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Modifizierte Maschinensprache und menschliches Alignment. Ein linguistisches Experiment
Full text linkDie vorliegende Dissertation untersucht die Auswirkungen gesprochensprachlicher Merkmale in maschineller Sprachausgabe auf das sprachliche Alignment von Menschen in der Mensch-Maschine-Interaktion.
Methodisch erfolgt die Untersuchung durch ein kontrolliertes Experiment, in dem Versuchspersonen mit unterschiedlich gestalteten Sprachausgabesequenzen interagieren. Die experimentellen Bedingungen variieren systematisch den Grad der Gesprochensprachlichkeit der maschinellen Ausgabe, wobei verschiedene Merkmale gesprochener Sprache gezielt implementiert werden. Die Auswertung fokussiert außerdem verschiedene Formen des sprachlichen Alignments, um Aufschluss über konkretes Sprachverhalten in Reaktion auf die modifizierte Sprachausgabe zu gewinnen.
Die Ergebnisse zeigen, dass Menschen unterschiedlich stark alignen, abhängig von der Gesprochensprachlichkeit der maschinellen Formulierung. Entgegen der naheliegenden Hypothese, dass menschenähnlichere Sprachausgaben zu mehr Alignment führen, nimmt syntaktisches Alignment signifikant ab, wenn Sprachausgabesequenzen einem Prototyp zwischenmenschlicher gesprochener Sprache ähnlicher werden. Lexikalisches Alignment hingegen bleibt von der Gesprochensprachlichkeit der Formulierung unbeeinflusst. Besonders deiktische Ausdrücke und dichte Konstruktionen reduzieren das Alignment signifikant, während Partikeln keinen signifikanten Effekt zeigen.
Die Befunde der Arbeit legen nahe, dass syntaktisches Alignment unbewusster als lexikalisches erfolgt und durch sprachliche Merkmale beeinflusst wird, während lexikalisches Alignment bewusster vom Partnermodell des Gegenübers abhängt. Die Arbeit trägt somit zum Verständnis kognitiver Prozesse der Sprachverarbeitung bei und liefert Erkenntnisse über die Verbindung von Bewusstheit und Alignmentformen in gesprochensprachlicher Mensch-Maschine-Interaktion
Longitudinale Messinvarianz der deutschen Version der Positive and Negative Affect Schedule
Full text linkDie „Positive and Negative Affect Schedule“ (PANAS) ist ein international anerkanntes
und etabliertes Assessment zur Erfassung von Affekten und emotionalen Befinden.
Damit die Skala für Messungen über bestimmte Zeiträume genutzt werden kann, muss
eine longitudinale Messinvarianz vorliegen. Die PANAS sollte über einen bestimmten
Zeitraum dasselbe latente Konstrukt mit der gleichen Struktur zu jedem Messzeitpunkt
erfassen. In vorherigen Studien konnten eine Messinvarianz der deutschen Version
der PANAS bei multiplen Gruppenvergleichen bestätigt werden. Allerdings wurde bis
heute die longitudinale Messinvarianz der deutschen Version der PANAS noch nicht
überprüft. In der vorliegenden Arbeit wurde die longitudinale Messinvarianz über einen
Zeitraum von 4 Wochen mit insgesamt 4 Messzeitpunkten überprüft.
Die Stichprobe (n=423, 55,1% Frauen, Alter: M = 33 Jahre, SD = 12,95) bestand aus
einer erwachsenen Allgemeinbevölkerung aus Mecklenburg-Vorpommern,
Deutschland. Zur Überprüfung der longitudinalen Messinvarianz wurde ein Latentes
Variablenmodell in Form einer konfirmatorischen Faktorenanalyse genutzt.
Ein Modell mit partiell skalarer Messinvarianz (Intercepts des dritten und zehnten Items
zum ersten Messzeitpunkt freigesetzt) wies keine signifikant schlechtere
Modellpassung als das Modell mit metrischen Messinvarianz auf (p = 0.063).
Eine partiell skalare Messinvarianz konnte für die deutsche Version der PANAS
bestätigt werden (Chi-Quadrat Test = 4389,07; CFI = 0,879; RMSEA = 0,033; SRMR
= 0,061). Das heißt, die PANAS ist für Messungen über bestimmte Zeiträume geeignet
und kann vielfältig in Bereichen der Medizin und Psychologie eingesetzt werden.
Dennoch sollte in Zukunft sollte eine erneute Testung der longitudinalen Messinvarianz
der deutschen Version der PANAS erfolgen, um vergleichbare Ergebnisse
darzustellen
B cell dynamics and selection in gut-associated germinal centres
Full text linkThe gut is an extremely complex environment. Many sources of foreign proteins, especially the resident microbiota, are separated from the host’s immune system by merely a single layer of epithelial cells. B cells, as part of the adaptive immune system, are important for the regulation of the microbial community. B cells can change the sequence of the immunoglobulin (Ig) they produce through somatic hypermutation (SHM) in germinal centres (GC). Within these GCs, B cells undergo iterative rounds of selection guided by T cells. In some cases, one B cell clone can out-compete the other clones in a given germinal centre and massively expand whilst creating large numbers of progeny in what is called a clonal burst. GCs form upon infection or vaccination but are constantly present in Peyer’s patches (PP) and mesenteric lymph nodes (mLN). The functional mechanisms of gut-associated GCs (gaGC) are still under active investigation.
Here, the dynamics of gaGCs in settings of different antigenic diversity were investigated. Furthermore, the rules underlying selection processes in gaGCs, especially their potential to create affinity-matured B cells were explored. Lastly, the occurrence of public B cell clonotypes across different mice in settings of reduced antigenic diversity were analysed.
To address these questions, fate-mapping mouse models like the AID-confetti model were used, which allowed for visual identification of selection in gaGCs and the isolation of individual GCs. The diversity, turnover and clonal composition of GC B cells, was analysed, and Ig sequences were produced as monoclonal antibodies (mAb) in vitro. The mAb were tested for binding to commensal bacteria by bacterial flow cytometry and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), and to markers for self-reactivity, polyactivity and reactivity to mouse chow protein extract by ELISA. To test settings of different antigenic diversity mice from specific pathogen free (SPF) settings, germ free (GF) settings and a minimal bacterial community (Oligo-MM12) were analysed.
In SPF mice gaGCs are constantly present. The half-life of GCs is approximately two weeks in mLNs and 1.5 weeks in PPs. Despite the rapid turnover selection events occur in these gaGCs. After 23 days six out of 57 GCs in mLN showed dominance by a highly expanded B cell clone. When producing mAbs from those highly expanded B cell clones, binding to faecal bacteria was detected. There was no detectable self-reactivity or reactivity to mouse chow protein and only low levels of polyreactivity. Reversion of mutations to the inferred germline unmutated common ancestor (UCA) led to a decrease in bacterial binding indicative of affinity maturation. In GF mice, enhanced numbers of highly selected gaGCs were found, with over 50 % of mLN GCs showing a dominant B cell clone as opposed to 11 % in SPF mice. Furthermore, the isotype usage in gaGCs deviated from IgG2b and IgA to predominantly IgG1. Oligo-MM12 mice displayed an intermediate phenotype for selection and isotype usage. When assaying mAbs derived from highly selected GF GCs, no binding was detected in any of the assays. For the mAbs derived from Oligo-MM12 mice, binding to faecal Oligo-MM12 bacteria was detected, which diminished upon reversion of mutations to the respective UCA. One mAb displayed binding to the Oligo-MM12 strain Enterococcus faecalis KB1. Lastly, the use of common clonotypes in GF and Oligo-MM12 mice was detected. In a broader analysis of gaGC B cells from GF, SPF, and Oligo-MM12 mice, increased usage of public clones in GF mice was found, with a specific enrichment of two clonotypes relying on VH1-47 and VH1-12. The usage of public clonotypes was reduced in Oligo-MM12 mice, as well as SPF mice and public clonotypes specifically relying on VH1-47 and VH1-12 were greatly reduced in SPF mice.
Here, the dynamics of gaGCs in settings of different antigenic diversities are described. Whilst gaGCs are diverse and have short half-lives, selection events occur in a clonal burst fashion as described in peripheral immunisation. Those selection processes are tuned towards microbial diversity with markedly increased selection in GF mice. Mice colonised with a minimal bacterial community display an intermediate phenotype, showing the responsiveness of the system. Furthermore, in GF mice, B cell responses converged on recurrent public clonotypes between individual mice. The use of these clonotypes was drastically reduced in SPF mice. The binding antigen(s) of these public clonotypes remain elusive, although bacterial reactivity, mouse chow protein reactivity, self-reactivity, or polyreactivity were undetectable. For mAbs produced from SPF and Oligo-MM12 mice, it was possible to reveal bacterial binding which diminished upon reversion of mutations to the UCA, showing antigen-driven selection towards commensal binding under homeostatic conditions in these chronic gaGCs.
The different responses to the microbiota might have clinical relevance, as bacteria highly coated in IgA drive disease in mouse models of colitis and malnutrition. Furthermore, differences in mutations of Ig sequences are found in B cells reacting to transglutaminase 2, a major serological marker of celiac disease. Even under non-pathological circumstances, the interaction with the microbiota seems important for the maturation of the mucosal immune system during early life. It is even more surprising that people with selective IgA deficiency show a variety of clinical outcomes with many asymptomatic cases. A deeper understanding of the adaptive mucosal immune system could aid the diagnosis and therapy of those clinical conditions
In-vivo-Testung einer neuartigen faseroptischen Drucksonde mit Analyse der Druckverhältnisse und Pulswellencharakteristik zur Diagnostik der Lumbalen Spinalkanalstenose
Full text linkDie lumbale Spinalkanalstenose (LSS) ist eine der häufigsten Indikationen für Wirbelsäulenoperationen im höheren Lebensalter, jedoch fehlen bislang objektive, standardisierte Parameter zur Diagnostik und zur Bestimmung der Operationsnotwendigkeit. Ziel dieser Arbeit war die in-vivo-Testung einer neu entwickelten faseroptischen Hybrid-Drucksonde, die Fabry-Pérot-Interferometer (FTFPI) und Faser-Bragg-Gitter (FBG) kombiniert und erstmals eine simultane, orts- und zeitaufgelöste Messung epiduraler Druckverhältnisse ermöglicht. In einem Großtierversuch am Schwein wurden physiologische Druck- und Pulswellencharakteristika des lumbalen Spinalkanals erfasst und anschließend eine LSS durch epidurale Ballondilatation experimentell modelliert. Die Sonde detektierte reproduzierbar pulssynchrone Druckwellen, eine kraniokaudale epidurale Pulswellengeschwindigkeit von 0,97 m/s sowie atem- und herzfrequenzabhängige Druckschwankungen. Die künstlich erzeugte Stenose führte zu charakteristischen Veränderungen der Pulswellenpropagation und ermöglichte eine eindeutige Lokalisation der Engstelle durch Ausbleiben der pulsabhängigen Signale distal der Stenosierung. Die Ergebnisse belegen die technische Machbarkeit und das diagnostische Potenzial der faseroptischen Drucksonde als objektives Instrument zur funktionellen Beurteilung zentraler LSS. Perspektivisch könnte diese Technologie prä-, intra- und postoperativ eingesetzt werden, um den Schweregrad der Stenose, die Wirksamkeit von Dekompressionen und mögliche Komplikationen zuverlässig zu beurteilen.Lumbar spinal stenosis (LSS) is one of the most common indications for spinal surgery in older adults, yet objective and standardized diagnostic parameters to determine disease severity and surgical necessity are still lacking. This study aimed to evaluate a newly developed fiber-optic hybrid pressure probe in vivo. The probe combines a Fabry–Pérot interferometer (FTFPI) with multiple fiber Bragg gratings (FBGs), enabling simultaneous spatially and temporally resolved measurements of epidural pressure dynamics. In a porcine model, physiological epidural pressure profiles and pulse wave characteristics of the lumbar spinal canal were recorded, followed by the experimental induction of LSS via epidural balloon dilation. The probe reliably detected pulse-synchronous pressure fluctuations, respiratory pressure modulation, and a cranio-caudal epidural pulse wave velocity of 0.97 m/s. The artificially induced stenosis produced characteristic alterations of pulse wave propagation, including the loss of pulsatile signals distal to the constriction, allowing precise real-time localization of the stenotic segment. These findings demonstrate the feasibility and diagnostic potential of the fiber-optic hybrid pressure probe as an objective tool for the functional assessment of central LSS. With further development, this technology could support preoperative evaluation, intraoperative monitoring of adequate decompression, and postoperative detection of clinically relevant epidural complications
Power Exhaust Investigations in the W7-X Island Divertor
Full text linkDas Stellarator-Konzept bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Nutzung der Kernfusion
als skalierbare, kohlenstofffreie Energiequelle. Wendelstein 7-X (W7-X), ein optimierter Stel-
larator, soll hierfür einen Machbarkeitsnachweis liefern. W7-X verwendet einen Inseldivertor
als Plasmaabfuhrlösung, um die unvermeidlichen Wechselwirkungen zwischen Plasma und
Wand kontrolliert und sicher zu handhaben. Die vollständige Ausschöpfung des Potenzials
eines solchen resonanten Divertorkonzepts in einem zukünftigen Stellaratorreaktor erfordert
jedoch weitere Forschung. Diese Dissertation untersucht den Aspekt der Energieabfuhr im
Inseldivertor mit dem Ziel, prognostische Fähigkeiten für die Verteilung der Divertorwärme-
lasten zu entwickeln.
Ein tieferes Verständnis des Wärmeflusses in der Randschicht steht im Mittelpunkt dieser
Arbeit. Dies wird durch einen integrierten Ansatz verfolgt, der Experimente und numerische
Modellierung kombiniert. Das Hauptziel ist es, eine Verbindung zwischen den Wärmeübertra-
gungsmechanismen und der resultierenden Wärmeflussverteilung am Divertor herzustellen.
Zu diesem Zweck wird ein neuartiges phänomenologisches Modell vorgeschlagen, das die
Energieabfuhr im Inseldivertor in drei Transportkanäle vereinfacht. Jeder Kanal ist durch eine
charakteristische Breite gekennzeichnet, die das Gleichgewicht zwischen parallelem und quer
zur Magnetfeldrichtung verlaufendem Transport widerspiegelt. Als praktische Anwendung
wird das Modell in ein empirisch motiviertes Vorhersagewerkzeug für Divertorwärmelasten
überführt.
Das Modell wird genutzt, um Erkenntnisse aus Skalierungsstudien zu gewinnen, die zu-
nächst auf numerischen Simulationen basieren und die durch die dreidimensionale Struktur
der Insel-SOL entstehenden Komplexitäten aufzeigen. Daran anschließend wird eine empiri-
sche Untersuchung der experimentell beobachteten W7-X-Inseldivertorlasten durchgeführt,
in der der Einfluss der Randschicht-Leistung und des Plasmastroms auf die Divertorwärme-
lasten und den SOL-Wärmetransport quantitativ bewertet wird. Zusammen bieten die Skalie-
rungsstudien und das modellgestützte Vorhersagewerkzeug ein wertvolles Rahmenwerk zur
Untersuchung der Energieabfuhr in Stellarator-Divertoren.The stellarator concept offers a promising path toward harnessing nuclear fusion as a scal-
able, carbon-free energy source. Wendelstein 7-X (W7-X), an optimized stellarator, seeks to
provide a proof-of-concept for the same. W7-X employs an island divertor as the plasma ex-
haust solution to ensure controlled and safe handling of inevitable plasma-wall interactions.
However, realizing the full potential of such a resonant divertor concept in a future stellar-
ator reactor requires extensive research. This thesis investigates the power exhaust aspect of
the island divertor, aiming to develop predictive capabilities for divertor heat load distributions.
A deeper understanding of heat transport in the island scrape-off layer (SOL) is central to
this thesis, pursued through an integrated approach combining experiments and numerical
modeling. The primary objective is to establish a connection between heat transport mechan-
isms and the resulting divertor heat flux distribution. To this end, a novel phenomenological
model is proposed, simplifying the power exhaust in the island divertor into three transport
channels. Each channel is characterized by a width scale that reflects the balance between
parallel and cross-field transport (with respect to the magnetic field). As a practical applic-
ation, the model is formulated into an empirically driven predictive tool for divertor heat loads.
The model is employed to gain insights from scaling studies, initially conducted on nu-
merical predictions, which highlight the complexities introduced by the three-dimensionality
of the island SOL. This is followed by an empirical study of W7-X island divertor loads ob-
served experimentally, where the influence of SOL power and plasma current on divertor heat
loads and SOL heat transport is quantitatively assessed. Together, the scaling studies and the
model-based prediction tool provide a valuable framework for investigating power exhaust in
stellarator divertors
The pathological effects of SARS-CoV-2 Spike Protein in the urinary tract
Full text linkThis study presents the development and establishment of the novel kidney cancer-on-a-chip model that increases the physiological complexity of the cell culture technique and is a step forward in kidney cancer research. This dynamic 3D cell system approach overcomes several limitations associated with traditional 2D systems. It enables compartmentalized co-culture that allows healthy and cancerous cells to interact within a physiologically relevant microenvironment. The system also supports natural behavior of healthy kidney cells, including 3D structure and fluid flow that preserves physiological functionality and morphology of the cells. The continuous perfusion, nutrient and oxygen delivery provided by this technology enables extended cell cultivation period. This, eligible especially for studying chronic diseases progression and long-term drug effects. Finally, the system enables the simulation of the tumor microenvironment that creates gradients, cell-cell interaction, and mechanical cues like shear stress that influence cancer behavior and its effects on surrounding cells.
The dissertation reports on the investigation of the molecular and cellular effects of renal cell carcinoma (RCC) and the SARS-CoV-2 S protein on renal proximal tubule epithelial cells (RPTEC-TERT1) in a physiologically relevant 3D or microphysiological system (MPS). By combining individual cells and co-culture models with dynamic perfusion conditions, this research investigates the impact of cancerous cells and the SARS-CoV-2 S protein on gene expression, metabolic pathways, and cell viability in healthy renal epithelial cells.
The results reveal significant changes in gene expression associated with inflammation, stress responses, and immune modulation. According to RNA sequencing and quantitative PCR (qPCR) analysis, inflammatory cytokines such as IL8, TNF, and NGAL exhibit distinct expression patterns in response to exposure to RCC and the SARS-CoV-2 S protein. The presence of RCC spheroids in co-culture induces immunosuppression in healthy renal cells, resulting in a decrease in IL8 and NGAL secretion and an increase in TNFα expression. The observations suggest that tumor cells influence inflammatory pathways in the renal microenvironment, potentially altering immune surveillance mechanisms.
Additionally, the study highlights metabolic reprogramming in renal epithelial cells. Through high-resolution metabolic assays, the research demonstrates a shift in energy metabolism, with RPTEC-TERT1 cells favoring glycolysis over oxidative phosphorylation (OxPhos) when exposed to RCC spheroids and S protein. Increased glucose consumption and lactate production suggest an adaptive metabolic response under applied experimental conditions.
The RNA-seq analysis shows the deregulation of the antigen processing via MHC class I, cholesterol biosynthetic processes, and metabolic processes in condition associated with RCC and S protein. It includes the iron metabolism, ion transport, antigen processing and antigen processing and presentation of endogenous peptide antigens, and negative regulation of natural killer cell-mediated immunity.
The newly developed kidney cancer-on-a-chip system provides a physiologically relevant system to investigate the viral influence on both malignant and healthy renal cells.
From clinical perspective, patients with kidney cancer suffer from suppressed kidney function and altered immune responses which makes them more vulnerable to viral infections, inflammatory processes, and accelerated disease progression. This technique allows the identification of the key mechanisms contributing to increased risk of severe complications and poorer clinical outcomes of RCC patients. Finally, enabling the study of other viral infections that effect kidney and support the development of more effective and targeted therapeutic strategies.Diese Arbeit präsentiert die Entwicklung und Etablierung des neuartigen „Kidney Cancer-on-a-Chip“ Modells, das die physiologische Komplexität von Zellkultursystemen deutlich erhöht und einen bedeutenden Fortschritt in der Nierenkrebsforschung darstellt. Dieser dynamische 3D-Zellkulturansatz überwindet mehrere Einschränkungen herkömmlicher 2D-Systeme. Er ermöglicht eine kompartimentierte Co-Kultur, in der gesunde und Krebszellen innerhalb einer physiologisch relevanten Mikroumgebung miteinander interagieren können. Das System unterstützt zudem das natürliche Verhalten gesunder Nierenzellen, einschließlich der Ausbildung einer 3D-Struktur und dem Vorhandensein von Flüssigkeitsströmung, wodurch physiologische Funktionalität und Morphologie erhalten bleiben. Die kontinuierliche Perfusion sowie die Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff ermöglichen eine verlängerte Kultivierungsdauer der Zellen. Dies ist besonders relevant für die Untersuchung chronischer Krankheitsverläufe und Langzeitwirkungen von Medikamenten. Darüber hinaus erlaubt das System die Simulation der Tumormikroumgebung, wodurch Gradienten, Zell-Zell-Interaktionen und mechanischen Signalen wie Scherstress, die das Verhalten von Krebszellen und deren Einfluss auf umliegende Zellen beeinflussen.
Die Dissertation untersucht die molekularen und zellulären Effekte des Nierenzellkarzinoms (RCC) sowie des SARS-CoV-2 S Proteins auf Epithelzellen des proximalen Tubulus der Niere (RPTEC-TERT1) in einem physiologisch relevanten 3D oder mikrophysiologischen System (MPS). Durch die Kombination von Einzelzell- und Co-Kulturmodellen unter dynamischen Perfusionsbedingungen werden die Auswirkungen von Tumorzellen und dem S Protein auf Genexpression, Stoffwechselwege und Zellvitalität gesunder Nierenzellen untersucht.
Die Ergebnisse zeigen signifikante Veränderungen in der Genexpression, die mit Entzündungsprozessen, Stressantworten und Immunmodulation in Verbindung stehen. Laut RNA-Sequenzierung und quantitativer PCR (qPCR) zeigen inflammatorische Zytokine wie IL8, TNF und NGAL unterschiedliche Expressionsmuster als Reaktion auf die Exposition gegenüber RCC-Zellen und dem SARS-CoV-2 S Protein. Die Anwesenheit von RCC-Sphäroiden in Co-Kultur führt zu einer Immunsuppression in gesunden Nierenzellen, was sich in einer verringerten Sekretion von IL8 und NGAL sowie einer erhöhten Expression von TNFα äußert. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass Tumorzellen inflammatorische Signalwege in der renalen Mikroumgebung beeinflussen und möglicherweise die Immunüberwachung verändern.
Darüber hinaus hebt die Studie eine metabolische Reprogrammierung in renalen Epithelzellen hervor. Hochauflösende metabolische Analysen zeigen eine Verschiebung des Energiestoffwechsels: RPTEC-TERT1 Zellen bevorzugen unter Einfluss von RCC-Sphäroiden und S Protein Glykolyse gegenüber oxidativer Phosphorylierung (OxPhos). Der erhöhte Glukoseverbrauch und die verstärkte Laktatproduktion deuten auf eine adaptive metabolische Antwort unter den experimentellen Bedingungen hin.
Die RNA-seq Analyse zeigt eine Deregulierung der Antigenprozessierung über MHC-Klasse-I, der Cholesterinbiosynthese sowie verschiedener Stoffwechselprozesse unter Bedingungen mit RCC und S Protein. Dazu zählen Veränderungen im Eisenstoffwechsel, Ionentransport, der Präsentation endogener Peptidantigene und der negativen Regulation der natürlichen Killerzell-vermittelten Immunität.
Das neu entwickelte „Kidney Cancer-on-a-Chip“ System bietet somit ein physiologisch relevantes Modell zur Untersuchung viraler Einflüsse auf sowohl maligne als auch gesunde Nierenzellen. Aus klinischer Sicht leiden Patienten mit Nierenkrebs häufig unter eingeschränkter Nierenfunktion und veränderter Immunantwort, was sie anfälliger für Virusinfektionen, entzündliche Prozesse und eine beschleunigte Krankheitsprogression macht. Diese Technik ermöglicht die Identifikation zentraler Mechanismen, die zu einem erhöhten Risiko schwerer Komplikationen und schlechteren klinischen Verläufen bei RCC-Patienten beitragen. Darüber hinaus erlaubt sie die Erforschung weiterer viraler Infektionen, die die Niere betreffen, und unterstützt die Entwicklung effektiverer und gezielterer Therapiestrategien
The role of spleen volume in obesity and hypertension - results from the Study of Health in Pomerania
Full text linkThe relationship between spleen volume and arterial blood pressure (BP) in the general population is not well understood. This dissertation contributed to understand the associations
using a population-based approach, including 1,095 German adults. Importantly, this might be the first large-scale study to explore the links between spleen volume, arterial hypertension, and body
composition markers Using MRI instead of ultrasound for spleen volume measurement enhanced the precision of these observations compared to previous studies. The findings revealed a positive association between spleen volume and BP parameters, specifically systolic blood pressure (SBP) and pulse pressure (PP) at rest and during exercise, but not with diastolic blood pressure (DBP). These associations were sex-specific, present only in men, suggesting the potential influence of sex hormones, particularly the cardioprotective role of estrogen in women. We also examined associations of body composition markers such as body fat mass (FM), skeletal muscle mass (FFM), and visceral adipose tissue (VAT) with spleen volume. We found stronger associations between spleen volume and FM/SAT in men, while FFM and VAT were more strongly associated with spleen volume in women. BMI was strongly associated with spleen volume in men and women.
An elevated estimated total blood volume (eTBV) and plasma volume, driven by increased FFM, may explain the association between body composition and spleen size. Prior research aligns
with these findings, highlighting the role of FFM in regulating TBV and plasma volume, which may place an increased volume load on the spleen. These results suggest that spleen volume could
be an important biomarker for hypertension and body composition dynamics, particularly in men To conclude, this dissertation on a cohort of German adults found that higher spleen volume
was associated with increased systolic and pulse pressure in men, but not in women, indicating a possible link to arterial hypertension in men. Furthermore, obesity-related markers and absolute
fat-free mass (FFM) were significantly correlated with larger spleen volume in both sexes
Untersuchungen zum Einfluss der internen und externen Entbinderung auf die Sinterqualität von Dentalkeramik
Full text linkZiele dieser Studie sind zum einen, Unterschiede von Defektbildungen in den Keramikschichten NEM-basierter Kronen mit dem klassischen Vorgehen der internen Entbinderung nur im Keramikofen und der externen Entbinderung über die wärmeleitende Brennplatte und den Pins des H4S® Systems mit der externen Heizplatte UC150® (selection GmbH -dental, Hollern-Twielenfleth) nachzuweisen und zum anderen soll ein Unterschied zwischen den NEM- und zirkonbasierten Kronen unter dem Aspekt der Defektbildung in den Keramikschichten überprüft werden. Systembezogen fließt auch die Anwendungstechnik für die Verbundschicht mit Spray-On System, Pastenopaker und reinem Schicker aus Verblendkeramik ein. Hierfür wurden als Vertreter für die nichtedelmetallhaltigen CoCr-Legierungen je 40 Gerüste aus ColadoCC® (Ivoclar GmbH, Schaan, Liechtenstein), einer klassischen CoCr-Legierung, und aus Bär-Light® (selection GmbH -dental-, Hollern-Twielenfleth), einer modifizierten CoCr-Legierung, angefertigt, mit den zugehörigen Opakersystemen gemäß ihrer Herstellerangaben konditioniert und mit der Verblendkeramik VM13® (VITA Zahnfabrik GmbH & Co KG., Bad Säckingen) verblendet. Dabei wurden je 20 Gerüste pro Vertreter intern und je 20 Gerüste extern nach dem oben beschriebenen Verfahren entbindert. Für den materialübergreifenden Vergleich wurde das gleiche Versuchsprozedere für je 10 zirkondioxidbasierte Kronengerüste aus dem Material inCoris ZI® (Ivoclar GmbH, Schaan, Liechtenstein) übernommen und durchgeführt. Die keramische Verblendung erfolgte in diesem Fall mit der VM9® (VITA Zahnfabrik GmbH & Co KG., Bad Säckingen) mit der auch eine Verbundschicht in gleicher Stärke wie in den anderen Versuchsserien simuliert wurde. Anschließend wurden die fertigen Kronen in Kunststoff fixiert, gesägt und poliert. Die einzelnen Schnitte wurden über ein digitales Auflichtmikroskop (Keyence VHX-6000, Keyence GmbH, Neu-Isenburg) bei 50- und 100facher Vergrößerung fotografiert. Über ein Vermessungsprogramm (DatInf Measure®) wurden in der 50fachen Vergrößerungsaufnahme Gesamtfläche, Verbundschichtlänge und die Mittellinie der Verblendung für jede Probe ermittelt und dazu bei 100facher Vergrößerung die prozentualen Defektflächen zu den Gesamtflächen, die Anzahl der Defekte zu den Medianlinien sowie die Defektlängensummen in den Verbundschichten für jede Probe und deren Bezugsgrößen bestimmt. Die Versuchsreihen wurden einander tabellarisch und in Box-Plot-Darstellungen gegenübergestellt. Es kamen nicht-parametrische statistische Verfahren des U- und H-Tests zur Anwendung. Im Endergebnis waren bei der Verarbeitung des ColadoCC® Systems signifikante Unterschiede zwischen allen Vergleichskategorien der Defektmessungen für externe und interne Entbinderung zugunsten der externen Entbinderung erkennbar. Für die NEM-Legierung Bär-Light® waren lediglich im Bereich der Defektlängensumme in der Verbundschicht signifikant nachweisbare kleinere Defektbildungen unter externer Entbinderung zu erkennen. Die Ergebnisse des zirkonbasierten Kronengerüstes zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen interner und externer Entbinderung. Schlussfolgernd lässt sich ein positiver Effekt der externen Entbinderung für die metallbasierten Kronengerüste insbesondere in Verbundschichtnähe erkennen. Hier waren die stärkere Defektvermeidung beim ColadoCC® Systems mit Opakerauftrag nach dem Spray-On Verfahren nachzuweisen, die über die gesamte Verblendung sichtbar war. Bei dem Bär-Light System mit Pastenopaker beschränkte sich dieser positive Effekt auf die Verbundschicht. Eine signifikante Auswirkung bei der Anwendung der vorgestellten externen Entbinderung mit ZrO2 Gerüsten war nicht zu beobachten. Metallkeramische Systeme profitieren vom Einsatz der vorgestellten externen Entbinderung und sind ein wichtiger Beitrag zur Verfahrenssicherheit der metallkeramischen Verblendung in der täglichen Praxis
Improvement of Eukaryotic Genome Annotation Methods with Extrinsic Evidence and Deep Learning
Full text linkAccurate annotation of gene structures in eukaryotic genomes is important for understanding gene functions and evolution, yet many eukaryotic genomes remain incompletely or inaccurately annotated. Over the upcoming years, large-scale initiatives, such as the Earth BioGenome Project, set the goal to sequence, catalog and characterize the genomes of all eukaryotic species. This requires highly scalable and accurate genome annotation methods. One widely used tool for automated annotation of gene structures in eukaryotic genomes is the BRAKER pipeline, which has accumulated over 2300 citations since 2020.
This cumulative dissertation presents methods which improve the state-of-the-art in genome annotation by (A) integrating RNA-Seq and protein homology evidence within the BRAKER pipeline and (B) using deep learning to improve shallow Hidden Markov Model (HMM)-based gene prediction methods. During this thesis three novel tools have been developed that each improved the state-of-the-art accuracy for gene prediction at the time of their publication.
Firstly, the combiner tool TSEBRA is presented, which generates BRAKER annotations that are based on RNA-Seq and protein evidence. Previously, BRAKER could only use either RNA-Seq or protein evidence in a single run. TSEBRA merges the separate RNA-Seq-based (BRAKER1) and protein-based (BRAKER2) predictions into a combined gene set, increasing accuracy beyond the individual inputs.
Secondly, the subsequently developed BRAKER3 pipeline is presented, which uses both RNA-Seq and protein evidence for training and prediction within BRAKER. BRAKER3 achieves state-of-the-art results across diverse eukaryotes and, in particular, improves annotation of large and complex genomes over its predecessors significantly.
Thirdly, Tiberius, a novel deep learning ab initio gene prediction method, is presented. It builds on recent advances by Holst et al. in 2023, which demonstrated that deep learning can improve ab initio gene prediction accuracy beyond shallow HMM-based tools that were state-of-the-art for over 25 years. Tiberius uses sequence-to-sequence layers together with a differentiable HMM, allowing end-to-end training. Benchmarking shows that Tiberius outperforms the accuracy of conventional ab initio tools like AUGUSTUS and, notably, exceeds the accuracy of BRAKER3 on mammalian genomes without requiring extrinsic data, such as RNA-Seq.
Fourthly, biological research applications and relevance of the developed tools are showcased by presenting the results of the genome projects of the ground cherry (Prunus fruticosa), sour cherry (Prunus cerasus) and sunflower sea star (Pycnopodia helianthoides).
In conclusion, BRAKER3 is currently the most accurate general-purpose genome annotation pipeline available, suitable for a wide range of genome annotation projects. In addition, the development of Tiberius represents a paradigm shift towards the use of deep learning methods for gene prediction, which have the potential to replace traditional shallow HMM-based approaches in genome annotation
Properties of allergenic proteases released by Staphylococcus aureus
Full text linkProteases are vital enzymes involved in signaling, homeostasis, and protein turnover. In host-pathogen interactions, bacterial proteases can benefit the pathogen while harming the host. Staphylococcus aureus (S. aureus) secretes several virulence-associated proteases, including six serine-protease like proteins Spl (SplA–SplF) encoded by the spl operon. Uniquely, these proteases promote Th2-skewed responses rather than the typical Th1/Th17 immunity seen with other S. aureus antigens. This prompted our investigation into their role as modulators of host immunity. In this work, we focused on SplA and SplB. In collaboration with other members of the research training group RTG-PRO research group, we successfully established an optimized expression system that yielded highly pure recombinant Spl proteins with preserved post-translational modifications. This enabled the identification of several previously unrecognized Spl substrates, including three intermediate filament proteins (desmin, vimentin, and nestin), heat shock protein beta-1, alpha-enolase 1, and immunoglobulin G. Functional assays revealed that SplA and SplB have a low pro-inflammatory potential, evidenced by weak IL-6 induction in human peripheral blood mononuclear cells and monocytes, but they could prime the inflammasome in murine bone marrow-derived macrophages. Despite this low stimulatory activity, consistent humoral responses were found across diverse human populations, with the induction of specific IgG1, IgG4, and IgE antibodies. Notably, SplB was able to activate human basophils through IgE-mediated mechanisms under appropriate conditions, while serum containing other antibody classes inhibited this activation. To investigate the clinical relevance of our findings, we collaborated with TongRen Hospital to explore the potential role of Spl proteases in a chronic rhinosinusitis (CRS) patient cohort based in Beijing. Nasal swab isolates of S. aureus from both healthy individuals and CRS patients were compared. We observed that the presence of the spl operon was strongly associated with specific S. aureus clonal lineages such as CC5, CC7, and CC8. Notably, splA and splB were the most frequently detected spl genes, present in 59.5% of isolates, while 40.5% of isolates lacked the entire spl operon. We further evaluated serum antibody responses and found that both healthy individuals and CRS patients exhibited anti-Spl IgG1, IgG4, and IgE antibodies. However, CRS patients tended to have higher titers of IgG4 and IgE compared to healthy individuals. Cytokine profiling of nasal polyp tissues obtained during surgical resection revealed that colonization with S. aureus strains harboring the spl operon was associated with a more pronounced Th2 cytokine profile. Overall, we identified several biologically relevant substrates of SplA and SplB, highlighting the protease’s versatility in targeting both extracellular and intracellular host proteins. These targets suggest that SplB may contribute to the dissemination of S. aureus, particularly through the cleavage of intermediate filament proteins, which are critical for maintaining the structural integrity of various cell types. In addition, SplB-mediated cleavage of key substrates involved in immune function, including alpha-enolase 1, heat shock protein beta-1, and Immunoglobulin G suggests a role for this protease in immune modulation and evasion. Moreover, this thesis underscores the immunomodulatory potential of Spl proteases as contributors to Th2 immune polarization during S. aureus colonization or infection and supports the notion of a mechanistic link between Spl proteases and allergic eosinophilic inflammation in chronic rhinosinusitis (CRS).Proteasen sind essenzielle Enzyme, die an Signalübertragung, Homöostase und Proteinabbau beteiligt sind. In der Wirt-Pathogen-Interaktion können bakterielle Proteasen dem Erreger zugutekommen und gleichzeitig den Wirt schädigen. Staphylococcus aureus (S. aureus) sezerniert mehrere virulenzassoziierte Proteasen, darunter sechs serinproteaseähnliche Proteine Spl (SplA–SplF), die vom spl-Operon kodiert werden. Anders als typische S. aureus-Antigene induzieren diese Proteasen bevorzugt Th2-gerichtete Immunantworten statt der sonst üblichen Th1/Th17-Reaktionen. Dies veranlasste uns, ihre Rolle als Modulatoren der Wirtsimmunität näher zu untersuchen.
In dieser Arbeit konzentrierten wir uns auf SplA und SplB. In Zusammenarbeit mit weiteren Mitgliedern der RTG-PRO Forschungsgruppe etablierten wir ein optimiertes Expressionssystem, das hochreine rekombinante Spl-Proteine mit erhaltenen posttranslationalen Modifikationen lieferte. Dies ermöglichte die Identifizierung mehrerer zuvor nicht erkannter Spl-Substrate, darunter drei Intermediärfilamentproteine (Desmin, Vimentin und Nestin), Hitzeschockprotein Beta-1, Alpha-Enolase 1 und Immunglobulin G.
Funktionelle Analysen zeigten, dass SplA und SplB ein geringes proinflammatorisches Potenzial besitzen, was durch eine schwache IL-6-Induktion in menschlichen peripheren mononukleären Zellen und Monozyten belegt wird. Dennoch konnten sie den Inflammasom-Priming-Prozess in murinen Knochenmark-abgeleiteten Makrophagen initiieren. Trotz dieser geringen stimulierenden Aktivität wurden konsistente humorale Antworten in verschiedenen humanen Populationen nachgewiesen, einschließlich der Induktion spezifischer IgG1-, IgG4- und IgE-Antikörper. Bemerkenswerterweise war SplB in der Lage, humane Basophile über IgE-vermittelte Mechanismen unter geeigneten Bedingungen zu aktivieren, während Serum, das andere Antikörperklassen enthielt, diese Aktivierung hemmte.
Zur Untersuchung der klinischen Relevanz unserer Befunde kooperierten wir mit dem TongRen Hospital, um die potenzielle Rolle der Spl-Proteasen in einer Patientenpopulation mit chronischer Rhinosinusitis (CRS) in Peking zu analysieren. Nasenabstrich-Isolate von S. aureus sowohl gesunder Probanden als auch CRS-Patienten wurden verglichen. Wir beobachteten, dass das Vorhandensein des spl-Operons stark mit bestimmten S. aureus-Klonlinien wie CC5, CC7 und CC8 assoziiert war. Auffällig war, dass splA und splB mit 59,5 % am häufigsten detektiert wurden, während 40,5 % der Isolate das gesamte spl-Operon nicht aufwiesen.
Wir untersuchten weiterhin die Serumantikörperantworten und stellten fest, dass sowohl gesunde Personen als auch CRS-Patienten anti-Spl-IgG1-, IgG4- und IgE-Antikörper aufwiesen. CRS-Patienten neigten jedoch zu höheren IgG4- und IgE-Titern im Vergleich zu gesunden Individuen. Zytokinanalysen aus während der Operation entnommenen Nasenpolypgeweben zeigten, dass die Kolonisation durch S. aureus-Stämme mit spl-Operon mit einem ausgeprägteren Th2-Zytokinprofil assoziiert war.
Insgesamt identifizierten wir mehrere biologisch relevante Substrate von SplA und SplB, was die Vielseitigkeit dieser Proteasen in der Spaltung sowohl extrazellulärer als auch intrazellulärer Wirtproteine unterstreicht. Diese Zielstrukturen deuten darauf hin, dass SplB zur Dissemination von S. aureus beitragen könnte, insbesondere durch die Spaltung von Intermediärfilamentproteinen, die entscheidend für die strukturelle Integrität diverser Zelltypen sind. Zudem legt die SplB-vermittelte Spaltung wichtiger Substrate der Immunfunktion, darunter Alpha-Enolase 1, Hitzeschockprotein Beta-1 und Immunglobulin G, eine Rolle dieser Protease in der Immunmodulation und Immunflucht nahe.
Darüber hinaus hebt diese Arbeit das immunmodulatorische Potenzial der Spl-Proteasen als Faktoren der Th2-Immunpolarisierung während der Kolonisation oder Infektion durch S. aureus hervor und unterstützt die Annahme eines mechanistischen Zusammenhangs zwischen Spl-Proteasen und allergischer eosinophiler Entzündung bei chronischer Rhinosinusitis (CRS)