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To be or not to be phosphorylated : understanding the role of Ebola virus nucleoprotein in the dynamic interplay with the transcriptional activator VP30 and the host phosphatase PP2A-B56
No full textEbola virus (EBOV) transcription is essentially regulated via dynamic dephosphorylation of its viral transcription activator
VP30 by the host phosphatase PP2A. The nucleoprotein NP has emerged as a third key player in the regulation of this
process by recruiting both the regulatory subunit B56 of PP2A and its substrate VP30 to initiate VP30
dephosphorylation and hence viral transcription. Both binding sites are located in close proximity to each other in NP’s
C-terminal-disordered region. This study investigates NP’s role in VP30 dephosphorylation and transcription activation,
focussing on the spatial requirements of NP’s binding sites. Increasing the distance between PP2A-B56 and VP30 at the
NP interface revealed that close spatial and orientational contact is necessary for efficient VP30 dephosphorylation and
viral transcription. Longer distances were lethal for recombinant EBOV except when a compensatory mutation, NP-
T603I, occurred. This mutation, located between the NP binding sites for PP2A-B56 and VP30, fully restored
functionality. Mass spectrometry showed that T603 is phosphorylated in recEBOV-NPwt virions. Mutational analysis
indicated that T603I facilitates VP30 dephosphorylation in otherwise lethal recEBOV and that dynamic phosphorylation
of NP-T603 is important for efficient primary viral transcription in the WT context. These findings emphasize the critical
and evolutionarily pressured interplay between VP30 and PP2A-B56 within the NP C-terminal-disordered region and
highlight the important role of NP on the regulation of viral transcription during the EBOV life cycle.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg.d
RASSF8, CYRI und Gukh - neue Regulatoren invasiver kollektiver Zellmigration
No full textCollective cell migration is an essential process in developmental processes and is involved in
tumorigenesis and wound closure. To migrate collectively, actin dynamics have to be controlled both
temporally and spatially. Here, Drosophila border cells are used as an established model for in vivo cell
migration to study the functions of Ras-association domain containing family member 8 (RASSF8),
CYFIP-related Rac interactor (CYRI) and Gukholder (Gukh) in invasive collective cell migration. The
Drosophila egg chamber consist of an oocyte which is nourished by 15 nurse cells and protected by a
surrounding epithelium. During oogenesis a cluster of around eight cells delaminates from the
epithelium and migrates through the nurse cells to the oocyte. This group of cells is called the border
cell cluster and plays a vital part in the formation of a pore in the micropyle, the entry point for the
sperm.
An important driver of cell migration in single and collective cell migration is the small GTPase Rac1,
which activates the WAVE regulatory complex (WRC) and its name-giving protein WASP family
verprolin homologue (WAVE). The WRC is an activator of the Arp2/3 complex, a conserved actin
nucleation machine essential for the formation of branched actin networks in eukaryotic cells,
necessary for the formation of the lamellipodium and efficient cell migration.
CYRI is a negative regulator of the Rac-WRC-Arp2/3 pathway and has been described in vitro as a
competitive inhibitor of the WRC. Here, for the first time it is shown, that loss of CYRI leads to a
mislocalisation of integrins within the border cell cluster, leading to cohesion defects, resulting in single
border cells lagging behind the cluster.
A similar defect could also be observed upon loss of the tumor suppressor RASSF8, which we previously
identified as a novel interaction partner of WAVE. A genetic interaction between RASSF8 and WAVE is
relevant in wing and bristle development, where loss of one copy of wave in a rassf8 mutant
background leads to a drastic augmentation of wing morphology defects and the number of bent
bristles. Additionally, rassf8 mutant females display a reduced fertility and frequent defects in border
cell migration, marked by a reduction in cell cohesion and lagging border cells. Interestingly, RASSF8 is
necessary for the proper localisation of the cell adhesion protein Echinoid and the septate junction
protein Coracle.
Additionally, here a new function in cell adhesion can be shown for Gukh, the only Drosophila
homologue for the human Nance-Horan Syndrome (NHS) protein. Gukh contains a WAVE homology
domain (WHD), is a negative regulator of the WRC and was first described as an interaction partner of
Scribble and therefore important for the maintenance of cell polarity. Even though Scribble localisation
is unchanged in gukh mutant border cell clusters, gukh mutant clusters display prominent cohesion
defects during migration.
Taken together my work impressively demonstrates a new complexity of the signalling pathways that
collectively migrating cells receive and process. The three proteins RASSF8, CYRI and GUKH are of
particular importance here, because they can influence actin dynamics via regulation of the WRC and
additionally impact cell adhesion.Kollektive Zellmigration spielt eine entscheidende Rolle bei Entwicklungsprozessen, ist aber auch ein
wichtiger Faktor bei der Entstehung von Krebs und der Wundheilung. Um im Verbund zu wandern,
müssen Zellen koordiniert zusammenarbeiten, was eine sehr feine Abstimmung über verschiedenste
Signalwege erfordert, die sowohl die Dynamik des Aktin-Zytoskeletts als auch die Zelladhäsion der
einzelnen Zellen im Verbund räumlich und zeitlich steuern. Hier wird die Grenzzell-Migration bei der
Oogenese von Drosophila als Modell genutzt, um die Funktion von Ras-association domain containing
family member 8 (RASSF8), CYFIP-related Rac interactor (CYRI) und Gukholder (Gukh) während der
kollektiven Migration von Zellen genauer zu untersuchen. Die Eikammern der Fruchtfliege bestehen
aus einer Oozyte, die von 15 Nährzellen versorgt und durch Epithelzellen vor äußeren Einflüssen
geschützt wird. Während der Oogenese löst sich eine Gruppe von acht Zellen aus dem Epithelgewebe
und wandert kollektiv und invasiv durch die Nährzellen zur Oozyte. Der Verbund dieser acht Zellen
wird als „Border cell cluster“ bezeichnet und spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung einer Pore, der
sogenannten Mikropyle, einer Ausstülpung der Eischale, durch die der Eintritt des Spermas in die
Oozyte ermöglicht wird.
Ein wichtiger Treiber der Migration sowohl von Einzelzellen als auch von Zellkollektiven ist die Rho-
GTPase Rac1. Diese aktiviert den WAVE Regulatory Complex (WRC), dessen namensgebendes Protein
WASP family verprolin homologue (WAVE) ist. Der WRC wirkt als Aktivator des Arp2/3-Komplexes,
eines Aktinnukleators, der wiederum essentiell für die Bildung verzweigter Aktinfilamente ist. Diese
hoch verzweigten Filamentnetzwerke sind ein wesentlicher Bestandteil von Lamellipodien und damit
für eine effiziente Fortbewegung von Zellen unerlässlich.
CYRI ist negativer Regulator der Rac1-WRC-Arp2/3 Signalkette und wurde bereits in vitro als
kompetitiver Inhibitor des WRC beschrieben. Hier kann nun zum ersten Mal in vivo gezeigt werden,
dass der Verlust von CYRI zu einer Fehllokalisation von Integrinen innerhalb der Borderzell-Gruppe
führt, was Adhäsionsdefekte und den Verlust von einzelnen Borderzellen aus der Gruppe zur Folge hat.
Ein ähnlicher Defekt entsteht auch bei dem Verlust des Tumorsuppressors RASSF8, der zuvor als
potentieller Interaktionspartner von WAVE identifiziert werden konnte. Eine genetische Interaktion
zwischen RASSF8 und WAVE besteht sowohl in der Flügel-, als auch in der Borstenentwickung, in denen
der Verlust einer Kopie von wave in kompletter Abwesenheit von RASSF8 zu einer drastischen
Verstärkung von Defekten der Flügelmorphologie und zu einem erhöhten Auftreten von abgeknickten
Borsten führt. Zusätzlich zeigen weibliche Fliegen, denen beide Kopien von rassf8 fehlen, eine
reduzierte Fertilität und häufig eine defekte Migration der Borderzellen, die durch einen reduzierten
Zellverbund und den Verlust einzelner Borderzellen gekennzeichnet ist. Interessanterweise wird RASSF8 für die korrekte Lokalisation des Zelladhäsionsproteins Echinoid und des Septate Junction
Proteins Coracle benötigt.
Ein weiteres Protein, für das eine neue Funktion in der Zelladhäsion gezeigt werden kann, ist Gukh, das
einzige Drosophila Homolog zu dem human Nance-Horan Syndrom (NHS) Protein. Gukh hat eine WAVE
homology Domäne, ist ein negativer Regulator des WRC und wurde zunächst als Interaktionspartner
von Scribble und damit als relevant für die Aufrechterhaltung von Zellpolarität beschrieben. Obwohl
Scribble Lokalisation in Abwesenheit von Gukh im Border cell cluster unverändert ist, zeigt Gukh einen
Verlust von Borderzellen während der Borderzellmigration.
Zusammenfassend zeigt meine Arbeit eine neue Komplexität der Signalwege, die wandernde Zellen
erhalten und verarbeiten. Den drei Proteinen RASSF8, CYRI und GUKH kommt hierbei eine spezielle
Bedeutung zu, da sie über den WRC-Komplex direkt Einfluss auf die Dynamik von Aktinfilamenten
nehmen und zusätzlich die Zelladhäsion gezielt steuern können
Solidarische Landwirtschaft: Ein Lebensmittelsystem und dessen Potential zur Nachhaltigkeitstransformation
No full textCurrently, the agricultural sector is facing serious challenges. Climate change, rising populations, and changing consumer expectations are putting the industry under pressure and leading to consumer dissatisfaction. Conventional agriculture, the predominant form, is increasingly criticized for its negative ecological, economic, and social impacts. In response, various alternative food systems have developed over the years, attempting to meet today's expectations and offer a sustainable alternative. One such form is Community Supported Agriculture (CSA).
Community Supported Agriculture is an organizational form in which a closed circle of consumers is tied to a farm. Disconnected from the open market, consumers and producers share the economic risk through membership contracts, forming a regional food system. In CSA, participation, social interaction, education, seasonality, and transparency are paramount. Although the concept has existed in Germany for some time, significant growth and increased awareness of the scene have only been observed since around 2011. Since then, the number of farms has been growing exponentially, and new farms are regularly being established nationwide.
Community Supported Agriculture promises to be a sustainable concept that aims to capture part of the market and create regional economic systems. However, the question remains as to how sustainable this concept actually is and to what extent it can bring about changes in the agricultural sector.
Using the concept of leverage points, points within a system can be identified where changes can be initiated to make the system more sustainable. Certain areas within a system hold particularly high potential and can bring about a transformation towards sustainability through targeted changes at leverage points. These areas are referred to as re-connect, re-think, and re-structure. They deal with the human connection to nature, the significance and decay of institutions, and the creation, sharing, and use of knowledge.
This dissertation examines the Community Supported Agriculture system concerning its potential to promote sustainability transformations. The leverage points concept is applied to analyze which points in the CSA system are related to the areas of re-connect, re-think, and re-structure, and further research questions present in the articles are explored. Additionally, a summarizing conclusion of all articles observes whether there are overlaps within the leverage points and how they differ from conventional agriculture. Finally, it assesses whether the system has transformative potential and to what extent this potential is being utilized. The study was conducted in the region of Hesse, where qualitative, guided interviews were conducted with 22 farms. The collected information was processed, analyzed, and integrated into three articles included in the dissertation. Each of these articles addresses one of the three areas with great potential for promoting sustainability transformations.
The first article aims to identify profound levers related to the deep area of re-think. The way knowledge is generated, used, and disseminated in a system significantly shapes its development and can lead to its transformation. To find the crucial points where a rethinking occurs, the entire CSA system is analyzed for its knowledge dynamics. Structures such as participation days, cultivation planning, social events, working groups, and distribution methods are closely examined.
The second article deals with the area of re-connect. Humanity is increasingly distancing itself from nature, leading to unsustainable behavior. It is crucial to take measures to restore this connection. This article examines how people can build a new bond with nature through Community Supported Agriculture. It analyzes existing structures on farms that enable material, experiential, cognitive, emotional, and philosophical connections to nature.
The third article focuses on analyzing the area of re-structure. The goal is to find institutional levers in the CSA system that can bring about transformative changes. The value chain of a farm in Frankfurt am Main is analyzed in detail to identify structural levers at every step. Unlike the other articles that summarize the results of all interviewed farms in Hesse, this article focuses on a single farm and its network of stakeholders.Aktuell steht der landwirtschaftliche Sektor vor schwerwiegenden Herausforderungen. Der Klimawandel, steigende Bevölkerungszahlen und veränderte Konsumentenerwartungen setzen die Industrie unter Druck und führen zu Unzufriedenheit seitens der Verbraucher. Die konventionelle Landwirtschaft, die vorherrschende Form, gerät aufgrund ihrer negativen ökologischen, ökonomischen und sozialen Folgen vermehrt in die Kritik. Als Reaktion darauf haben sich im Laufe der Jahre diverse alternative Lebensmittelsysteme herausgebildet, die versuchen, den heutigen Erwartungen gerecht zu werden und eine nachhaltige Alternative zu bieten. Eine dieser Formen ist die Solidarische Landwirtschaft (SoLaWi).
Die Solidarische Landwirtschaft ist eine Organisationsform, bei der ein geschlossener Verbraucherkreis an einen Hof gebunden ist. Losgelöst vom offenen Markt teilen sich die Konsumenten und Produzenten das wirtschaftliche Risiko anhand von Mitgliederverträgen und bilden ein regionales Ernährungssystem. Bei der Solidarischen Landwirtschaft stehen Partizipation, soziales Miteinander, Bildung, Saisonalität und Transparenz im Vordergrund. Obwohl das Konzept schon seit einiger Zeit in Deutschland existiert, wurde erst seit etwa 2011 ein signifikantes Wachstum und eine verstärkte Wahrnehmung der Szene beobachtet. Seitdem wächst die Zahl der Höfe exponentiell und es werden regelmäßig neue Höfe bundesweit errichtet.
Die Solidarische Landwirtschaft verspricht, ein nachhaltiges Konzept zu sein, das einen Teil des Marktes erobern und regionale Wirtschaftssysteme schaffen möchte. Die Frage bleibt jedoch, wie nachhaltig dieses Konzept tatsächlich ist und inwieweit es Veränderungen im landwirtschaftlichen Sektor herbeiführen kann.
Anhand des Konzepts der leverage points lassen sich innerhalb eines Systems Punkte identifizieren, an denen Veränderungen initiiert werden können, um das System nachhaltiger zu gestalten. Bestimmte Bereiche innerhalb eines Systems bergen dabei ein besonders hohes Potenzial und können durch gezielte Veränderungen an Hebelstellen eine Transformation hin zur Nachhaltigkeit bewirken. Diese Bereiche werden als re-connect, re-think und re-structure bezeichnet. Sie befassen sich mit der menschlichen Verbindung zur Natur, der Bedeutung und dem Zerfall von Institutionen sowie der Schaffung, dem Teilen und der Nutzung von Wissen.
Diese Dissertation untersucht das System der Solidarischen Landwirtschaft hinsichtlich seines Potenzials zur Förderung von Nachhaltigkeitstransformationen. Hierbei wird das Konzept der leverage points angewendet, um zu analysieren, welche Punkte im System der Solidarischen Landwirtschaft im Zusammenhang mit den Bereichen re-connect, re-think und re-structure vorhanden sind und weitere, in den Artikeln vorhandene Forschungsfragen, werden untersucht. Des Weiteren, wird in einem zusammenfassenden Fazit aller Artikel beobachtet, ob es Überschneidungen innerhalb der Hebelpunkte gibt und wie sie sich von der konventionellen Landwirtschaft unterscheiden. Abschließend wird bewertet, ob das System über transformatorisches Potenzial verfügt und inwieweit dieses ausgeschöpft wird. Für die Untersuchung wurde der Raum Hessen ausgewählt, in dem qualitative, leitfadengestützte Interviews mit 22 Höfen durchgeführt wurden. Die gesammelten Informationen wurden verarbeitet, analysiert und in drei Artikel integriert, die in die Dissertation aufgenommen wurden. Diese Artikel behandeln jeweils einen der drei Bereiche mit großem Potenzial zur Förderung von Nachhaltigkeitstransformationen.
Der erste Artikel zielt darauf ab, tiefgreifende Hebel im Zusammenhang mit dem tiefen Bereich re-think zu identifizieren. Die Art und Weise, wie Wissen in einem System generiert, genutzt und verbreitet wird, prägt maßgeblich seine Entwicklung und kann zu dessen Transformation führen. Um die entscheidenden Punkte zu finden, an denen ein Umdenken stattfindet, wird das gesamte SoLaWi-System auf seine Wissensdynamik hin analysiert. Dabei werden Strukturen wie Teilnahmetage, Anbauplanung, soziale Veranstaltungen, Arbeitsgruppen und Verteilungsmethoden genauer betrachtet.
Der zweite Artikel setzt sich mit dem Bereich re-connect auseinander. Die Menschheit entfernt sich zunehmend von der Natur, was zu un-nachhaltigem Verhalten führt. Es ist entscheidend, Maßnahmen zu ergreifen, um diese Verbindung wiederherzustellen. Dieser Artikel untersucht, wie Menschen durch Solidarische Landwirtschaft eine neue Bindung zur Natur aufbauen können. Dabei werden auf den Höfen vorhandene Strukturen analysiert, welche materielle, erfahrungsbezogene, kognitive, emotionale und philosophische Verbindungen zur Natur ermöglichen.
Im dritten Artikel liegt der Schwerpunkt auf der Analyse des Bereichs re-structure. Das Ziel ist es, institutionelle Hebel im SoLaWi-System zu finden, die transformative Veränderungen bewirken. Dabei wird die Wertschöpfungskette eines Bauernhofs in Frankfurt am Main detailliert analysiert, um strukturelle Hebel in jedem Schritt zu identifizieren. Anders als in den anderen Artikeln, die die Ergebnisse aller interviewten Höfe in Hessen zusammenfassen, fokussiert dieser Artikel einen einzelnen Bauernhof und sein Netzwerk von Interessengruppen
BlueCheck occlusal in vitro study - Data set
No full textBlueCheck occlusal in vitro study
This repository contains the data generated in a study evaluating the ability of BC liquid to detect initial occlusal caries lesions and to assess lesion activity
Anahita Jablonski-Momeni, Mara Müller, Peter Bottenberg
Ability of BlueCheck Liquid for Detection of Initial Lesions on Occlusal Surfaces In Vitro
Diagnostics 2025, 15, 3145, https://doi.org/10.3390/diagnostics15243145
The data presents the findings of the measurements:
ICCMS code
0 = caries free
1 = intial enaml lesion, visible in dry tooth
2 = intial enamel lesion, visible in wet and dry tooth
Activity assessment
0 = no, 1 = yes
BC baseline 1 #1: examiner 1, 1st examination
BC baseline 2 #1: examiner 2, 1st examination
BC baseline 1 #2: examiner 1, 2nd examination
BC baseline 2 #2: examiner 2, 2nd examination
Histology depth
0 = caries free
1 = caries in enamel, 1st half
2 = caries in enamel, 2nd half
3 = caries in dentin
Histology activity
0 = no, 1 = yesCSV file field separator is semicolon (;)
The influence of the target genes PLAC8 and CIP2A on tumor progression of malignant pancreatic tumors
No full textPankreaskarzinome haben eine der schlechtesten Prognosen unter den Tumorerkrankungen. Sie werden meist nicht nur spät diagnostiziert, sondern bieten kaum Therapiemöglichkeiten. Aufgrund ihrer heterogenen klinischen Erscheinung sind pankreatisch neuroendokrine Neoplasien (pNEN) eine Herausforderung in der Medizin. Aber auch die größte Gruppe der Pankreaskarzinome, die pankreatisch duktalen Adenokarzinome (PDAC) bringen die Medizin durch ihre hohe Mortalität an ihre Grenzen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist das tiefere Verständnis beider Tumorentitäten und deren Vergleich. Anhand der Zielgene Cancerous/ cellular inhibitor of protein phosphatase 2A (CIP2A) und Placenta-specific 8 (PLAC8) wurden pNEN und PDAC einander gegenübergestellt. Beide Zielgene spielen nachweislich eine wichtige Rolle in der Zellzyklusregulation von Pankreaskarzinomen und vielen weiteren Tumorentitäten. In dieser Arbeit wurde mit CRISPR/Cas9 in Zellen eines pankreatisch neuroendokrinen Tumors (pNET) ein PLAC8-Knockout erzeugt und alternative Konstrukte angeboten. Diese Konstrukte waren veränderte Varianten von PLAC8 mit abweichenden und/oder fehlenden Sequenzen. Dass PLAC8 in den Zellen nicht ersetzt werden konnte, zeigt die Relevanz der unveränderten PLAC8-Expression für das Zellüberleben. Hier spielt möglicherweise PLAC8 in Form einer long non-coding RNA eine Rolle. In einer weiteren Untersuchung wurde CIP2A mittels TD52 in pNET- und PDAC-Zellen spezifisch herunterreguliert. Anschließend wurden die Expressionslevel von verschiedenen Zellzyklusmodulatoren auf RNA- und auf Proteinebene ermittelt. Diese Daten zeigen, dass CIP2A besonders über die Regulation des PI3K/AKT-Signalwegs eine Schlüsselrolle in der Tumorprogression und -regulation einnimmt. Bei dem Vergleich beider Zelllinien stellten sich einige Unterschiede heraus, die sich durch verschiedene Entstehungsmutationen von pNEN und PDAC erklären lassen. Durch diese Mutationen wird es den Tumorzellen ermöglicht, die gesunde Zellzyklusregulation und eine damit verbundene Apoptose zu umgehen.
Insgesamt konnten in der vorliegenden Arbeit viele Gemeinsamkeiten und Unterschiede von pNEN und PDAC anhand der Zelllinien BON1 und S2-007 ermittelt werden, die therapeutisch relevant werden können. Sowohl PLAC8 als auch CIP2A können als Angriffspunkte für zukünftige Therapien genutzt werden, weshalb diese Zielgene weiterhin untersucht werden sollten. Die Pathomechanismen beider Tumorentitäten sind zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht vollständig verstanden, ebenso wie die Rolle der untersuchten Zielgene. Einen Beitrag zum Verständnis von Pankreaskarzinomen liefert die vorliegende Arbeit.Pancreatic carcinomas have one of the worst prognoses among tumor diseases. They are usually diagnosed late and offer few therapy options. Due to their heterogeneous clinical appearance, pancreatic neuroendocrine neoplasms (pNEN) pose a challenge in medicine. But even the largest group of pancreatic carcinomas, pancreatic ductal adenocarcinomas (PDAC), push medicine to its limits due to their high mortality.
The aim of this study was to deepen the understanding of both tumor entities and compare them. pNEN and PDAC were juxtaposed using the target genes Cancerous/ cellular inhibitor of protein phosphatase 2A (CIP2A) and Placenta-specific 8 (PLAC8). Both target genes play an important role in the cell cycle regulation of pancreatic carcinomas and many other tumor entities. In this study, a PLAC8 knockout was generated in cells of a pancreatic neuroendocrine tumor (pNET) using CRISPR/Cas9, and alternative constructs were offered. These constructs were modified variants of PLAC8 with different and/or missing sequences. The inability to replace PLAC8 in the cells demonstrates the relevance of unaltered expression of PLAC8 for cell survival. PLAC8 may play a role in the form of an long non-coding RNA. In another study, CIP2A was specifically downregulated in pNET and PDAC cells using TD52. Subsequently, the expression levels of various cell cycle modulators were determined at the RNA and protein levels. These data show that CIP2A plays a key role in tumor progression and regulation, particularly through the regulation of the PI3K/AKT signaling pathway. A comparison of both cell lines revealed some differences, which can be explained by various initiation mutations of pNEN and PDAC. These mutations enable tumor cells to bypass healthy cell cycle regulation and associated apoptosis.
Overall, many similarities and differences between pNEN and PDAC were identified in this study using the cell lines BON1 and S2-007, which can become therapeutically relevant. Both PLAC8 and CIP2A can be used as targets for future therapies, which is why these target genes should continue to be investigated. The pathomechanisms of both tumor entities are not yet fully understood, nor is the role of the target genes examined. This study contributes to the understanding of pancreatic carcinomas
Identifizierung und Charakterisierung von Signalen, die von bakteriellen extrazellulären sensorischen Domänen erkannt werden
No full textBacteria are ubiquitous and essential components of all ecosystems, not merely existing as solitary entities but rather within complex multispecies communities. The stability of these communities is maintained primarily through the complicated microbial interactions mediated by signal transduction systems. Comprehending these signaling mechanisms is crucial, as they play a role in various physiological processes such as motility, metabolism, biofilm formation, and antibiotic resistance. Although their conserved signaling core is well-characterized, signal recognition by bacterial sensors remains largely unknown. To bridge this gap, we aim to establish a systematic strategy to broadly explore the signals recognized by sensory receptors in different bacterial species, leveraging recent advances in experimental techniques, bioinformatics, and genomic analysis.
In the first paper, we employed Pseudomonas aeruginosa PAO1 as a model organism to develop a screening strategy for identifying chemoreceptor specificities. Although Escherichia coli has the simplest and best-studied chemotaxis system, it lacks the diversity of sensory domains found in other organisms. In contrast, P. aeruginosa PAO1 harbors four different chemosensory pathways and diverse sensory domains that are crucial for detecting diverse stimuli. Given that accessing nutrients is the primary benefit of chemotaxis, this chemoreceptor-targeted strategy focused on metabolites with metabolic value. We first identified novel attractants of varying strength from these metabolites by performing capillary chemotaxis assays. Subsequently, a rational combination of various in vivo and in vitro methods enabled us to assign several new attractants to previously characterized chemoreceptors and to annotate a novel purine-specific receptor PctP. Overall, these findings suggested that our screening strategy can be applied to the systematic characterization of unknown chemoreceptors in a wide range of bacterial species.
Recent advances in genome sequencing and analysis have revealed an extremely large repertoire of unknown sensory receptors, including not only chemoreceptors but also sensor histidine kinases and transcriptional regulators. This discovery provides a rich resource for extensively identifying sensory receptors in many understudied organisms. The human gut, in particular, is an ideal target for this field of research. Our second paper has developed a framework that enables the identification of sensory domains, prediction of the signals they recognize, and experimental verification of these predictions. This framework began with a bioinformatic approach for identifying sensory domains from both fully sequenced and metagenome-assembled genomes and further predicted their signals based on conserved binding motifs. Subsequently, we validated the accuracy of these predictions through various experimental approaches, as performed in our first study. This pipeline can be used in a variety of situations and is particularly suitable for complex research systems such as microbiota.
Building upon our second paper, we successfully expanded our research scope from chemoreceptors in one organism to various sensory receptors in human gut microbiota and generated a curated list containing thousands of unknown sensory domains. In the third paper, we delved into approximately one hundred representative sensory domains selected from this curated list. Using high-throughput thermal shift assays, we characterized several novel bacterial sensory receptors that recognize physiologically relevant signaling molecules in the human gut, further elucidating their underlying molecular mechanisms. Our studies highlighted the differences in stimulus spectrum between two functional classes, with nutrient compounds primarily sensed by chemoreceptors but not by histidine kinases. Moreover, we defined two novel sensor subclasses that bind uracil and short-chain carboxylates, respectively. Ultimately, for the first time, we utilized several conserved binding motifs to predict the abundance of corresponding ligand-specific sensors at the human gut microbiome level.
In conclusion, this thesis presents a genomics-guided and interdisciplinary strategy for identifying signals recognized by bacterial sensory receptors, applicable across a wide range of research areas from single bacteria to complex microbiota. These findings pave the way for a deeper understanding of bacterial chemotactic and metabolic preferences and provide novel insights into interspecies communication within the human gut.Bakterien sind allgegenwärtig und essentielle Komponenten aller Ökosysteme, die nicht nur als einzelne Entitäten existieren sondern vielmehr innerhalb komplexer multizellulärer Gemeinschaften leben. Die Stabilität dieser Gemeinschaften wird hauptsächlich durch die komplizierten mikrobiellen Interaktionen aufrechterhalten, die durch Signaltransduktionssysteme vermittelt werden. Das Verständnis dieser Signalmechanismen ist entscheidend, da sie eine Rolle in verschiedenen physiologischen Prozessen wie Beweglichkeit, Stoffwechsel, Biofilmbildung und Antibiotikaresistenz spielen. Obwohl die zentralen Signalwege konserviert und gut charakterisiert sind, bleibt die Signalerkennung durch bakterielle Sensoren größtenteils unbekannt. Um diese Lücke zu schließen, zielen wir darauf ab, eine systematische Strategie zu etablieren, um umfassend die von den sensorischen Rezeptoren in verschiedenen bakteriellen Arten erkannten Signale zu erforschen, wobei wir fortschrittliche experimentelle Techniken, Bioinformatik und genomische Analyse nutzen.
Im ersten Artikel haben wir Pseudomonas aeruginosa PAO1 als Modellorganismus eingesetzt, um eine Screening-Strategie zur Identifizierung von Chemorezeptorspezifitäten zu entwickeln. Obwohl Escherichia coli das einfachste und am besten erforschte Chemotaxissystem hat, fehlt ihm die Vielfalt sensorischer Domänen, die in anderen Organismen gefunden werden. Im Gegensatz dazu beherbergt P. aeruginosa PAO1 vier verschiedene chemosensorische Wege und vielfältige sensorische Domänen, die entscheidend für die Erkennung verschiedener Reize sind. Da der Zugang zu Nährstoffen der primäre Nutzen der Chemotaxis ist, konzentrierten sich diese sensorischen Domänen auf nährstoffreiche Metaboliten. Zunächst identifizierten wir neue Attraktanten unterschiedlicher Stärke aus diesen Metaboliten heraus durch die Durchführung von Kapillarchemotaxie-Tests. Anschließend ermöglichte eine Kombination verschiedener in vivo und in vitro Methoden, mehrere neue Attraktanten den in der Vergangenheit charakterisierten Chemorezeptoren zuzuordnen und einen neuen Purin-spezifischen Rezeptor PctP zu identifizieren. Insgesamt legen diese Erkenntnisse nahe, dass unsere Screening-Strategie zur systematischen Charakterisierung unbekannter Chemorezeptoren in einer Vielzahl von bakteriellen Arten angewendet werden kann.
Die jüngsten Fortschritte in der Genomsequenzierung und -analyse haben ein äußerst großes Repertoire an unbekannten sensorischen Rezeptoren aufgedeckt, nicht nur von Chemorezeptoren, sondern auch von sensorischen Histidinkinasen und Transkriptionsregulatoren. Diese Entdeckung bietet eine reiche Ressource zur umfassenden Identifizierung sensorischer Rezeptoren in vielen wenig untersuchten Organismen. Insbesondere der menschliche Darm bietet ein ideales Forschungsfeld. In unserem zweiten Artikel haben wir einen Framework entwickelt, welches die Identifizierung sensorischer Domänen, die Vorhersage der von ihnen erkannten Signale und die experimentelle Validierung dieser Vorhersagen ermöglicht. Dieses Framework basiert auf einem bioinformatischen Ansatz zur Identifizierung sensorischer Domänen aus vollständig sequenzierten und metagenom-assemblierten Genomen. Für identifizierte Domänen werden auf der Basis konservierter Bindemotive Signale prognostiziert. Anschließend validierten wir die Genauigkeit dieser Vorhersagen durch verschiedene experimentelle Ansätze, wie sie in unserer ersten Studie durchgeführt wurden. Diese Pipeline könnte in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt werden und eignet sich besonders für komplexe Forschungssysteme wie die Mikrobiota.
Aufbauend auf unserem zweiten Artikel haben wir unseren Forschungsbereich erfolgreich von Chemorezeptoren in einem Organismus auf verschiedene sensorische Rezeptoren in der menschlichen Darmmikrobiota ausgeweitet und eine handverlesene Liste mit Tausenden von unbekannten sensorischen Domänen erstellt. Im dritten Artikel haben wir uns mit etwa einhundert repräsentativen sensorischen Domänen aus dieser Liste beschäftigt. Mit Hilfe von Hochdurchsatz-Thermoshift-Assays charakterisierten wir mehrere neuartige bakterielle sensorische Rezeptoren, die physiologisch relevante Signalmoleküle im menschlichen Darm erkennen, und klärten ihre zugrunde liegenden molekularen Mechanismen weiter auf. Unsere Studien betonten die Unterschiede im Stimulusspektrum zwischen zwei funktionalen Klassen, wobei Nährstoffverbindungen hauptsächlich von Chemorezeptoren, aber nicht von Histidinkinasen erkannt werden. Darüber hinaus definierten wir zwei neue Sensorsubklassen, die Uracil bzw. kurzkettige Carboxylate binden. Schließlich setzten wir erstmals mehrere konservierte Bindemotive ein, um die Prävalenz entsprechender ligandspezifischer Sensoren auf der Ebene des menschlichen Darmmikrobioms vorherzusagen.
Zusammenfassend präsentiert diese Arbeit eine genomgesteuerte und interdisziplinäre Strategie zur Identifizierung von Signalen, die von bakteriellen sensorischen Rezeptoren erkannt werden, die in einer Vielzahl von Forschungsbereichen von einzelnen Bakterien bis hin zu komplexen Mikrobiota anwendbar ist. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für ein tieferes Verständnis der bakteriellen chemotaktischen und metabolischen Vorlieben und liefern neue Einblicke in die zwischenartliche Kommunikation im menschlichen Darm
Dengue virus is particularly sensitive to interference with long-chain fatty acid elongation and desaturation
No full textOrthoflaviviruses are emerging arthropod-borne pathogens whose replication cycle is tightly linked to host lipid metabolism. Previous lipidomic studies demonstrated that infection with the closely related hepatitis C virus (HCV) changes the fatty acid (FA) profile of several lipid classes. Lipids in HCV-infected cells had more very long-chain and desaturated FAs and viral replication relied on functional FA elongation and desaturation. Here, we systematically analyzed the role of FA elongases and desaturases in infection models of the most prevalent pathogenic orthoflaviviruses, dengue (DENV), Zika (ZIKV), West Nile (WNV), yellow fever (YFV), and tick-borne encephalitis virus (TBEV). Knockdown of desaturases and elongases in Huh7 cells only marginally affected ZIKV, WNV, YFV, and TBEV replication, while DENV titers were strongly reduced. This was most prominent for enzymes involved in very long–chain fatty acid synthesis. In detail, knockdown of the FA elongase ELOVL4, which catalyzes ultra-long-chain FA synthesis, significantly reduced DENV titers, decreased the formation of replication intermediates, and lowered viral protein levels in DENV-infected hepatoma cells, suggesting a function of ELOVL4 in DENV RNA replication. In contrast, the activity of FA desaturase FADS2, rate-limiting in poly-unsaturated FA biosynthesis, is not involved in viral RNA replication or translation, but is essentially required for the formation of infectious DENV particles. Further, in immunocompetent immortalized microglial cells, FADS2 deletion additionally limits viral replication through increased expression of interferon-stimulated genes in response to DENV infection. Taken together, enzymes involved in very long–chain FA synthesis are critical for different steps of DENV replication.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Which people with severe asthma attend pulmonary rehabilitation? Insights from the German Asthma Net
No full textAlthough its benefits have been clearly demonstrated, only 20.4% of individuals with severe
asthma attended pulmonary rehabilitation (PR). PR attendees were characterized by reduced
work ability and exercise capacity, more symptoms, and exacerbations.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Frequency and reasons for outpatient consultations - a pilot study
No full textSeit 2008 gilt im ambulanten Sektor Deutschlands eine zum Teil pauschalierte Vergütung. Dadurch lässt sich nicht mehr sicher sagen, wie viele Arztpraxis-Kontakte mit einem Quartalsabrechnungsfall verbunden sind, da nicht mehr jede Einzelleistung vergütet und zeitlich dokumentiert wird. Die Belastung der Praxen und das Potenzial für vermeidbare Kontakte, etwa im Hinblick auf das 2024 eingeführte E-Rezept oder telefonische Krankschreibungen, sind daher nicht mehr quantifizierbar. Diese Pilotstudie testete daher, ob diese Informationen mithilfe einer teilnehmenden Beobachtung erhoben werden können und wie viele Arztpraxis-Kontakte aufgrund welchen Anlasses stattfinden.
Hierfür nahmen 11 Praxen aus Mittelhessen teil, die das Spektrum der Haupt-Fachrichtungen, Standorte (Stadt/Land), Praxisarten und Öffnungszeiten ambulanter Arztpraxen in Deutschland repräsentieren sollten. Es wurden prospektiv alle Praxiskontakte innerhalb einer Arbeitswoche (5 Tage) in der Mitte des Quartals (Wochen 3-10) im Zeitraum 03/20-03/21 erfasst. Anhand der Planungsgruppen der Bedarfsplanungsrichtlinie des Gemeinsamen Bundesausschusses wurden folgende Versorgungsgruppen gewählt: hausärztlich (4), allgemein fachärztlich (6; Dermatologie, Gynäkologie, Neurologie, Orthopädie/Unfallchirurgie, Pädiatrie, Urologie), sowie spezialisiert fachärztlich (1; Kardiologie). Bei jedem Kontakt wurden der Kontaktanlass (akute Beschwerde; Kontrolle bei akuter Erkrankung; anderer Kontrolltermin/Monitoring bei chronischer Krankheit wie regelmäßige Kontakte im Rahmen von Disease Management Programmen, andere vorbekannte Erkrankungen zur regelmäßigen Kontrolle sowie sonstige Anlässe, die nicht in vorgenannte Kategorien fallen) und die Kontaktart (mit Arzt, ohne Arzt, nur Rezeptabholung, Arbeitsunfähigkeit, sonstige) sowie Geschlecht und Altersgruppe der Patienten erfasst. Zusätzlich ergänzten die Praxen aus ihren Routinedaten die Kontakthäufigkeit der jeweiligen Patienten im Beobachtungs- und Vorquartal. Nach der jeweiligen Beobachtungswoche übermittelten die Praxen die Anzahl der im Beobachtungsquartal insgesamt angefallenen Behandlungsfälle, um die Relation von Kontakt zu Fallzahl zu bestimmen. Die gewonnenen Daten wurden mit Excel® sowie SPSS® (Version 27) deskriptiv und inferenzstatistisch analysiert, wofür probatorische Chi2-Tests erfolgten.
Es konnten alle studienrelevanten Daten erhoben werden. Insgesamt erfasste die Pilotstudie 3266 Praxiskontakte (57% durch Frauen, 43% durch Männer) in den jeweiligen Beobachtungswochen. Bezüglich der Kontakthäufigkeit eines Individuums, zeigte sich nach Geschlecht kein signifikanter Unterschied. Im Praxisdurchschnitt erfolgten 12% der Kontakte durch Minderjährige, 49% in der Altersgruppe 18-59, 28% bei 60-79-Jährigen und 11% bei über 79-Jährigen. Die Anlässe verteilten sich auf akute Anlässe zu 25%, Kontrolle eines akuten Anlasses zu 15%, andere Routine-Kontrollen zu 31% und sonstige zu 27%. Durchschnittlich erfolgten 62% der Praxiskontakte mit persönlichem Arztkontakt, 19% nur zur Rezeptabholung, 7% nur mit den Medizinischen Fachangestellten, (zum Beispiel zur Blutentnahme, Urinkontrolle), 2% nur für eine Arbeitsunfähigkeitsbescheinigung und 10% mit sonstigen Praxiskontakt-Gründen (zum Beispiel Abholen von Laborwerten, Hausbesuche, telefonische, nicht zur Terminvereinbarung erfolgte Kontakte). Hierbei zeigten sich teils deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Praxisgruppen: so dienten bei Hausärzten 33% der Praxis-Kontakte lediglich zur Rezeptabholung, bei Fachärzten 11%. Die Anzahl der Praxis-Kontakte pro Patient betrug durchschnittlich 2,2 in der Mitte des Beobachtungsquartals (Hausärzte 2,9; Fachärzte 1,8). Durchschnittlich hatten Patienten im Vorquartal (einschließlich derer, die keinen Kontakt im Vorquartal hatten) 2,0 Kontakte (Hausärzte 3,6; Fachärzte 1,1). Auf ein Jahr hochgerechnet, ergibt sich eine Kontakthäufigkeit von 16,9 Kontakten pro Jahr. Ein Abrechnungsfall geht im Durchschnitt mit 2,3 Kontakten (Hausärzte 3,3; Fachärzte 1,7) einher.
Die Studie liefert Hinweise zum Ausmaß vermeidbarer Kontakte, beispielsweise indem knapp 43% der Hausarztpraxis-Kontakte bei über 60-Jährigen nur der Rezeptabholung dienten und 40% der Kontakte bei Fachärzten Routine-Kontrolltermine darstellten, für deren Frequenz wenig Evidenz vorliegt. Als Pilotstudie dürfen die Ergebnisse der Studie jedoch nur hypothesengenerierend interpretiert werden. Aufgrund der Stichprobengröße ist die statistische Aussagekraft nur eingeschränkt. Die Demographie Mittelhessens ist hinsichtlich der Alters- und Geschlechtsverteilung mit derjenigen der Bundesrepublik vergleichbar. Der Anteil von Praxiskontakten mit Arztkontakt unterscheidet sich deutlich von bisherigen Studien. Mögliche Ursachen hierfür kann die unterschiedliche Methodik, deren Bias-Möglichkeiten und der Einfluss der Covid-19-Pandemie sein. Die errechnete Relation von Kontaktzahl zu Abrechnungsfällen, ebenso wie die Anzahl der Kontakte pro Jahr liegt zwischen den im Arztreport 2008 (2,5 Kontakte pro Abrechnungsfall, 17,7 Kontakte pro Jahr; [Daten aus 2007]) und Arztreport 2022 (1,8 Kontakte pro Abrechnungsfall, 15,1 Tage mit abgerechneten Leistungen [Daten aus 2020]). Die Einschätzung aus dieser Studie erscheint demnach probat. Wesentliche Indikatoren bezüglich der Kontakthäufigkeit und Kontaktart sind das Alter sowie die Praxisgruppe, insbesondere ob Fach- oder Hausarzt. Erste Hinweise auf einen Einfluss des Praxisstandortes sind gegeben, bedürfen jedoch weiterführender Untersuchungen. Die Kontaktarten, insbesondere „nur Rezeptabholung“, die mit 19% (bei Hausärzten 33%) der Kontakte ausmachen, zeigen Potentiale zur Senkung der Nachfrage nach Praxisleistungen, wie durch das 2024 eingeführte E-Rezept.Since 2008, a partly generalized payment is applied to the outpatient sector in Germany. Therefore, it is difficult to quantify the exact amount of consultations linked to a paid case (“Abrechnungsfall”). This is due to the fact, that not every single service is paid and documented with date. The result is a lack of information on how the workload of the doctor’s offices is. How new developments, like the 2024 introduced electronic prescription or sick certificates by phone, influence the number of consultations is unclear. For this reason, this piloting study tested, whether this information can be gathered through an on-set data acquisition and how many consultations of doctor’s offices are provided for which reasons.
11 practices in the administrive region of Mittelhessen participated in this study. They shall represent the spectrum of main specializations, location (urban/rural), kind of practice and opening times of the outpatient offices in Germany. All prospective contacts within a working week (5 days) in the middle of the quarter (week 3-10) between 03/20-03/21 were documented. Based on the defined groups of the demand planning guidelines by the “Gemeinsamer Bundesausschuss” the following groups were included: general practitioners (4), general specialized care (6; dermatology, gynecology, neurology, orthopedics/trauma surgeons, pediatrics, urology), and specialized specialized care (1; cardiology). For every consultation, the reason of consult (acute complaint; control of an acute complaint; other control visit/monitoring of a chronic disease in a disease management program or other chronical illnesses, resulting in regular appointments; other reasons, not included in mentioned reasons), the kind of contact (with physician, without physician, only for prescription, sick certificate, others) the sex and the age group of the patient were documented. Furthermore, the offices added information from their routine data, such as number of contacts in the observed and past quarter. After the observed week, the offices transferred information on how many paid cases in the quarter were charged. This enables the calculation of number of contacts linked to one paid case. The collected data was descriptively and inference statistically analyzed with Excel® and SPSS® (version 27), wherefore Chi2-Tests were performed probatorically.
All required data could be collected. Overall, the piloting study documented 3266 office contacts (57% by women, 43% by men) in the particular observed weeks. Referring to individual contact numbers, there was no significant difference between the sexes. On average of the offices, 12% of contacts occurred by minors, 49% by the age group of 18-59, 28% by 60–79-year-olds and 11% by over 79-year-olds. The reasons distributed on acute reasons with 25%, control of an acute reason 15%, other routine controls with 31% and others with 25%. In the mean, 62% of contacts were with a physician, 19% only for a prescription 7% only with non-physician staff (for example for blood drawing, urine control), 2% only for a sick certificate and 10% for other reasons (for example collecting testing results, home visits, consultations through telephone). There were partially explicit differences between different office groups: for instance, 33% of contacts to general care offices were only for a prescription, in comparison to 11% of contacts with specialized care. The number of contacts in the middle of the quarter has been 2,2 (general 2,9; specialized 1,8). On average, patients had 2,0 contacts (general 3,6; specialized 1,1) in the past quarter (including those, who did not have a contact). In projection of a year, this would conclude in 16,9 contacts on average. In the mean, one paid case is linked to 2,3 contacts (general 3,3; specialized 1,7).
This study is delivering hints on the quantity of preventable contacts, for example that 43% of generalized care contacts of patients over 60 are only for a prescription and 40% of the contacts to specialized care are for routine control appointments, where there is low evidence for the frequency. As a piloting study, these results can only be interpreted for generating hypotheses. Because of the little sample size, the statistical value is limited. The demographics of Mittelhessen is comparable to the one Germany itself regarding the age and sex distribution. The portion of office contacts with an actual physician contact differs considerably from other studies. Probable reasons could be the different methods and their bias possibilities and the influence of the covid-19 pandemic. The calculated ratio of contacts to paid cases and the yearly number of contacts lies in between the Arztreport 2008 (2,5 contacts per paid case; 17,7 contacts per year [data of 2007]) and the Arztreport 2022 (1,8 contacts per case; 15,1 days with deducted services [data of 2020]). Therefore, the assessment of this study seems to be appropriate. Key indicators referring to frequency of contacts and kind of contact are the age and the practice group, especially if generalized or specialized. There are first indications of the influence of the location of the practice, which need further research. The kind of contacts, especially “only for prescription”, which cause 19% (33% with generalized care) of the contacts, show the potential of reducing the demand of office services, for example through the 2024 introduced electronic prescription
Novel proteolytic activation of Ebolavirus glycoprotein GP by TMPRSS2 and cathepsin L at an uncharted position can compensate for furin cleavage
No full textA multistep priming process involving furin and endosomal cathepsin B and L (CatB/L) has been described for the Orthoebolavirus zairense (EBOV) glycoprotein GP. Inhibition or knockdown of either furin or endosomal cathepsins, however, did not prevent virus multiplication in cell cultures. Moreover, an EBOV mutant lacking the furin cleavage motif (RRTRR→AGTAA) was able to replicate and cause fatal disease in nonhuman primates, indicating that furin cleavage may be dispensable for virus infectivity. Here, by using protease inhibitors and EBOV GP-carrying recombinant vesicular stomatitis virus (VSV) and transcription and replication-competent virus-like particles (trVLPs) we found that processing of EBOV GP is mediated by different proteases in different cell lines depending on the protease repertoire available. Endosomal cathepsins were essential for EBOV GP entry in Huh-7 but not in Vero cells, in which trypsin-like proteases and stably expressed trypsin-like transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2) supported wild-type EBOV GP and EBOV GP_AGTAA mutant entry. Furthermore, we show that the EBOV GP_AGTAA mutant is cleaved into fusion-competent GP2 by TMPRSS2 and by CatL at a so far unknown site. Fluorescence microscopy co-localization studies indicate that EBOV GP cleavage by TMPRSS2 may occur in the TGN prior to virus release or in the late endosome at the stage of virus entry into a new cell. Our data show that EBOV GP must be proteolytically activated to support virus entry but has even greater flexibility in terms of proteases and the precise cleavage site than previously assumed.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg