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Materials from CoCreate talk: understanding Open Science together
No full textWarum ist die spannendste Forschung oft dort versteckt, wo niemand drankommt? Open Science möchte Forschung öffnen – für alle. Aber was bedeutet das konkret, und warum sollte sich jede*r beteiligen?
In diesem Themenraum erarbeiteten wir im Gespräch einen ersten Einstieg in Open Science an der Philipps-Universität – und warum das Thema gerade jetzt besonders wichtig ist.
Dies ist die Zusammenfassung als PDF. Die Materialien wurden mit quarto aufbereitet. Der Code und die html zu diesem Dokument sind unter https://doi.org/10.17192/openumr/440 veröffentlicht.Why is the most exciting research often hidden away where no one can access it? Open Science aims to make research accessible to everyone. But what does that mean in concrete terms, and why should everyone get involved?
In this themed room, we discussed how to get started with Open Science at Marburg University – and why the topic is particularly important right now.
This is the summary as a PDF. The materials were prepared using Quarto. The code and HTML for this document are published at https://doi.org/10.17192/openumr/440
Molekulare Koordination von Zellformdeterminanten in Helicobacter pylori: Einblicke in die Dynamik und räumliche Organisation von Peptidoglykan-modifizierenden Komplexen
No full textThe helical morphology characteristic of the widespread human pathogenic organism Helicobacter pylori enables efficient colonization of the epithelial cells of the stomach and makes diseases such as gastric ulcers or gastric cancer more likely. The formation and maintenance of the helical cell shape of H. pylori is the result of the interaction of several proteins, some of which act independently of each other. One group of these proteins comprises the so-called cell shape determinant (Csd) proteins, which, together with the bactofilin CcmA, influence the cell shape by locally defined changes in the structure of the cell shape-determining peptidoglycan. Despite numerous studies that have focused on the identification of these proteins and their interaction with each other through in vitro experiments, little is known about their subcellular localization and dynamics in living cells. Furthermore, the role of the bactofilin CcmA within the complex is not fully understood.
The present work deals with the DD-endopeptidases Csd1 and Csd2, the transmembrane protein Csd7 as a representative of the cell shape-defining proteins, as well as the bactofilin CcmA in H. pylori. This provides the first insight into the organization and dynamics of endopeptidases and their interactors. The knowledge gained enables a refinement of the previously known understanding of how active PG modifications are brought about by the interaction of endopeptidases and other associated factors.
Using a combination of high-resolution structured illumination microscopy and cluster tracking, regions close to the cell poles were defined as areas with the most restricted diffusion of Csd2 and thus its highest activity. Furthermore, a ring-like structure with a global Csd2-Minimum could be identified at these regions, which showed a rotation-like movement. However, this preferred Csd1:Csd2 localization showed only a slight overlap with PG-growing zones at the septum. This implies a specialized function of the endopeptidase that focuses on PG modification rather than PG expansion. The organization of regions close to the cell poles seems to indicate a locally increased enzymatic activity. In addition, the Csd1:Csd2:Csd7 complex showed an independent movement pattern in contrast to other Cell-shape regulating components like Csd5 or CcmA.
The transmembrane protein Csd7 has a stabilizing effect on the Csd1:Csd2 heterodimer, but shows an independent organization in a helical arrangement across the cell length. While static Csd2 occurs preferentially in regions close to the cell pole, static Csd7 exhibits a more widely distributed diffusion behavior. While SMT experiments excluded an effect on the diffusion of Csd7 by CcmA, a spatial proximity to the bactofilin could be observed by bimolecular fluorescence complementation (BiFC). However, this supports the assumption of independence of Csd7 from Csd2, Csd1, and CcmA.
Although CcmA showed no direct interaction affinity to the Csd1:Csd2:Csd7 complex, it still has a significant influence on the helical cell shape of H. pylori. CcmA showed a slight tendency towards
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positive curvature only in the polymerized and thus functional state. The potential interaction partner MinD identified by Co-immunoprecipitation, which is part of the septum-defining system, has a major influence on the diffusion behavior of CcmA. In its absence, an increase in the proportion of functional CcmA polymers was observed. The localization as well as the tendencies towards positive cell curvature remained unchanged, suggesting a polymer inhibitory effect mediated by the MinD. The cell elongation observed by ΔminD, as well as the shortened cell shape at ΔccmA, allows speculation about the influence of CcmA on the positioning of the FtsZ ring.Die für den weit verbreiteten humanpathogenen Organismus Helicobacter pylori charakteristische helikale Morphologie ermöglicht ein effizientes Kolonialisieren der Epithelzellen des Magens und machen Erkrankungen, wie Magengeschwüre oder Magenkrebs wahrscheinlicher. Die Ausbildung und Aufrechterhaltung der helikalen Zellform von H. pylori ist das Resultat von dem Zusammenwirken von mehreren teils unabhängig voneinander agierenden Proteinen. Eine Gruppe dieser Proteine umfasst die sogenannten cell shape determinant (Csd) Proteine, welche zusammen mit dem Bactofilin CcmA die Zellform durch lokal definierte Änderung der Struktur des Zellform-bestimmenden Peptidoglykans beeinflussen. Trotz zahlreicher Studien, welche sich vornehmlich die Identifizierung jener Proteine sowie deren Wechselwirkung zueinander durch in vitro Experimente angenommen haben, sind bisher kaum Kenntnisse über deren subzelluläre Lokalisierung und Dynamiken in lebenden Zellen verfügbar. Darüber hinaus ist die Rolle des Bactofilins CcmA innerhalb des Komplexes nicht gänzlich geklärt.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den DD-Endopeptidasen Csd1 und Csd2, dem Transmembranprotein Csd7 als Vertreter der Zellform definierenden Proteine sowie dem Bactofilin CcmA in H. pylori. Hierbei wird ein erstmaliger Einblick in die Organisation und Dynamik von Endopeptidasen sowie deren Interaktoren gegeben. Die gewonnen Erkenntnisse ermöglichen eine Verfeinerung des bisher bekannten Verständnisses, wie aktive PG Modifikationen durch das Zusammenspiel von Endopeptidasen und weiteren hiermit assoziierten Faktoren bewirkt werden.
Durch eine Kombination von hochauflösender strukturiert beleuchteter Mikroskopie und Cluster Tracking konnten zellpolnahe Regionen als Bereiche mit der eingeschränktesten Diffusion von Csd2 und somit seiner höchsten Aktivität definiert werden. Ferner konnte an diesen Regionen eine Ring-ähnliche Struktur mit einem globalen Csd2-Minimum ausgemacht werden, welche eine rotationsartige Bewegung aufwies. Diese präferierte Csd2:Csd1 Lokalisierung zeigte eine geringe Überlappung mit der am Septum lokalisierten PG-Wachstumszone. Dies impliziert ein spezialisiertes Aufgabengebiet der Endopeptidase, das eher die PG-Modifizierung statt die PG Erweiterung umfasst. Dabei scheint die Organisierung an zellpolnahen Regionen auf eine lokal erhöhte enzymatische Aktivität zu deuten. Der Csd1:Csd2:Csd7-Komplex zeigt ein unabhängiges Bewegungsmuster gegenüber anderen Zellform-regulierenden Komponenten wie Csd5 oder CcmA.
Das Transmembranprotein Csd7 wirkt stabilisierend auf das Csd1:Csd2-Heterodimer, zeigte aber eine eigenständige Organisation in helikaler Anordnung über die Zelllänge hinweg. Während statisches Csd2 bevorzugt in zellpolnahen Bereichen vorkommt, wies statisches Csd7 ein eher weit verteiltes Diffusionsverhalten auf. Während SMT Experimente einen Effekt auf die Diffusion von Csd7 durch CcmA ausschloss, konnte durch Bimolecular flourescence complementation (BiFC) eine
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räumliche Nähe zu dem Bactofilin beobachtet werden. Trotzdem unterstützt dies die Annahme der Unabhängigkeit von Csd7 zu Csd2, Csd1 und CcmA.
Obwohl CcmA keine direkte Interaktionsaffinität zum Csd1:Csd2:Csd7-Komplex aufwies, hat es dennoch einen maßgeblichen Einfluss auf die helikale Zellform von H. pylori. CcmA zeigte nur im polymerisierten und damit funktionalen Zustand eine leicht zur positiven Krümmung tendierte Lokalisierung. Der durch Co-Immunopräzipitation identifizierte potenzielle Interaktionspartner MinD, welcher Bestandteil des Septum-definierenden Systems ist, bewirkt großen Einfluss auf das Diffusionsverhalten von CcmA. In dessen Abwesenheit konnte eine Vergrößerung des Anteils von funktionalen CcmA-Polymeren festgestellt werden. Die Lokalisierung sowie die Tendenzen zur positiven Zellkrümmung blieben unverändert, sodass sich ein Polymer inhibierender Effekt vermittelt durch das MinD vermuten lässt. Die durch ΔminD beobachtete Zellverlängerung sowie die verkürzte Zellform bei ΔccmA lässt Spekulationen über einen Einfluss CcmA des Proteins auf die Positionierung des FtsZ-Rings zu
Vom Zusammenbau zur Sekretion: Entschlüsselung der Rolle der dynamischen Komponenten im Typ-III-Sekretionssystem
No full textMany Gram-negative bacterial pathogens possess a conserved virulence factor called the Type III Secretion System (T3SS), often referred to as the injectisome, which resembles a syringe with an extracellular needle. The T3SS enables these pathogens to inject proteins, known as effectors, directly into the cytoplasm of host eukaryotic cells, manipulating their cellular processes to promote bacterial survival and facilitate infection. Over the past few decades, significant progress has been made in deciphering the precise structure of this nanomachine, providing deeper insights into its function. However, the T3SS and other protein complexes are far from the stable, uniformly defined complexes that these structural studies might suggest. Recent research has revealed that the T3SS undergoes a continuous dynamic protein exchange of its cytosolic components, which correlates with T3SS function, although the direct causal relationship remains unclear.
At the beginning of my thesis, it was not known whether other parts of the T3SS exhibit dynamic behavior and what the biological significance of such dynamics might be. In my PhD research, I studied the dynamic nature of three key parts of the T3SS: the pilotin SctG that assists the formation of the outer membrane ring of the T3SS, the cytosolic components that order the export of the various T3SS substrates, and the structural inner membrane ring component SctD. In the thesis, I show that the dynamics in the T3SS are not limited to the cytosolic components but also extend to include both the lipoprotein SctG in the outer membrane and the integral inner membrane protein SctD. Specifically, SctG transiently associates with the T3SS and primarily diffuses within the membrane. In contrast, the SctD proteins bound to the T3SS undergo subunit exchange with a membrane-associated pool, like what was observed with the cytosolic components, though their exchange occurs with a cytoplasmic pool.
I further found that the dynamic behavior of SctG and SctD plays a crucial role during the assembly process of the T3SS. The diffusion of SctG within the membrane enables to determine the location and promote the assembly of the T3SS. In the following steps of T3SS assembly, the subunit exchange of SctD facilitates the integration of the export apparatus into the inner membrane ring structure that SctD forms. The findings in my thesis further show that once the T3SS is assembled, the dynamic nature of SctG, SctD, and the cytosolic components also significantly contribute to the secretion of the different T3SS substrates. Notably, the absence of SctG strongly disrupts the export of early substrates, like needle components, but has little effect on the late substrates, including effectors. We propose that SctG dissociation from the T3SS triggers a shift in export specificity between these substrate groups. Simultaneously, the development of an SctD mutant, whose exchange can be controlled by crosslinking, revealed reduced effector secretion when exchange was restricted, suggesting that SctD exchange facilitates secretion. Finally, my thesis demonstrates that the cytosolic components SctQ and SctL directly bind to effector/chaperone complexes in the cytoplasm. This interaction supports us to propose a shuttling mechanism that transports effectors from the cytoplasm to the membrane-anchored T3SS, thereby promoting their secretion. Ultimately, our findings presented in this thesis provide significant insight into the dynamic nature of the T3SS, highlighting its crucial role in ensuring proper assembly and function for the injection of virulent effectors.
.Viele gramnegative bakterielle Krankheitserreger besitzen einen konservierten Virulenzfaktor, das sogenannte Typ-III-Sekretionssystem (T3SS), das oft auch als 'Injektisom' bezeichnet wird und einer Spritze mit einer extrazellulären Nadel ähnelt. Das T3SS ermöglicht es diesen Erregern, Proteine, die als Effektorproteine bekannt sind, direkt in das Zytoplasma von eukaryotischen Wirtszellen zu injizieren und deren zelluläre Prozesse zu manipulieren, um das Überleben der Bakterien zu fördern und Infektionen zu erleichtern. In den letzten Jahrzehnten wurden bedeutende Fortschritte bei der Entschlüsselung der genauen Struktur dieser Nanomaschine gemacht, die tiefere Einblicke in ihre Funktion ermöglicht haben. Allerdings sind das T3SS und andere Proteinkomplexe weit von den stabilen, einheitlich definierten Komplexen entfernt, die diese Strukturstudien nahelegen könnten. Jüngste Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die zytosolischen Komponenten des T3SS dynamisch sind und sich kontinuierlichen austauschen. Dies korreliert mit der Funktion des T3SS, obwohl der direkte ursächliche Zusammenhang unklar bleibt.
Zu Beginn meiner Dissertation war nicht bekannt, ob auch andere Teile des T3SS dynamisches Verhalten zeigen und welche biologische Bedeutung diese Dynamik haben könnte. In meiner Doktorarbeit habe ich diese Frage für drei Schlüsselkomponenten des T3SS untersucht: das Pilotin SctG, das dabei hilft, den Ring des T3SS in der äußeren Membran zu bilden, die zytosolischen Komponenten, die den Export der verschiedenen T3SS-Substrate steuern, und SctD, eine strukturelle Komponente des T3SS in der inneren Membran. In der Arbeit zeige ich, dass die Dynamik des T3SS nicht auf die zytosolischen Komponenten beschränkt ist, sondern auch das Lipoprotein SctG in der äußeren Membran und das integrale Innermembranprotein SctD umfasst. SctG assoziiert vorübergehend mit dem T3SS und diffundiert hauptsächlich innerhalb der Membran. Im Gegensatz dazu zeigen die an das T3SS gebundenen SctD-Proteine einen Austausch von Untereinheiten mit einem membranassoziierten Pool, ähnlich wie bei den zytosolischen Komponenten, wobei deren Austausch jedoch mit einem zytoplasmatischen Pool stattfindet.
Ich konnte darüber hinaus auch feststellen, dass das dynamische Verhalten von SctG und SctD eine entscheidende Rolle im Assemblierungsprozess des T3SS spielt. Die Diffusion von SctG innerhalb der Membran ermöglicht es, den Standort des T3SS zu bestimmen und seine Assemblierung zu fördern. In den folgenden Schritten der T3SS-Assemblierung erleichtert der Austausch von SctD-Untereinheiten die Integration des Exportapparates in die von SctD gebildete Innenmembranringstruktur. Die Ergebnisse meiner Dissertation zeigen weiterhin, dass nach der Assemblierung des T3SS die dynamische Natur von SctG, SctD und den zytosolischen Komponenten erheblich zur Sekretion der verschiedenen T3SS-Substrate beiträgt. Bemerkenswert ist, dass das Fehlen von SctG den Export früher Substrate, wie Bestandteile der Nadel, stark beeinträchtigt, aber wenig Einfluss auf die späten Substrate, einschließlich der Effektoren, hat. Basierend auf diesen Daten schlagen wir vor, dass die Dissoziation von SctG vom T3SS eine Verschiebung der Exportspezifität zwischen diesen Substratgruppen auslöst. Eine Mutation in SctD, mit deren Hilfe der Austausch dieses Proteins durch Quervernetzung verlangsamt werden kann, führt zu einer verminderten Effektor-Sekretion, was darauf hindeutet, dass dieser Austausch die Sekretion erleichtert. Schließlich zeigt meine Dissertation, dass die zytosolischen Komponenten SctQ und SctL direkt an Effektor/Chaperon-Komplexe im Zytoplasma binden. Diese Erkenntnis unterstützt die Hypothese eines Shuttle-Mechanismus, der Effektoren vom Zytoplasma zum membranverankerten T3SS transportiert und so deren Sekretion fördert. Letztendlich liefern die in dieser Dissertation präsentierten Ergebnisse bedeutende Einblicke in die Dynamik des T3SS und unterstreichen dessen entscheidende Rolle bei der Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Assemblierung und Funktion für die Injektion virulenter Effektoren
Moderne interventionelle Therapien bei Lebertumoren, Nieren- und Prostatakarzinom: Population-basierte Analysen von 2006 bis 2021
No full textBei einer großen Anzahl an Patienten mit primären oder sekundären Lebertumoren ist eine chirurgische Behandlung nur begrenzt möglich. Oft kommen selbst systemische Behandlun-gen wie die Chemotherapie nicht in Frage da sie erhebliche Nebenwirkungen aufweisen oder nur zu einem eingeschränkten Therapieansprechen führen. Daher wurden in den letzten Jahren moderne interventionelle Therapien wie die selektive interne Radiotherapie (SIRT) entwickelt. Die SIRT gehört heutzutage zur Standardtherapie des Hepatozellulären Karzi-noms (HCC).
Ähnlich nimmt die fokale Therapie bei der Behandlung des Nierenzellkarzinoms in den letz-ten Jahren nicht zuletzt aufgrund des technologischen Fortschrittes einen im höheren Stel-lenwert ein und bietet eine gute Alternative zu klassischen chirurgischen Therapieoptionen. Und auch beim kastrationsresistenten metastasierten Prostatakarzinom kommt die Radi-oligandentherapie mit Lutetium177 immer häufiger zum Einsatz.
Für die Untersuchung der Behandlungstrends der SIRT bei Lebertumoren, fokalen Therapien bei Nierentumoren sowie der Radioligandentherapie beim Prostatakarzinom (PCa) wurden Abrechnungs- und Qualitätsdaten sowie Datensätze der Amerikanischen Krebsregister (SEER-Datenbank) zwischen 2006 und 2021 analysiert. Die Datenbank des Statistischen Bun-desamtes (Destatis) wurde für die Analyse aller Therapieverfahren verwendet, während die Qualitätsberichte der deutschen Krankenhäuser zur Identifizierung der nationalen Anbieter herangezogen wurden.
Für die SIRT stiegen die jährlichen Fallzahlen von 99 im Jahr 2006 auf 1605 im Jahr 2015 (p < 0,001; Anstieg um 1521 %) und sanken auf 1175 Fälle im Jahr 2019 (p < 0,001). Im Jahr 2008 führten 6 von 21 Krankenhäusern (28,6 %) mehr als 20 SIRTs pro Jahr durch, was bis 2021 auf 19 von 53 (35,8 %) anstieg. Der Anteil der SIRT für das HCC stieg von 29,8 % im Jahr 2006 auf 44,7 % im Jahr 2019 (p < 0,001) und für das Cholangiozelluläre Karzinom (CCC) von 0 % im Jahr 2006 auf 9,5 % im Jahr 2019 (p < 0,001), während der Anteil der SIRT für Lebermetastasen von 70,2 % im Jahr 2006 auf 45,7 % im Jahr 2019 sank (p < 0,001).
Bei der Behandlung des Nierenzellkarzinoms stieg der Anteil der fokalen Therapien in den USA von 2,4 % im Jahr 2006 auf 6,4 % im Jahr 2019 (p < 0,001). In Deutschland stieg der Anteil an fokalen Therapien von 0,7 % im Jahr 2006 auf 2,0 % im Jahr 2019 (p < 0,001).
Auch die Radioligandentherapie mit Lutetium (177Lu-PSMA-RLT) verzeichnete eine starke Zunahme im untersuchten Behandlungszeitraum. Die Anzahl an 177Lu-PSMA-RLT stieg konti-nuierlich von insgesamt 1026 Therapien im Jahr 2016 auf 3328 Therapien im Jahr 2020 an.
Da es bislang keinerlei Daten zur Versorgungssituation in Deutschland für die SIRT-Behandlung, die Radioligandentherapie und die fokale Therapie bei Nierentumoren gab konnten wir anhand unserer Untersuchungen belegen, dass die modernen interventionellen Therapien eine zunehmend wichtigere Rolle in der Behandlung verschiedener Tumorerkran-kungen einnehmen und zur Standardversorgung in der onkologischen Behandlung gehören. Dabei sahen wir auch einen Trend zur Zentralisierung der interventionellen Therapien.
Summary
In a large number of patients with primary or secondary liver tumors, surgical treatment is only possible to a limited extent. Often, even systemic treatments such as chemotherapy are not an option, as they have significant side effects or lead to only a limited therapeutic response. Therefore, in recent years, modern interventional therapies such as selective in-ternal radiotherapy (SIRT) have been developed. Today, SIRT is considered a standard thera-py for hepatocellular carcinoma (HCC).
Similarly, focal therapy has gained increasing importance in the treatment of renal cell car-cinoma in recent years, not least due to technological advancements, and offers a good al-ternative to traditional surgical treatment options. Radioligand therapy with Lutetium-177 is also being used more frequently in cases of castration-resistant metastatic prostate cancer.
To investigate treatment trends in SIRT for liver tumors, focal therapies for kidney tumors, and radioligand therapy for prostate cancer (PCa), reimbursement as well as quality data and datasets from the American cancer registry (SEER database) between 2006 and 2021 were analyzed. The database of the German Federal Statistical Office (Destatis) was used to analyze all therapeutic procedures, while the quality reports of German hospitals were used to identify national providers.
For SIRT, the annual case numbers increased from 99 in 2006 to 1,605 in 2015 (p < 0.001; increase of 1,521%) before declining to 1,175 cases in 2019 (p < 0.001). In 2008, 6 out of 21 hospitals (28.6%) performed more than 20 SIRTs per year, which increased to 19 out of 53 (35.8%) by 2021. The proportion of SIRT procedures for HCC rose from 29.8% in 2006 to 44.7% in 2019 (p < 0.001), and for cholangiocarcinoma (CCC) from 0% in 2006 to 9.5% in 2019 (p < 0.001), while the proportion of SIRT for liver metastases declined from 70.2% in 2006 to 45.7% in 2019 (p < 0.001).
In the treatment of renal cell carcinoma, the proportion of focal therapies in the U.S. in-creased from 2.4% in 2006 to 6.4% in 2019 (p < 0.001). In Germany, the proportion of focal therapies rose from 0.7% in 2006 to 2.0% in 2019 (p < 0.001).
Radioligand therapy with Lutetium-177 (177Lu-PSMA-RLT) also showed a significant in-crease during the observed treatment period. The number of 177Lu-PSMA-RLT therapies steadily increased from a total of 1,026 treatments in 2016 to 3,328 treatments in 2020.
Since there were previously no data available on the care situation in Germany for SIRT treatment, radioligand therapy, and focal therapy for kidney tumors, our study was able to demonstrate that modern interventional therapies are playing an increasingly important role in the treatment of various tumor diseases and are becoming part of standard oncological care. We also observed a trend toward the centralization of interventional therapies.The aim of this study was to investigate trends in selective internal radiation therapy (SIRT)
for hepatocellular carcinoma (HCC), cholangiocarcinoma (CCC), and liver metastasis in Germany.
We analyzed the nationwide German hospital billing database from 2006 to 2019 for the diagnosis
of HCC, CCC or liver metastasis in combination with SIRT. For analyses of SIRT on the hospital
level, we used the reimbursement.INFO tool based on German hospitals’ quality reports from 2008 to
2021. Linear regression analysis was performed to detect changes over time. We included a total of
14,165 SIRT procedures. The annual numbers increased from 99 in 2006 to 1605 in 2015 (p < 0.001;
increase by 1521%), decreasing to 1175 cases in 2019 (p < 0.001). In 2008, 6 of 21 hospitals (28.6%)
performed more than 20 SIRTs per year, which increased to 19 of 53 (35.8%) in 2021. The share of SIRT
for HCC increased from 29.8% in 2006 to 44.7% in 2019 (p < 0.001) and for CCC from 0% in 2006 to
9.5% in 2019 (p < 0.001), while the share of SIRT for liver metastasis decreased from 70.2% in 2006 to
45.7% in 2019 (p < 0.001). In-hospital mortality was 0.2% after the SIRT procedure. Gastritis (2.7%),
liver failure (0.4%), and sepsis (0.3%) were the most common in-hospital complications reported.
We observed an increase in SIRT procedures in Germany, with the number of hospitals offering the
procedure going up from 21 in 2008 to 53 in 2021. While the treatment of liver metastasis remains the
most common indication, SIRT for HCC and CCC increased significantly over the last few years. The
mortality and complication rates show that SIRT is a relatively safe procedure
Synthesis of functionalized cyclooctynes for the covalent and non-covalent layer-by-layer synthesis on the silicon-semiconductor surface and a monomer for the on-surface synthesis
No full textIm Rahmen dieser Arbeit konnten zunächst sowohl Bisalkin 26 als auch Bisazid 69 im Gramm-Maßstab hergestellt werden. Diese wurden dazu genutzt um in Kooperation mit der AG DÜRR zunächst eine wohldefinierte anorganisch-organische Grenzfläche auf der Si(001)-Halbeiteroberfläche aufzubauen. Die modifizierte Oberfläche 27 diente als Basis für ein Schichtsynthese in Lösung, welche sich durch eine alternierende Abfolge der CuAAC- und SpAAC-Click-Reaktionen auszeichnete. Dadurch erfolgte der erfolgreiche Aufbau eines 11-lagigen organischen Films (Schema 124).[119]
Außerdem wurden die Synthesen diverser Cyclooctine untersucht, welche als Kandidaten für eine non-kovalente Layer-by-Layer Synthese auf Si(001) gelten (Abb. 34). Basierend auf einem Vorläufer des Bisalkins 26 gelang die Synthese der bisher unbekannten Cyclooctine 134 und 135, welche eine Carbonsäure bzw. ein sekundäres Amid als funktionelle Gruppe aufweisen. Die Synthese des Imid-Cyclooctins 237 konnte durch eine elegante [2+2]-Photocycloaddition realisiert werden.[120] Erste supramolekulare Untersuchungen auf Grundlage dieses Cyclooctins erfolgten ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit. Außerdem konnte die Synthese des Pyrrol-Cyclooctins 140 erfolgreich durchgeführt werden, wobei der Heteroaromat in einer klassischen BARTON-ZARD Reaktion aufgebaut werden konnte.
Diese Cyclooctine können nun für ihren potentiellen Einsatz in der non-kovalenten Layer-by-Layer Synthese auf Si(001) untersucht werden.
Die Synthese des Barbitursäure-Cyclooctins 136, Uracil-Cyclooctins 137 und Lactam-Cyclooctins 138 wurde ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit untersucht, jedoch führten diese aufgrund diverser Faktoren nicht zur jeweils geplanten Zielstruktur. Die des Barbitursäure-Cyclooctins 136 scheiterte vorrangig aufgrund der extrem schlechten Löslichkeit, sobald der Heterocyclus in 162 aufgebaut wurde. Im Falle des Lactam-Cyclooctins 137 konnte das cyclische Alkin nicht erfolgreich isoliert werden, da die Lactam-Funktionalität zu transannularen Nebenreaktionen während der Reaktion führte. Die Vorläufer 176 und 201 des Uracil-Cyclooctins 137 konnten hergestellt werden, jedoch traten Uracil-typische Nebenreaktionen bei der Bromierung von 176 auf bzw. führte die Ringschlussmetathese von 201 nicht zum cyclischen Vinylbromid (Schema 125).
Ebenso konnte das Diiod-Terphenyl 141 (Abb. 35) erfolgreich dargestellt werden. Dieses Monomer dient in der Kollaboration mit der AG GOTTFRIED als potentieller Precursor für die Synthese des Biphenylen-Netzwerks auf der Al2O3-Oberfläche.As part of this work, both bisalkyne 26 and bisazide 69 were synthesized in gram-scale. In cooperation with the DÜRR group, these molecules were used to create a well-defined inorganic-organic interface on the Si(001) semiconductor surface. The modified surface 27 served as basis for the solution-based layer-by-layer synthesis that used CuAAC and SpAAC click reactions in an alternating sequence. This led to the formation of an 11-layered organic film (scheme 1).[119]
In addition, the syntheses of various cyclooctynes were investigated, which are considered candidates for the non-covalent layer-by-layer synthesis on Si(001) (figure 1). Based on a synthetic precursor of bisalkyne 26, the yet unknown cyclooctynes 134 and 135, containing a carboxylic acid and secondary amide as functional group, were synthesized successfully. The synthesis of the imide cyclooctyne 237 was realized by an elegant [2+2]-photocycloaddition.[120] First supramolecular studies based on this cyclooctyne were also carried out within the scope of this work. Additionally, the synthesis of pyrrole cyclooctyne 140 was achieved using a classic BARTON-ZARD approach for the synthesis of the heterocycle.
These cyclooctynes can now be investigated for their potential use in the non-covalent layer-by-layer synthesis on Si(001).
The syntheses of barbituric acid cyclooctyne 136, uracil cyclooctyne 137 and lactam cyclooctyne 138 were also investigated as part of this work, but did not lead to the planned target structured due to various reasons. The synthesis of barbituric acid cyclooctyne 136 failed primarily due to its extremely poor solubility as soon as the heterocycle in 162 was formed. In the case of lactam cyclooctyne 138, the cyclic alkyne could not be successfully isolated, because the lactam moiety led to transannular side reactions during the reaction. The precursors 176 and 201 of uracil cyclooctyne could be prepared, but uracil-typical side reactions occurred during bromination of 176 and ring-closing metathesis of 201 did not form cyclic vinyl bromide (scheme 2).
Also, the diiodo-terphenyl 141 (Fig. 2) was synthesized successfully. This monomer serves as a potential precursor for the synthesis of the biphenylene network on the Al2O3-surface, which is investigated within the collaboration with the GOTTFRIED group
Jacob Burckhardt - Ein Kunsthistoriker auf Reisen : Karl Christ zum 75. Geburtstag
No full textAusgedehnte Reisen zur Betrachtung von Kunst bildeten die unentbehrliche Basis für Burckhardts wissenschaftliche Publikationen, für seine Tätigkeit als Dozent der Kunstgeschichte und, zu Beginn seiner beruflichen Laufbahn, auch zur materiellen Sicherung seiner Existenz. Schon als junger Student war er der Ansicht, daß eine "sogenannte Pläsierreise" für einen "wahrhaft Gebildeten ein reines Unding und eine Unmöglichkeit " sei. Die von ihm selbst gelegentlich als "tugendhafte Bildungsreise" (IV, 251) abgetanen Galerie- und Architekturstudien bildeten, insbesondere wenn sie in den Süden führten, eine unversiegbare Quelle nicht nur des Kunstgenusses: "Ich muß lachen", schreibt der 60jährige Burckhardt aus Forli in der Romagna, "wenn ich daran denke daß es Leute giebt, welche sehr unglücklich wären, wenn sie meine tour durch diese einzelnen Nester unter der Firma einer Vergnügungstour mitmachen müßten, weil sie unter Vergnügen etwas Anderes verstehen als ich, und an dem unermeßlichen Reichthum Italiens keinen eigentlichen Antheil nehmen." (VI, 265) Die Sehnsucht Mignons, die auch Burckhardt umtreibt, läßt ihn nicht nur leiden, sondern auch glücklich sein. "Ich weiß, es jetzt", schreibt er 1846, "daß ich außerhalb Rom's nie mehr recht glücklich sein werde und daß mein ganzes Streben sich thörichter Weise in dem Gedanken concentriren wird, wieder hinzukommen und wäre es auch als Lakai eines Engländers." (III, 36f.) Diese jugendliche Überschwenglichkeit, die Überzeugung, menschliches Glück hinge an einem bestimmten Aufenthaltsort, wird zwar zunehmend von weiseren Einsichten überlagert, doch vermögen diese seinen Traum vom wahren Leben unter italienischer Sonne nicht völlig auszulöschen. Besonders nach den arbeits- und entbehrungsreichen Jahren der beruflichen Konsolidierung in Zürich und Basel, die von einem 20jährigen Verzicht auf Italien begleitet wurden, gewinnen während der Italienreise der Jahre 1875/76 die alten Gefühle nahezu ungebrochen wieder Kontur. In den Briefen aus dieser Zeit häufen sich Beobachtungen über die unbeschwerte Lebensart Italiens und die Schönheit und Klugheit seiner Menschen. Was den Modernitätsmüden darüber hinaus anzieht, ist das Sichgleichbleiben der Menschen und des Landes: "Italien aber ist ja Italia aeterna und heut wie vor 29 Jahren jagen sie auf ungesattelten Pferden dahin nicht nur weil sie Gleichgewicht und Schluß haben sondern auch weil sie mit Schmutz an das Thier festgebacken sind, und so ist es in allen Dingen; Verkehr und Gespräch mit den Leuten sind unendlich amusant, und Menschen sind und bleiben sie und werden es auch nächstes Jahr noch sein."
Liganden-induzierte Aktivierung des M3-muskarinischen Acetylcholinrezeptors
No full textThis thesis explores the computer-aided drug design of the M3-muscarinic acetylcholine receptor in three chapters. The first chapter focuses on molecular docking to identify novel agonists using the ZINC12
library. A model of the M3 receptor was built based on the M2 receptor. DOCK3.6 was applied using
four docking strategies: (1) docking with the lead-like library (ZINC12) in the active conformation,
(2) in the inactive conformation, (3) with the fragment-like library in the active conformation,
and (4) using only quaternary ammonium ions. A receiver operating characteristic (ROC) curve
with known ligands and decoys validated the docking results. Python scripts helped filter and
analyze structures, revealing a library bias in DOCK3.6 with ZINC12. To test selected molecules,
a Gq-activation assay from Cis-Bio was used. Since some molecules were weak binders, a competition assay was introduced, where a variable concentration of Carbachol was tested against a
fixed high concentration of the test molecule. This study identified 53 novel ligands, including 25
agonists. The second chapter expands on these results. Due to the observed library bias, a collaboration with organic chemists allowed the synthesis of non-commercially available molecules.
Molecular dynamics (MD) simulations showed that known ligands rarely formed hydrogen bonds
with N6.52. To investigate this, acetylcholine was modified to tetramethylammonium, confirming its agonist activity. Nine subchapters explore different structure-activity relationships (SAR).
These include modifications such as extending the n-alkyl chain, introducing branched or cyclic
ammonium groups, and linking quaternary ammonium to a phenyl group. Additionally, one subchapter investigates the influence of other G proteins on Gq activation. A total of 108 molecules
were tested in this thesis. The third chapter introduces a method for analyzing molecular dynamics simulations, called pose-population analysis. This tool quantifies the frequency of masked
atoms at specific positions, allowing comparison between simulations. Two similarity functions
were used: density similarity, measuring overlap at a position, and translational similarity, comparing spatial distributions. Six simulations were analyzed, focusing on acetylcholine and pilocarpine bound to M3 alone, M3 with Gq, and M3 with β-arrestin. The key residue, N6.52, showed
low density similarity (10%) but high translational similarity (80%). As this residue is covalently
bound to the receptor, its conformational space is restricted. The high translational similarity in-
2Summary
dicates that different effector proteins stabilize distinct conformations. This tool enables quantitative comparisons of molecular dynamics simulations.Diese Arbeit untersucht das computergestützte Wirkstoffdesign für den M3-muskarinischen Acetylcholinrezeptor in drei Kapiteln. Im ersten Kapitel
wird molekulares Docking verwendet, um neue Agonisten mit der ZINC12-Bibliothek zu identifizieren. Ein Modell des M3-Rezeptors wurde basierend auf dem M2-Rezeptor erstellt. DOCK3.6
wurde mit vier Strategien angewendet: (1) Docking mit der lead-like Bibliothek (ZINC12) in der aktiven Konformation, (2) in der inaktiven Konformation, (3) mit der fragment-like Bibliothek in der
aktiven Konformation und (4) nur mit quaternären Ammoniumionen. Eine Receiver-OperatingCharacteristic (ROC)-Kurve mit bekannten Liganden und Decoys validierte die Dockingergebnisse.
Python-Skripte halfen bei der Filterung und Analyse, wobei eine Bibliotheksverzerrung festgestellt
wurde. Zur Überprüfung der Moleküle wurde ein Gq-Aktivierungsassay von Cis-Bio verwendet. Da einige Moleküle schwach bindend waren, wurde ein Wettbewerbsassay eingeführt, bei
dem eine variable Konzentration von Carbachol gegen eine feste hohe Konzentration des Testmoleküls getestet wurde. Insgesamt wurden 53 neue Liganden identifiziert, darunter 25 Agonisten. Das zweite Kapitel baut auf diesen Ergebnissen auf. Aufgrund der Bibliotheksverzerrung wurden in Zusammenarbeit mit organischen Chemikern nicht kommerziell erhältliche Moleküle synthetisiert. Molekulardynamik (MD)-Simulationen zeigten, dass bekannte Liganden selten Wasserstoffbrücken mit N6.52 bilden. Um dies zu untersuchen, wurde Acetylcholin zu Tetramethylammonium modifiziert, das als Agonist bestätigt wurde. Neun Unterkapitel untersuchen verschiedene
Struktur-Wirkungs-Beziehungen (SAR). Dazu gehören Änderungen wie die Verlängerung der nAlkylkette, Einführung verzweigter oder cyclischer Ammoniumgruppen sowie die Verknüpfung
von quaternärem Ammonium mit einer Phenylgruppe. Ein Unterkapitel analysiert den Einfluss
anderer G-Proteine auf die Gq-Aktivierung. Insgesamt wurden in dieser Arbeit 108 Moleküle
getestet. Das dritte Kapitel stellt eine Methode zur Analyse von Molekulardynamik-Simulationen
vor: die Pose-Population-Analyse. Dieses Tool quantifiziert die Häufigkeit maskierter Atome an
bestimmten Positionen, um Simulationen zu vergleichen. Zwei Ähnlichkeitsfunktionen wurden
verwendet: Dichteähnlichkeit, die Überlappungen an einer Position misst, und translatorische
Ähnlichkeit, die räumliche Verteilungen vergleicht. Sechs Simulationen wurden analysiert, wobei
Acetylcholin und Pilocarpin an M3 allein, M3 mit Gq und M3 mit β-Arrestin gebunden waren. Der
Schlüssellrest N6.52 zeigte eine geringe Dichteähnlichkeit (10 %), aber eine hohe translatorische
3Summary
Ähnlichkeit (80 %). Da dieser Rest kovalent an den Rezeptor gebunden ist, ist sein Konformationsraum eingeschränkt. Die hohe translatorische Ähnlichkeit zeigt, dass verschiedene Effektormoleküle unterschiedliche Konformationen stabilisieren. Dieses Tool ermöglicht quantitative
Vergleiche von Molekulardynamik-Simulationen
Darstellung und funktionelle Analyse von extrazellulären Vesikeln im Kontext epithelialer Aktivierungsprozesse bei Asthma bronchiale
No full textDie zentrale Fragestellung der vorliegenden Arbeit bestand darin zu untersuchen, ob von Zellen sezernierte extrazelluläre Vesikel (EVs) eine Funktion in der interzellulären Kommunikation übernehmen und so zur Entstehung und Ausbreitung entzündlicher Prozesse in den Atemwegen bei Asthma bronchiale beitragen. Die Untersuchungen wurden in vitro mittels Zellen der humanen bronchialen Epithelzelllinie BEAS-2B durchgeführt. Es wurden EV-Proben verwendet, die aus Überständen von Air-liquid-interface-Kulturen primärer, bronchialer Epithelzellen von gesunden bzw. asthmatischen Spendern gewonnen wurden. Zur Isolation der EVs wurde eine Kombination aus Ultrafiltration und Größenausschlusschromatographie eingesetzt. Aus den Ergebnissen von Voruntersuchungen ging hervor, dass diese Methode gut geeignet ist, um EVs aus einer Probe zu konzentrieren und dabei ihre morphologischen sowie funktionellen Eigenschaften zu erhalten.
Im Rahmen der Arbeit sollte zunächst die Hypothese überprüft werden, dass EVs durch epitheliale Empfängerzellen aufgenommen werden. Hierzu wurden EVs durch verschiedene Fluoreszenzfarbstoffe markiert. Von den getesteten Farbstoffen stellte sich die Anfärbung mit Carboxyfluorescein-Succinimidyl-Ester (CFSE) als die beste Variante der Fluoreszenzmarkierung für apikal und basal freigesetzte EVs von primären humanen bronchialen Epithelzellen heraus. Im Folgenden wurde die Aufnahme von CFSE-markierten apikalen EVs durch Empfängerzellen konfokalmikroskopisch analysiert. Dabei zeigte sich, dass diese EVs nach sechs Stunden zwar an Zellen gebunden vorlagen, sie schienen jedoch nicht durch Empfängerzellen aufgenommen worden zu sein.
Des Weiteren wurde die Hypothese getestet, dass apikale EVs, die von Zellen asthmatischer Spender stammen, im Gegensatz zu EVs gesunder Donoren eine proinflammatorische Reaktion in gesunden Empfängerzellen auslösen. Hierzu wurden BEAS-2B Zellen für 24 Stunden durch EVs aus bronchialen Epithelzellen gesunder beziehungsweise asthmatischer Spender stimuliert. Die Reaktion der Zellen wurde durch quantitative-Polymerase-Ketten-Reaktion (RT-qPCR) zum Nachweis der Expression verschiedener Gene, Enzym-gekoppeltem Immunadsorptionstest (ELISA) für Interleukin 8 und indirekte Stickstoffmonoxid-Quantifizierung nach Griess analysiert. Dabei wurden die Ergebnisse nach Stimulation durch EVs jeweils den Ergebnissen einer unstimulierten Negativkontrolle und einer durch Lipopolysaccharid stimulierten Probe gegenübergestellt. Für alle ausgewählten Gene der Tight-Junction-Proteine zeigten sich gegenüber der Negativkontrolle signifikant verminderte Expressionslevel nach Stimulation durch EVs asthmatischer Spender. Dies kann als Ausdruck einer gestörten Barrierefunktion und einer erhöhten Durchlässigkeit des Epithels im Rahmen einer asthmatischen Atemwegsentzündung gedeutet werden. Für die ausgewählten epithelialen Entzündungsmarker sowie das PYD- und CARD-Domäne-enthaltende-Gen wurden verminderte oder unveränderte Expressionslevel nach Stimulation durch EVs asthmatischen Ursprungs beobachtet. Im Gegensatz zu EVs von Asthma-Patienten konnten EVs gesunder Spender für keines der ausgewählten Gene eine signifikante Änderung der Genexpression auslösen. Allein die Translation von Interleukin 8 war auch nach Stimulation durch EVs gesunder Spender vermindert.
Zusammenfassend weisen die erhaltenen Ergebnisse auf eine mögliche Beteiligung von EVs an der interzellulären Signalübermittlung bei Asthma hin. Sie scheinen zur Entstehung und Ausbreitung einer asthmatischen Entzündungsreaktion beizutragen. Somit könnte ihre weitere funktionelle Analyse ein bedeutender Aspekt sein, um ein tieferes Verständnis zugrundeliegender Pathomechanismen von Asthma bronchiale zu erlangen. Perspektivisch könnte es aufgrund der Heterogenität von Pathomechanismen von Asthma bronchiale sinnvoll sein, Endotypen von asthmatischen Spendern spezifisch zu analysieren, um Ergebnisse funktioneller Untersuchungen von EVs besser einordnen zu können. Weitere Untersuchungen anhand anderer experimenteller Systeme und ggf. auch anhand anderer Empfängerzellen sind notwendig, um die Reproduzierbarkeit der erhaltenen Ergebnisse zu prüfen. Außerdem sollten neben EVs auch die zugehörigen EV-freien Proben im Hinblick auf eine Aktivierung von Zielzellen analysiert werden. Möglicherweise könnte eine synergistische Kombination von EVs und löslichen Bestandteilen wie Proteinen in den Überständen der Epithelzellkulturen erforderlich sein, um das volle Potential der Signalübermittlung durch EVs auszuschöpfen.
Die Analyse der Funktionen von EVs für pathologische Prozesse bei Asthma bronchiale birgt großes Potential zugrundeliegende Pathomechanismen zu verstehen und beitragende Akteure des Entzündungsgeschehens zu identifizieren. Sollten sich EVs als wichtige Faktoren der Signalübermittlung bei Asthma erweisen, könnte eine Hemmung entsprechender Funktionen als innovativer Ansatz zur Entwicklung individualisierter Therapiekonzepte dienen. Daneben könnten EVs in Zukunft auch in der Diagnostik zur Identifikation von Asthma-Endotypen von Bedeutung sein, da sie in Abhängigkeit des Zustandes ihrer Ursprungszelle verschiedene Signalmoleküle transportieren. Darüber hinaus stellen EVs einen vielversprechenden Ansatz zur zielgerichteten Verteilung von Medikamenten dar. Sicherlich werden weitere methodische Verbesserungen entscheidend dazu beitragen das noch junge Forschungsfeld der EVs weiterhin und tiefergehender zu explorieren.The major aim of the present study referred to the question, whether extracellular vesicles
(EVs), that are released by cells, play a role in intercellular communication mechanisms and
thereby contribute to the emergence and propagation of inflammatory processes in the airways
during asthma. The respective analyses were conducted in vitro using cells of the human
bronchial epithelial cell line BEAS-2B. EVs were obtained from cell culture supernatant of
healthy and asthmatic primary bronchial epithelial cells cultured under air-liquid-interface
conditions. EVs were concentrated by a combination of ultrafiltration and size exclusion
chromatography. The results of preliminary experiments suggested that this method was well
suited to concentrate EVs in a sample without compromising their morphological and functional
properties.
Within the scope of this study, initially the hypothesis should be examined, that EVs are taken
up by recipient epithelial cells. Therefore, EVs were labelled by different fluorescence dyes. Of
the tested dyes carboxyfluorescein-succinimidyl-ester (CFSE) proved to be the most promising
labeling approach for extracellular vesicles originating from the apical and basal compartment
of primary bronchial epithelial cells. Thereafter the uptake of CFSE-labelled apical EVs was
investigated by confocal microscopy. It was shown that EVs seemed to become attached to
the cell surface rather than having been incorporated by recipient cells after six hours of
incubation time.
The second hypothesis to be tested in this study implied, that apical EVs from asthmatic cells
in contrast to EVs from healthy cells induce an inflammatory response in healthy recipient cells.
For this purpose, BEAS-2B cells were incubated with EVs of healthy or asthmatic origin for 24
hours. The extend of a potential inflammatory response of the recipient cells was examined by
real-time-quantitative-polymerase-chain-reaction (RT-qPCR) to detect the expression of a
variety of related genes, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for Interleukin 8 and
by indirect quantification of nitric oxide according to Griess. In each case the results after
stimulation by EVs were compared to unstimulated negative and lipopolysaccharide-
stimulated positive control samples. For all selected genes of tight-junction-proteins a
significant decrease of expression as compared to the negative control was detected after
stimulation by EVs from asthmatic patients. This might hint to an impaired barrier function and
an increased epithelial permeability during asthmatic airway inflammation. For the selected
epithelial inflammatory markers as for the PYD and CARD domain containing gene a
decreased or unaltered expression was detected after stimulation by EVs of asthmatic origin.
In contrast to EVs from asthmatic patients EVs form healthy donors did not cause a significant
change in the expression of any of the selected genes. Only the translation of Interleukin 8
was decreased after stimulation by EVs from healthy donors.
In summary, the results suggest a potential role of EVs in intercellular signaling processes in
asthma. They seem to contribute to emergence and propagation of asthmatic inflammatory
processes. Hence further examination of extracellular vesicle function might substantially add
to our understanding of underlying pathomechanisms of asthma. Prospectively it might be
helpful to specifically analyze EVs from asthmatic patients affected by different endotypes of
the disease to evaluate results on a more substantiated basis as heterogenic and multiple
pathomechanisms possibly induce different forms of inflammatory responses. Further
experiments with other experimental systems and perhaps other recipient cells are necessary
to verify the reproducibility of obtained results suggesting a signal transmitting function of EVs
in asthma. Furthermore, associated non-EV samples should be analyzed in parallel to identify
their functional contribution to signal transmission processes. Conceivably a synergistic
interaction of EVs and soluble components like proteins might be crucial to exploit the full
signal transmitting potential of EVs.
A more profound knowledge of EV function may certainly contribute to further improve our
understanding of pathomechanisms and to identify players involved in asthma development.
Should EVs be proven to significantly contribute to asthmatic inflammatory processes, their
inhibition might represent a novel approach for individualized concepts of therapy. In addition,
EVs might also serve as tools for a better diagnosis of different asthma endotypes, since the
information they carry depends largely on the status of their originating cell. Furthermore, there
are attempts to instrumentalize EVs as a promising system for drug delivery into the human
body. Certainly, further improvement of methods will have a major impact on advances on the
still emerging but promising field of EV research
Brain structure associated with autism-like features in a non-clinical population
No full textWithin the present studies, we used the AQ to determine autistic-like traits within
healthy subjects and then performed morphometric analyses, resting state
functional MRI (fMRI) analyses as well as DTI analysis to show structural and
functional brain variations associated with these autistic-like traits.
We analysed magnetic resonance imaging (MRI) data of 250 psychiatrically
healthy subjects. We used voxel-based morphometry of T1-MRIs (Computational
Anatomy Toolbox) and tract-based spatial statistics for diffusion tensor imaging
data. We also analysed sets of MRI data of 233 psychiatrically healthy subjects
using surface-based morphometry (SBM) and resting state fMRI data to further
evaluate those brain variations.
We measured not only the AQ total score but also calculated the subscale scores
to get further information. With this, we wanted to evaluate if any of the correlations
with brain parameters were driven by a specific subscale rather than the overall
AQ score. Since the different subscale scores of the AQ represent different facets
of ASD, as in different autistic-like traits, this could help us to further understand
the aetiology of the disorder.In den vorliegenden Studien wendeten wir den AQ an, um autistisch-ähnliche Züge
in psychiatrisch gesunden Probanden zu bestimmen und führten dann
morphometrische Studien, resting state functional MRI (fMRI) Analysen sowie DTI
Analysen durch, um strukturelle und funktionelle Gehirnvariationen zu
identifizieren, welche mit diesen autistisch-ähnlichen Zügen assoziiert sind. Hierfür
untersuchten wir Magnetresonanztomographie (MRT) Daten von 250 psychisch
gesunden Probanden. Wir wendeten voxel-based morphometry von T1-
gewichteten MRTs (Computational Anatomy Toolbox) und tract-based spatial
statistics für die DTI Daten an. Wir untersuchten ebenfalls ein MRT Datenset von
233 psychisch gesunden Probanden mithilfe von surface-based morphometry
(SBM) und resting state fMRI Analysen um diese Gehirnvariationen weiter zu
evaluieren. Wir haben nicht nur den AQ Gesamtscore berechnet, sondern
ebenfalls verschiedene Subskalen, um weitere Informationen zu erhalten. Hiermit
untersuchten wir, ob Korrelationen mit Gehirn Parametern eher durch eine
spezifische Subskala als durch den Gesamt-AQ-Score gefördert wurden. Da die
verschiedenen Subskalen des AQ die unterschiedlichen Facetten von ASD
repräsentieren, im Sinne von unterschiedlichen autistisch-ähnlichen Zügen, kann
dieses Vorgehen uns helfen die Ätiologie der Krankheit besser zu verstehen
Characterization of astrocytes in the corpus callosum of the mouse
No full textAstrozyten galten historisch als homogene Zellpopulation, was mittlerweile widerlegt wurde. Sowohl anhand von morphologischen Parametern, als auch Genexpressionsprofilen lassen sich weitaus mehr astrozytäre Subtypen finden, als die klassische Einteilung in protoplasmatische und fibrilläre Astrozyten. Fibrilläre Astrozyten sind allerdings immer noch weitaus unerforschter als protoplasmatische. Die hier vorgestellten Untersuchungen der Astrozyten im Corpus callosum (CC) der Maus sollen helfen, die dort liegenden Astrozyten genauer zu charakterisieren und potentielle Unterschiede dieser zwischen den verschiedenen Subregionen des CC (Genu, rostraler Körper, anteriorer Mittelkörper, posteriorer Mittelkörper, Isthmus und Splenium) zu entdecken.
Die morphologischen Eigenschaften, wie die Eigenschaften der Fortsätze, die konvexe Hülle, der Komplexitätsindex und die Sholl-Analyse der Astrozyten unterschieden sich nur geringfügig zwischen den verschiedenen Subregionen des CC. Obwohl signifikante Unterschiede in der Anzahl an Primärfortsätzen, dem Komplexitätsindex und der durchschnittlichen Fortsatzlänge in einigen Unterregionen festgestellt wurden, zeigten sich keine signifikanten Unterschiede bei den anderen morphologischen Parametern. Zur Bestätigung der Funktionsweise der Methode wurden einzelne Parameter mit denen protoplasmatischer Astrozyten aus dem Nucleus caudatus vergeglichen, die erwartete signifikante Unterschiede zeigten.
Die Zelldichte der Astrozyten sowie die Flächenanteile von Astrozyten, Oligodendrozyten und Gefäßen schienen größtenteils mit dem von Axonen eingenommenen Flächenanteil zusammenzuhängen. Liegen überwiegend myelinisierte Fasern mit grö- ßerem Durchmesser vor, die vermutlich mehr metabolische Unterstützung benötigen, so war auch der Anteil an Astrozyten erhöht. Dementsprechend erhöhte sich auch der durch Oligodendrozyten und Gefäße eingenommene Flächenanteil. Dies traf vor allem auf das Genu und den Isthmus zu. Insgesamt schienen Mikroglia auch in Zusammenhang mit dem eingenommenen Flächenanteil der Astrozyten zu stehen, allerdings nicht so konstant, wie es bei Axonen der Fall zu sein schien.
Die Ergebnisse dieser Arbeit lieferten Hinweise auf unterschiedliche regionenspezifische Eigenschaften der Astrozyten in den einzelnen Unterregionen des CC, die eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen bilden können.Astrocytes were historically regarded as a homogeneous cell population, which has been disproved since. Based on both morphological parameters and gene expression profiles, far more astrocytic subtypes can be found than the classic division into fibrillary and protoplasmatic astrocytes. However, fibrillary astrocytes are still far less researched than protoplasmatic astrocytes. Here we investigated if the astrocytes in the corpus callosum (cc) of the mouse, as the largest commissural pathway, show potential differences between the various subregions of the cc (genu, rostral body, anterior midbody, posterior midbody, isthmus and splenium).
The morphological characteristics, such as the properties of the projections, the convex hull, the complexity index and the Sholl analysis of the astrocytes differed only slightly between the different subregions of the cc. Although significant differences in the number of primary processes, the complexity index and the average process length in some subregions existed, there were no significant differences in the other morphological parameters. In comparison with protoplasmic astrocytes from the caudate nucleus, there were significant differences with regard to the analysed characteristics, which confirmed the functionality of the method.
The cell density of astrocytes as well as the area fractions of astrocytes, oligodendrocytes and vessels appeared to correlate with the area occupied by the axons travelling through. In regions with predominantly myelinated fibres with a larger diameter, which presumably require more metabolic support, the proportion of astrocytes was also increased. Accordingly the area occupied by oligodendrocytes and vessels was also increased. This was confirmed above all in the genu and the isthmus. Overall, microglia also seemed to influence the distribution of astrocytes in the various subregions, but not as consistently as axons appeared to do.
In summary, the investigations carried out provided evidence of different subpopulations in the individual subregions of the cc, which need to be investigated further with additional studies