting the snow line elevation (SLE) in the Alps. Based on approximately 15,000 Landsat satellite images, SLE time series were generated for the years 1985 to 2022. Various univariate forecasting models were evaluated, with the best results achieved by Random Forests, Telescope, and Seasonal ARIMA. A newly developed approach combines the best models into a robust ensemble, achieving an average Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) of 0.8 in catchments with strong seasonal signals.
Forecasts for 2030 indicate significant upward shifts in the SLE, particularly in the Western and Southern Alps. Given the variability in results, a multivariate modeling approach using climate variables is recommended to improve prediction accuracy. This study lays the groundwork for future models that could potentially project SLE dynamics through the end of the 21st century under various climate scenarios, which is highly relevant for climate policy in the Alpine region.
Im experimentellen Ansatz sollte mithilfe der CRISPR-Cas9-Methode eine gerichtete ALK1-Rezeptor-Eliminierung in myoblastischen C2C12-Zellen durchgeführt werden. Nach erfolgreicher Klonierung der jeweiligen, für den Typ-I-Rezeptor ALK1-kodierenden, gRNA-Sequenzen in die Puro- und GFP-CRISPR-Plasmide gelang der mittels Lipofektion durchgeführte Transfer der vier klonierten Plasmide in die C2C12-Zellen. Parallel aufgetaut wurden C2C12*ALK2- sowie ALK3-Knockout-Zelllinien, welche zuvor durch die Masterandin L. Wiesmann, ebenfalls mithilfe der CRISPR-Cas9-Methode, induzierte Knockouts der jeweiligen Rezeptoren ALK2 sowie ALK3 enthielten. Anschließend erfolgte die Puromycin-Selektion der mit den Puro-Klonen transfizierten C2C12*ALK1-3, ALK1-4-, ALK2- sowie ALK3-KO-Zellpopulationen. Die Zellen der C2C12*ALK1-3-KO-Population überlebten die Selektion trotz erneuter Durchführung der Transfektion sowie Selektion nicht. Somit erfolgte die Kultivierung der verbliebenen Zellen der C2C12*ALK1 4-, C2C12*ALK2- sowie C2C12*ALK3-KO-Population. Anschließend galt es zu untersuchen, wie responsiv die einzelne KO-Zelle für verschiedene Liganden ist. Im Rahmen der Durchführung differenter, zellbasierter Versuche wie der qPCR, des Western Blots und des ALP-Assays wirkten verschiedene BMPs auf die KO-Populationen ein. Somit konnten die BMP-induzierten, nachfolgenden Ereignisse wie die mRNA-Expression, die SMAD-Phosphorylierung sowie die Induktion der ALP-Expression innerhalb der KO-Populationen genauer betrachtet werden.
Es ist allgemein bekannt, dass ALK1 sowohl bei der Angiogenese als auch bei der kardio-vaskulären Homöostase eine wichtige Rolle übernimmt. ALK1 ist vermutlich für die Gefäßneubildung in manchen Tumoren verantwortlich und auch die vaskuläre Erkrankung „Hereditäre hämorrhagische Teleangiektasie (HHT)“ steht im Zusammenhang mit einer Mutation des ALK1-Rezeptorgens. BMP9 beeinflusst als ALK1-bindender Ligand neben der Tumorentwicklung und der Angiogenese auch die osteogene Differenzierung mesenchymaler Stammzellen. Im Hinblick auf zukünftige Versuche sind daher weitere, noch aussagekräftigere Ergebnisse erstrebenswert, allerdings unter der Verwendung von ausschließlich homozygoten KO-Zelllinien. Weitere Erkenntnisse über die Rolle des ALK1-Rezeptors in BMP-vermittelter Signaltransduktion könnten für therapeutische Ansätze bei der Behandlung von vaskulären Erkrankungen und Tumorprogression sowie bei der Förderung der Knochenregeneration und -heilung hilfreich sein.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese prospektive Studie sowohl den prognostischen als auch den prädiktiven Nutzen eines Tumormarker-Abfalls von CA19- 9 auf eine Induktionschemotherapie bei Patienten mit LAPC bestätigt. Nicht die Ausgangswerte des Tumormarkers vor Therapie sollten zur Planung des weiteren Vorgehens herangezogen werden, sondern die Werte nach Abschluss der Induktionschemotherapie bzw. der Abfall unter der Induktionschemotherapie. Das biochemische Ansprechen von CA19-9 ist ein bedeutender Indikator für den Behandlungserfolg und verbessert die diagnostische Genauigkeit bei der Auswahl von Patienten für eine chirurgische Exploration. Sowohl die Betrachtung des biochemischen Ansprechens allein als auch in Kombination mit dem radiologischen Ansprechen verbessert Sensitivität und Spezifität hinsichtlich einer möglichen R0-Resektion. Kombiniert man bei Patienten mit einer SD in Woche 16 ein gutes biochemisches Ansprechen (Rückgang von CA19-9 > 55%), so wird eine Sensitivität von 100% hinsichtlich der möglichen R0-Resektion erreicht. Zur Abschätzung des Gesamtüberlebens von Patienten mit LAPC sollten dagegen eher die absoluten Werte von CA19-9 nach Induktionschemotherapie verwendet werden und nicht der relative Rückgang des Markers. So zeigen Patienten, welche in Woche 16 einen CA19-9 Wert < 50 U/ml aufweisen mit 27,8 Monaten das beste mediane Gesamtüberleben.
Die Entstehung kollinearer und nicht-kollinearer Spinstrukturen wird auf verschiedene magnetische Wechselwirkungen zurückgeführt. Für Anwendungen in der Medizin und in der Datenspeicherung ist es notwendig zu verstehen, unter welchen Parametern Frustrationen auftreten, um diese entweder zu vermeiden oder zu nutzen. In dieser Arbeit werden kollineare und nicht-kollineare Spinstrukturen auf zwei verschiedenen Materialsystemen untersucht. Das erste Materialsystem besteht aus drei atomaren Lagen Mangan auf einer (001) Oberfläche eines Wolfram-Einkristalls und das zweite Materialsystem enthält Mangan, welches verbunden mit Sauerstoff kettenförmig auf einer (001) Oberfläche eines Iridium-Einkristalls vorliegt.
Spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie (SP-RTM)-Messungen und -Simulationen der
dreilagigen, pseudomorphen Manganoberfläche ergeben eine nicht-kollineare Spinstruktur. Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Berechnungen legen eine kollineare ↑↓↓-
Spinkonstellation nahe. Unter Berücksichtigung der chiralen biquadratischen Paarwechselwirkung befinden sich konische Spinspiralen mit kleinem Öffnungswinkel nah an dem energetisch niedrigsten Zustand. Spinaufgelöste DFT-Berechnungen sind abhängig von der genäherten, geometrischen Relaxation der atomaren Struktur. Kombinierte SP-RTM-Methoden weisen auf einem dreilagigen Materialsystem Spinspiralen nach und zufolge der DFT ist der kollineare bzw. nicht-kollineare Zustand des Systems durch den Abstand seiner Lagen bedingt.
SP-RTM-Messungen auf den Manganoxidketten weisen je nach Präparation eine kollineare antiferromagnetische (AFM) oder eine nicht-kollineare Spinstruktur nach. Zudem wird präsentiert, dass sich diese Spinstrukturen durch zwei verschiedene Sauerstoffdrücke und die Zufuhr von Wärme während der Präparation ineinander umschalten lassen. Durch niederenergetische Elektronenbeugung mit variabler Spannung werden zwei atomare Strukturen bestimmt, welche sich durch ihren Oxidationsgrad unterscheiden. Die nicht-kollineare Spinstruktur ist bereits in der Fachliteratur als 120° chirale Spinspirale, verursacht durch die Dzyaloshinskii-Moriya-verstärkte Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY)-Wechselwirkung, bekannt. Nach aktuellen, kollinearen DFT-Berechnungen ist die kollineare Spinstruktur als AFM entlang der Ketten und als ferromagnetische Kopplung zwischen den Ketten ermittelt. Aufgrund des Nachweises eines höheren Oxidationsgrades wird eine stärkere RKKY-Austauschwechselwirkung auf der Basis der Heisenberg-Austauschwechselwirkung vermutet. Hier korreliert die Entstehung kollinearer oder nicht-kollinearer Spinstrukturen mit dem Oxidationsgrad.
The TRAF-binding receptor CD40 belongs to the TNFR superfamily and is broadly expressed on healthy cells, mainly on antigen-presenting cells, but also on other immune cells and non-immune cells. CD40 is bound by its ligand CD40L, which is essential for a wide range of immunological responses by inducing or inhibiting different pathways that are essential for a variety of cellular processes, including immune activation and maturation. (1,2) Dysregulated CD40 signalling has been implicated in inflammatory diseases, such as hyper-IgM syndrome, psoriasis, and cancer. (3–6) Due to its broad expression across various tumour types, it can serve as a tumour-associated antigen and has therefore been proposed as a target for antibodies for cancer treatment. (2,7,8)
Agonistic anti-CD40 antibodies have been demonstrated to induce anti-tumoural immune responses as well as therapeutic immunity. (2) Furthermore, prolonged stimulation of CD40 in tumour cells in vitro has been shown to decrease proliferation, increase expression of cytotoxic TNFSFLs and induce apoptosis. (9,10) Their effect on anti-tumoral responses has been well studied and anti-tumoral responses by DC maturation and suppression of malignant growth of B-cells have been confirmed and were found to induce cell death in tumours in vitro. (11–14)
Many agonistic anti-CD40 antibodies specifically have been reported to require secondary crosslinking by binding to either activating or inhibitory FcγRs to be agonistic in vitro, while in vivo studies have indicated inhibitory FcƴR2B expression as critical factor. (15–17) However, FcƴR independent agonism has also been reported for anti-CD40 antibodies. (18,19) While agonistic anti-CD40 IgG1, IgG3 and IgG4 antibodies have been shown to display FcƴR dependent agonism, agonistic anti-CD40 IgG2 antibodies have shown to display FcƴR independent agonism. Conversion of anti-CD40 IgG1 antibodies into IgG2 has also been shown to convert the antibody’s agonism into FcƴR independent agonism. (20)
To overcome FcƴR dependency, bispecific antibody fusion proteins containing a scFv as anchoring domain allowing for crosslink independent of FcƴR binding have been designed before. This approach has been found to display strong agonism for other antibody fusion proteins when bound to both targets, with response levels resembling that of FcƴR bound antibodies. (21,22)
The relevance of antibody isotype and idiotype for FcƴR-dependent agonism as well as the relevance of valency and antibody oligomerization for FcƴR-independent agonism were investigated in this study on a panel of different anti-CD40 antibodies. Several clinically investigated anti-CD40 antibodies (ADC-1013(23), APX005M(24), ChiLob7.4(25) and CP-870,893(26)) and one preclinical antibody (G28.5(27,28)) were considered. Selected antibodies were then cloned onto an IgG1, IgG1(N297A), IgG2 and IgG4 backbone. The IgG1(N297A) isotype is an IgG1 antibody with a point mutation (N297A) that is known to strongly reduce binding to FcƴR1, while reducing the binding affinity to FcƴR2B to undetectable levels. (29,30) In this work it is demonstrated that the investigated anti-CD40 antibody variants across different isotypes activate both the classical and alternative NFκB pathway by stimulating U2OS cells in an FcƴR dependent manner. Stimulation in the presence of both human FcƴRs as well as murine FcƴRs resulted in CD40 stimulation. A difference in binding competition was observed for the various anti-CD40 IgG1 antibodies, but no indication of a CRD-dependent mechanism responsible for their agonistic activity was found. Moreover, this FcƴR dependency could be overcome by creation of tetravalent antibody fusion proteins.
CRISPR-Cas systems are a versatile tool in genetic engineering because they can be easily reprogrammed to cut a specific chromosomal region or RNA transcript. The choice of nuclease, gRNA design, and target region all influence targeting efficiency, so the appropriate CRISPR components should be chosen depending on the desired application. This thesis examines factors that influence targeting in both DNA- and RNA-targeting CRISPR systems. Chapter 1 discusses the importance of target RNA abundance in shaping the immunity of type VI CRISPR systems. In bacteria, the Cas13 nuclease is known to degrade RNA specifically and non-specifically, leading to cell growth arrest, also known as dormancy. In this chapter, the factors that determine dormancy are investigated by targeting genome- and plasmid-encoded transcripts in E. coli. The observations are extended to a gRNA library targeting the entire coding genome and gRNA design rules are extrapolated. Finally, the role of Cas13 in defense is investigated by testing how the system behaves during viral infection or plasmid transformation. Chapter 2 also looks at the factors that characterize targeting efficiency, but focuses on the Cas12a DNA-targeting system in K. pneumoniae. The ultimate goal is to develop CRISPR antimicrobials as alternatives to antibiotics to eliminate multidrug-resistant and hypervirulent bacteria. Several nucleases are tested for antimicrobial activity, the Cas12a nuclease is selected and the same gRNAs are used against different strains to understand the robustness of the method. Rules for gRNA design are also investigated by looking at secondary structure and testing a gRNA library across several genomic regions in two different strains. This information is used to develop a machine-learning algorithm to predict gRNA activity. In addition, the CRISPR-Cas systems are also packaged in a T7-like phage with engineered tail fibers and delivered to K. pneumoniae. While Chapter 2 uncovers various factors that improve targeting efficiency, Chapter 3 aims to reduce targeting by the Cas9 and Cas12a nucleases to favor homology-directed repair for genome editing in E. coli. Targeting is slowed down so that some copies of the chromosomes remain intact, allowing the bacterium to survive and integrate the desired edit. To reduce targeting, different gRNA formats or nuclease variations are used, gRNA expression is modulated, or gRNAs with attenuated targeting are designed. Attenuated gRNAs are tested to introduce point mutations as well as whole gene deletions and substitutions, and the method is extended to Klebsiella oxytoca and Klebsiella pneumoniae, where it is applied to block transcription of an antibiotic resistance gene in the genome, restoring sensitivity to ampicillin. Overall, this work discusses how changing the CRISPR components alters the outcome of targeting and highlights strategies to achieve efficient or attenuated targeting depending on the desired application.
Variabilität der Penetranz und klinischen Manifestation der autosomal dominanten Osteopetrose Typ II
(2024)
Die autosomal dominante Osteopetrose Typ II ist eine seltene sklerosierende Skeletterkrankung, die durch heterozygote Varianten im CLCN7-Gen verursacht wird. Die klinische Manifestation umfasst ein breites Symptomspektrum. Charakteristisch sind die unvollständige Penetranz und eine hohe Variabilität der Phänotyp-Expression. Beide Phänomene führen wir am ehesten auf eine monoallelische Inaktivierung zurück.
Diese Studie war eine retrospektive Datenauswertung, die 14 ADO II-Betroffene mit klinischer Manifestation der Erkrankung sowie 5 PatientInnen mit Carrier-Status eingeschlossen hat. Diese wurden im Rahmen einer ausführlichen Diagnostik untersucht, bei der Parameter im Hinblick auf den Zustand des Skelettsystems, körperliche Funktionen und Symptome sowie die gesundheitsbezogene Lebensqualität und der Leidensdruck erfasst wurden. Diese Variablen wurden zwischen der Betroffenen- und Carrier-Gruppe verglichen, wobei die Ergebnisse humangenetischer Untersuchungen berücksichtigt wurden, welche Gene umfassten, deren Produkte im Knochenstoffwechsel eine Rolle spielen.
In 6 Stammbäumen und einem sporadischen Fall konnten 5 verschiedene heterozygote CLCN7-Varianten festgestellt werden. Zusätzlich wurden ALPL- und LRP5-Varianten entdeckt. Der Einfluss dieser zusätzlichen Varianten auf die Penetranz und die klinische Manifestation des ADO II-Phänotyps wurden diskutiert.
Es konnte festgestellt werden, dass Betroffene in allen betrachteten Bereichen, d.h. klinisch, osteodensitometrisch und laborchemisch krankheitstypische Veränderungen zeigten, wohingegen Carrier keinerlei Auffälligkeiten aufwiesen.
Die nach Alter stratifizierte Auswertung der Funktionstestung und Lebensqualität offenbarte mit zunehmendem Alter stärkere Einbußen in der Funktionsfähigkeit und der gesundheitsbezogenen Lebensqualität bei Betroffenen gegenüber den Carriern. Eine Zunahme der Krankheitssymptome und eine Verschlechterung des Gesundheitszustandes im Laufe des Lebens könnten demnach angenommen werden.