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- Department of Mathematical Analysis, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University in Prague (1)
- Department of Molecular Biology, University Medical Centre Göttingen, Göttingen 37073, Germany (1)
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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.
Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is a promising therapy for various malignancies and immune deficiency diseases, but it is often associated with graft versus host disease (GvHD), a life-threatening complication arising from immunological incompatibility between donor T cells and host tissues. Current standard therapies for GvHD involve the use of calcineurin inhibitors (CNIs) such as cyclosporine A (CsA) and tacrolimus (FK506), which effectively suppress T cell activation and proliferation. However, these drugs also impair the graft versus leukemia (GvL) effect, which is the advantageous ability of donor T cells to eliminate malignant cells.
Our previous studies demonstrated that the selective deletion of one or two members of the nuclear factor of activated T cells (NFAT) transcription factor family in donor T cells effectively prevented harmful GvHD without compromising GvL activity. This finding highlighted the potential of NFAT as a therapeutic target for GvHD.
In this study, we developed and evaluated novel treatment strategies that specifically target NFAT during allogeneic HSCT. We focused on the development of small molecules that mimic the PxIxIT motif of NFAT, thereby competitively inhibiting its binding to CN (CN) without affecting CN phosphatase activity. We identified two promising candidates, C17 and MRD37, and evaluated their efficacy in inhibiting NFAT and suppressing pro-inflammatory cytokine production. Among these molecules, MRD37 demonstrated the highest potency in selectively inhibiting NFAT at a sub-IC50 concentration without compromising the functional capacity of regulatory T cells (Tregs) in vitro. Furthermore, we demonstrated that MRD37 could effectively protect mice from major mismatch GvHD in vivo. This protection was initially predicted to be due to the enhanced presence of Tregs and Tr1-type cells but when pretreated T cells devoid of Tregs were transplanted it unraveled an additional increase of Th2-like cytokine release. Finally, our in vitro studies on human T cells confirmed that MRD37 could specifically inhibit NFAT while preserving the Treg population, suggesting its potential as a novel therapeutic strategy for GvHD.
Our findings provide compelling evidence for the development of MRD37 as promising alternative to CNIs in mitigating GvHD.
Bei Patienten mit invasiver Aspergillose fanden sich gegenüber gesunden Probanden deutlich erhöhte Werte A. fumigatus spezifischer CD154+/CD4+ Zellen. Die Anwendbarkeit dieses Assays im klinischen Routinebetrieb und bei gegenüber A. fumigatus epxonierten Probanden und Patienten sollte in dieser translationalen Arbeit untersucht werden.
Für den vorbeschriebenen Assay zur Bestimmung CD154+/CD4+ Zellen aus aufgereinigten PBMCs zeigt diese Arbeit eine signifikant reduzierte Detektionsrate nach Blutprobenlagerung von über 2 Stunden. In der Literatur beschriebene Verfahren zur verlängerten Lagerungszeit von heparinisierten Blutproben mittels vorhergehender Dilution und Agitation ermöglichen keine Verlängerung präanalytischer Lagerungszeiten über 6 Stunden. Die Kryokonservierung frisch aufbereiteter PBMCs bei −20 C vor Bestimmung A. fumigatus spezifischer T-Zellen wird als Versandmöglichkeit in einem multizentrischen Setting gezeigt. Um die klinische Anwendbarkeit zu verbessern, wird ein Vollblutprotokoll zur Detektion A. fumigatus spezifischer CD154+/CD4+ Zellen demonstriert, das die Verwendung von bettseitig mit Vollblut beimpften Blutmonovetten mit vorgelegtem A. fumigatus-Lysat ermöglicht.
Die Anwendung des Assays zur Bestimmung A. fumigatus spezifischer T-Zellen wurde bei hämatoonkologischen Patienten vor und drei Monate nach Stammzelltransplantation untersucht. Insbesondere eine reduzierte Zellzahl der gemessenen Lymphozyten ist hier ein limitierender Faktor der erfolgreichen Messung. Aufgrund der generell nied- rigen Erfolgsrate von 20 % bzw. 54 % vor bzw. nach HSCT ist die Anwendbarkeit des Assays in diesem Kollektiv fraglich. Die Erhebung von Expositionsfaktoren gesunder Probanden gegenüber A. fumigatus ermöglicht die Einteilung in eine schwach und stark gegenüber A. fumigatus exponierte Gruppe mit signifikant erhöhtem Anteil A. fumigatus spezifischer CD154+/CD4+ Zellen. Hierzu trägt insbesondere das Vorliegen antigenspezifischer T-Gedächtniszellen als Korrelat einer langfristigen Exposition bei. Retrospektiv fand sich auch nach kurzfris- tiger beruflicher Exposition ein Anstieg CD154+/CD4+ spezifischer T-Zellen. Dies legt eine Verwendung CD154+/CD4+ spezifischer T-Zellen als Biomarker in Bereichen der umweltmedizinischen Abklärung von Schimmelpilzexposition oder der Diagnostik allergischer Erkrankungen nahe.
Die Diagnosestellung von unipolarer und bipolarer Depression basiert bis heute ausschließlich auf der Bewertung klinischer Symptome. Objektive biochemische Marker, wie sie bei zahlreichen somatischen Krankheiten zur Diagnosestellung angewendet werden, sind bisher nicht verfügbar. Da sich die beide Krankheitsbilder vor allem in der depressiven Episode stark ähneln, ist eine Unterscheidung in diesem Krankheitsstadium häufig nicht eindeutig möglich. Dies kann zu Fehldiagnosen, einer Verschlechterung des Krankheitsverlaufs, einer erhöhten Krankheitslast und höheren Gesundheitskosten führen. Periphere Biomarker wären daher wertvoll, um die klinische Diagnosestellung zu unterstützen und eine adäquate Behandlung frühzeitige zu ermöglichen.
In einer vorherigen Studie der Arbeitsgruppe haben Proteom-Analysen bestimmte Proteine wie den Wachstumsfaktor PDGF-BB und das Thrombospondin TSP-1 identifiziert, die potenziell als Biomarker fungieren könnten. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob sich die Konzentration von PDGF-BB und TSP-1 im Blut zwischen Patient*innen mit unipolarer bzw. bipolarer Depression signifikant unterscheidet.
Es konnte gezeigt werden, dass PDGF-BB bei unipolaren Patientinnen signifikant niedriger ist als bei bipolaren Patientinnen und gesunden Kontrollpersonen. Zudem sank die PDGF-BB-Konzentration bei bipolaren Patientinnen während einer remittierten Episode im Vergleich zu einer depressiven Episode signifikant ab. Im Gegensatz dazu zeigte TSP-1 keine signifikanten Unterschiede zwischen den Patient*innengruppen und Kontrollpersonen.
Die Arbeit konnte zeigen, dass PDGF-BB das Potenzial hat, als diagnostischer Biomarker für die Unterscheidung zwischen unipolarer und bipolarer Depression zu dienen, während TSP-1 in dieser Hinsicht nicht geeignet erscheint. Weitere Forschung ist jedoch notwendig, um die Rolle von PDGF-BB in der Pathogenese affektiver Erkrankungen besser zu verstehen und seinen Einsatz als Biomarker im klinischen Alltag zu validieren.
Die vorliegende Promotionsstudie leistet durch Gewinnung neuer Erkenntnisse zur zahnmedizinisch (technik-)historischen Forschung mittels der Erarbeitung und Darstellung einer chronologisch geordneten Entwicklungsgeschichte der zahnärztlich-prothetisch verwendeten Metalllegierungen sowie ihrer dentalen Technologie einen eigenständigen Forschungsbeitrag und trägt damit zu neuen Erkenntnissen in der zahnmedizinisch-historischen Forschung bei. Als problematisch stellte sich zu Beginn des 19. Jahrhunderts die Kunst des Legierens selbst heraus. So legierten und fertigten die Zahnärzte ihre Metalllegierungen bis zum Ende des 19. Jahrhunderts meistens noch selbst, bedienten sich an vorlegierten Dukatengoldlegierungen oder beauftragten Goldschmiede. Diverse nützliche Legierungskompositionen wurden schriftlich von Pionieren der Zahnheilkunde und den ersten, erfahrensten Prothetikern dieser Zeit in deren frühen Lehrbüchern und Veröffentlichungen festgehalten und damit der breiten Zahnärzteschaft zugänglich gemacht. Mit ihrem Engagement wurde der Weg von der Empirie nicht nur bis zur Verwissenschaftlichung der Zahnmedizin geebnet, sondern zugleich der Fortschritt der dentalen Materialwissenschaft und besonders der Verarbeitungstechnologie dentaler Metalllegierungen eingeläutet. Erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts etablierte sich durch Forschung und Vernetzung von Chemie, Metallurgie, Industrie und Zahnmedizin eine sach- und fachkundige zahnärztliche Werkstoffkunde mit speziellen prothetisch geeigneten Metalllegierungen. Die verschiedenen Typenbezeichnungen Goldersatzlegierungen, Austauschlegierungen, Alternativlegierungen oder Aufbrennlegierungen waren in jeder Epoche einem tiefgreifenden Wandel unterworfen und charakteristisch für die jeweilige Zeit. Eine wichtige Erkenntnis aus dieser Studie ist, dass politisch-ökonomische Veränderungen, insbesondere schwankende Edelmetallpreise, Inflation, politische Beschränkungen aufgrund von (vor-)kriegswirtschaftlichen Sparmaßnahmen sowie Gesundheitsreformen und Kostendämpfungsgesetze einen erheblichen Einfluss auf die Zahnärzte und die zahnmedizinisch-prothetische Rehabilitation ihrer Patienten hatte. Die indikationsgerechte Metalllegierungsauswahl und die damit verbundenen optimalen Materialeigenschaften für Zahnersatz und Patienten stellten Zahnärzte damals wie heute vor eine Herausforderung.
Atherosklerose ist eine chronisch inflammatorische Erkrankung der Gefäßwände, bei der sowohl die angeborene als auch die erworbene Immunantwort beteiligt ist. Von Monozyten abstammende Makrophagen spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung atherosklerotischer Läsionen. Durch die Aufnahme modifizierte Lipide (z.B. oxLDL) werden sie zu Schaumzellen, sezernieren inflammatorische Zytokine und befeuern somit die vaskuläre Entzündungsreaktion. Makrophagen können jedoch auch schützende Funktionen wahrnehmen, bspw. durch die antiinflammatorische Aufnahme apoptotischer Zellen, die Efferozytose. Um den Einfluss CD8+ T-Zellen auf Makrophagen zu bestimmen, wurde ein in vitro Model gewählt, in dem aktivierte CD8+ T-Zellen mit aus Knochenmark isolierten Makrophagen kokultiviert wurden. Zunächst konnte gezeigt werden, dass CD8+ T-Zellen die oxLDL Aufnahme und Schaumzellbildung der Makrophagen fördern, assoziiert mit der gesteigerten Expression des oxLDL Rezeptors CD36 und verminderten Expression des reversen Cholesterintransporters ABCA1. Zusätzlich reduzierten CD8+ T-Zellen die Phagozytose apoptotischer Zellen und die Sekretion des antiinflammatorischen Zytokins IL-10 als Antwort auf die Aufnahme apoptotischer Zellen, was auf eine verminderte Efferozytose hindeutet. Zudem förderten CD8+ T-Zellen die Expression des proinflammatorischen M1-Polarisationsmarker iNOS in Makrophagen und die Sekretion des proatherogenen Chemokins CCL2. Durch die Zugabe neutralisierender Antikörper in die in vitro Kultur konnte gezeigt werden, dass die aufgeführten Prozesse teilweise von den klassischen Effektorzytokinen der CD8+ T-Zellen, INFγ und TNFα, abhängen.
Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass CD8+ T-Zellen die Ausbildung eines proatherogenen Phänotyps der Makrophagen, durch die Steigerung der Schaumzellbildung und Förderung der proinflammatorischen Makrophagenpolarisation, sowie die Inhibierung der antiinflammatorischen Efferozytosefunktion, bewirken.
HausärztInnen sind für die Primärversorgung von PatientInnen mit COVID-19 zuständig. Zum Zeitpunkt der Planung und Durchführung dieser Studie ließen sie kaum Untersuchungen zu den Erfahrungen von HausärztInnen während der ersten Pandemiewelle finden. Das Ziel der Arbeit war, durch eine qualitative Datenerhebung Einblicke zu gewinnen, wie HausärztInnen die ersten Monate der COVID-19-Pandemie erlebt haben. Die Untersuchung war Teil einer übergeordneten Querschnittsstudie, in der Erhebungen mit strukturierten Fragebögen und qualitativen Befragungen stattfanden. Für den qualitativen Abschnitt wurden semistrukturierte Interviews mit 22 HausärztInnen aus vier Bundesländern durchgeführt. Die Einladung zur Teilnahme erfolgte mit der Aussendung von Fragebögen im Rahmen der quantitativen Datenerhebung. Die Daten wurden anhand der inhaltlich strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse nach Kuckartz ausgewertet. In der Studie zeigte sich, dass HausärztInnen ihr Praxismanagement und ihre PatientInnenversorgung in der Pandemie rasch umstrukturieren mussten. Mangel an Schutzmaterialien, die Trennung infektiöser PatientInnen und schnell wechselnde Vorgaben wurden als große Herausforderungen identifiziert. In den Interviews wurden außerdem Bedenken über die Folgen der sozialen Distanzierung auf die therapeutische Beziehung geäußert. Teamarbeit in der Praxis und kollegialer Austausch in Gemeinschaftspraxen stellten besonders wichtige Faktoren dar, um die zahlreichen Herausforderungen zu überwinden. Die Teilnehmenden nahmen sich selbst als Vorbilder mit einer hohen Verantwortung für die Gesundheit ihrer PatientInnen wahr.. Sie betonten die Relevanz von klaren und konsistenten Regelungen durch den öffentlichen Gesundheitsdienst sowie von zuverlässigen Informationen. Um die hausärztliche Versorgung in zukünftigen Pandemien zu unterstützen, sollten bürokratische Hürden so weit wie möglich reduziert und verständliche Informationen bereitgestellt werden. Da HausärztInnen eine zentrale Rolle in der Beratung und Therapie von PatientInnen mit COVID-19 spielten, erscheint deren konsistente Einbeziehung in Entscheidungsprozesse durch Institutionen des öffentlichen Gesundheitsdienstes von besonderer Wichtigkeit.
In this thesis I explore the interplay of geometry and quantum information theory via the holographic principle, with a specific focus on geometric phases in quantum systems like two interacting qubits, and how they relate to entanglement measures and Hilbert space factorisation. I establish geometric phases as an indicator for Hilbert space factorsiation, both in an abstract sense using von Neumann operator algebras as well as applied to the eternal black hole within the AdS/CFT correspondence. For the latter case I show that geometric phases allow to diagnose non-factorisation from a boundary point of view. I also introduce geometric quantum discord as a second geometric measure for non-factorisation and reveals its potential implications for the study of black hole microstates.
Biochemical characterization of the TFIIH translocase XPB from \(Chaetomium\) \(thermophilum\)
(2024)
DNA repair and gene expression are two major cellular processes that are fundamental for the maintenance of biological life. Both processes require the enzymatic activity of the super family 2 helicase XBP, which is an integral subunit of the general transcription factor TFIIH. During transcription initiation, XPB catalyzes the initial melting of promoter DNA enabling RNA polymerase II to engage with the coding DNA strand and start gene transcription. In nucleotide excision repair, XPB acts in concert with the other TFIIH helicase XPD causing strand separation around a lesion site. Mutations within the genes encoding XPB or other TFIIH subunits are associated with different cancer types as well as with the autosomal recessive disorders Xeroderma Pigmentosum and trichothiodystrophy and rarely combined features of Xeroderma Pigmentosum and Cockayne syndrome.
In the last few years, great progress has been made towards unraveling the structure of TFIIH and its individual subunits including XPB. These structural insights tremendously improved our understandings with respect to the molecular interactions within this intriguing protein complex. However, the underlying regulation mechanisms that functionally control XPB during transcription and repair remained largely elusive. We thus executed the biochemical characterization of this protein to investigate the functional network that regulates XPB within the scaffold of TFIIH. Due to their enhanced stability compared to the human proteins, we utilized the proteins that originate from the thermophilic fungus Chaetomium thermophilum for this purpose as a model organism for eukaryotic TFIIH.
The present work provides novel insights into the enzymatic function and regulation of XPB. We could show that both, DNA and the TFIIH subunit p52 stimulate XPB’s ATPase activity and that the p52-mediated activity is further boosted by p8, another subunit within TFIIH. Surprisingly, DNA can activate XPB’s ATPase activity to a greater extent than its TFIIH interaction partners p52/p8, but when both, i.e. p52/p8 and DNA are present at the same time, p52 dominates the activation and the enzymatic speed is maintained at the level observed through the sole activation of p52/p8. We thus defined p52 as the master regulator of XPB that simultaneously activates and represses XPB’s enzymatic activity. Based on a correlative mutagenesis study of the main interface between p52 and XPB that was set into context with recent structural data, a model for the p52-mediated activation and speed limitation of XPB’s ATPase was proposed. The research on XPB’s ATPase was expanded with the investigation of the inhibition mechanism of XPB’s ATPase via the natural compound Triptolide. Furthermore, we investigated XPB’s DNA translocase function and could observe that XPB can only perform its translocase movement when it is fully incorporated into core TFIIH and this translocase movement is further enhanced by the nucleotide excision repair factor XPA. Fluorescence polarization measurements with nucleotide analogues revealed that XPB displays the highest affinity towards DNA in the ADP + Pi bound state and its binding is weakened when ADP is bound or the nucleotide is dissociated from the enzyme, suggesting a movement on the DNA during the distinct states of the ATPase cycle. Finally, the well-known and highly conserved RED motif was found to be the crucial element in XPB to enable this translocase movement. Combined, the data presented in this work provide novel insights into the intricate regulation network that controls XPB’s enzymatic activity within TFIIH and furthermore show that XPB’s enzymatic activity is tightly controlled by various factors.