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Die Rolle der Nekroptose im Zervixkarzinom und ihre Assoziation mit dem klinischen Verlauf
Get PDFDas Zervixkarzinom stellt trotz deutlichem Rückgang der Inzidenz im Laufe der letzten Jahrzehnte eine der häufigsten Tumorentitäten bei Frauen dar. In einem Großteil der Fälle wird das Zervixkarzinom durch high-risk HPV-Stämme verursacht. Pathophysiologisch führt eine Infektion der Zelle mit einem hr-HPV Stamm zur Störung des Zellzyklus, der Verstärkung der genomischen Instabilität, Hyperproliferation sowie Hemmung der programmierten Zelltodformen Apoptose und Nekroptose. Die Hemmung der Nekroptose geschieht durch die Herabregulierung der Expression von RIPK3. Durch die Ergebnisse dieser Dissertation konnte gezeigt werden, dass Patientinnen, die an einem Zervixkarzinom leiden, ein besseres klinisches Outcome zeigen, wenn Proteine der nekroptotischen Signalkaskade (RIPK1, RIPK3, pMLKL) vermehrt exprimiert werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass das Chaperon HSP90, welches unter anderem
für die Proteinfaltung der Nekroptoseproteine essenziell ist, ebenfalls als positiv prognostischer Faktor gesehen werden kann.
Mittels eines Ceramids (C2 Ceramid) wurde in der ersten Arbeit versucht, die Nekroptose in den drei Zervixkarzinomzelllinien CaSki, HeLa und SiHa zu induzieren. Hierbei konnten bei CaSki- und HeLa-Zellen die für die Nekroptose typischen morphologischen Veränderungen wie Verlust der Konfluenz und „ballooning“ der Zellen gesehen werden.
Diese Ergebnisse lassen die Nekroptose, welche aufgrund der einhergehenden inflammatorischen Immunreaktion besonders im kardiovaskulären Bereich als unwillkommene Zelltodform gesehen wird, in einem anderen Licht erscheinen.
Nachdem anhand der Ergebnisse dieser Arbeit eine prognostische Relevanz der Schlüsselfaktoren der nekroptotischen Signalkaskade abzuleiten ist, bedarf es in der Folge experimentelle Studien, welche die Nekroptose als potenzielles therapeutisches Target sehen. Hierbei könnte insbesondere der Unterschied des proliferations- und viabilitätshemmenden Effekts des isolierten Auslösens der Nekroptose zum isolierten Auslösen der Apoptose von Interesse sein. Dadurch kann die Bedeutung der Nekroptose als Backup Mechanismus bei Hemmung der Apoptose durch HPV weiter erläutert werden.Despite a decline of incidence in cervical carcinoma within the past decades, it remains the 4th most common cancer in females. In most cases, cervical carcinoma is caused by high-risk human papilloma virus. Besides disturbing the cell cycle, promotion of genomic
instability and hyperproliferation, high-risk human papillomavirus inhibits apoptosis as well as necroptosis. We hypothesized that women who have a higher expression of proteins essential for necroptosis (RIPK1, RIPK3 and pMLKL) have a better clinical outcome including overall survival and progressive free survival. This doctoral
thesis showed that there is a positive correlation between higher expression of RIPK1, RIPK3 and pMLKL and key clinical outcomes. Furthermore, we examined heat shock protein 90 which functions as a chaperone for the proteins essential for necroptosis. We could show that HSP90 is a positive prognosticator for OS and PFS in cervical squamous cell carcinoma patients.
In cell culture experiments, we examined the effect of C2 ceramide on the three cervical cancer cell lines CaSki, HeLa and SiHa. In CaSki and HeLa cells we could show that C2 ceramide leads to morphological changes typical for necroptosis, such as loss of confluency and “ballooning”.
Due to the inflammatory response, necroptosis is often seen as a negative process, especially in cardiovascular diseases. This work enlightens a different, positive impact of necroptosis.
More studies will be needed to further characterize the specific microbiological mechanism and to implement necroptosis as a possible therapeutic target
Mesothelial cell plasticity and function
Get PDFMesothelial cells compose a single layer of cobblestone-shaped epithelial cells that cover the surfaces of the peritoneal, pleural, and pericardial body cavities. as well as most internal organs. The mesothelium functions as a critical protective barrier, defending against pathogens and tumor cells through inflammatory and immune responses when injured or exposed to foreign agents. It maintains a smooth, non-adhesive surface to support organ mobility and rapidly repairs itself following damage, typically restoring integrity within days. Disruption of this repair process can lead to pathological changes in the serosal membrane, resulting in adhesions, fibrosis, endometriosis, cancer progression, or metastatic spread.
In this study, we developed inducible CreER knock-in reporter mouse lines, providing a precise tool to trace mesothelial cells in vivo. This system enabled us to analyze the clonal expansion of mesothelial cells at different life stages, from neonatal to adult mice, thereby gaining insights into their distinct proliferative capacities during physiological development and throughout life, at single cell resolution. To further explore mesothelial cell function under pathological conditions, we created a series of disease models, including injury-induced damage, pulmonary fibrosis, and postoperative adhesion models. These models allowed us to systematically study how mesothelial cells respond to and participate in various disease processes, revealing their role in injury response and potential contributions to fibrosis and adhesion formation, at single cell resolutions.
In addition to in vivo models, we have developed an ex vivo tissue culture system as well as a primary human mesothelial cell culture system. These platforms enabled detailed examination of the dynamics of human mesothelial cells in response to various stimuli, linking experimental results to human biological processes. Collectively, these models provide a comprehensive approach to studying mesothelial cell behavior under physiological and pathological conditions, laying the foundation for future studies of therapeutic interventions for mesothelial-related diseases.
Overall, our study established advanced in vivo and ex vivo models to comprehensively investigate mesothelial cell behavior, revealing their roles in development, homeostasis, and disease, and setting the stage for future therapeutic research targeting mesothelial-related pathologies
Effekte einer komplementmodulierenden Genadditionstherapie im retinalen Ischämie-/ Reperfusionsmodell und Charakterisierung des ABCA4/RDH8-Knockoutmodells in der Maus
Get PDFZiel im ersten Teil meiner Doktorarbeit war es, den Erfolg einer adeno-assoziierten (AAV)-gestützten Genadditionstherapie im Rahmen einer retinalen Ischämiesituation im Mausmodell hinsichtlich histomorphologischer Veränderungen der Retina zu untersuchen. Eine gekürzte und funktionell optimierte Version des Komplementmodulators Komplementfaktor H sollte durch intravitreale Injektion lokal in der Retina über ein AAV-Vektorsystem überexprimiert werden und eine Rebalancierung der überschießenden Komplementantwort infolge der Läsion bewirken. Die Limitierung der exogenen Proteinproduktion auf Müllerzellen hatte eine einfachere Applikation, eine effektive Sekretion des Zielproteins miniFH und eine Schonung der sensiblen Neuronen zum Ziel.
Zu diesem Zweck wurden Mausaugen 3 und 14 Tage nach Läsion/ Injektion untersucht. Es kamen morphometrische Analysen der Kernzahlen und Schichtdicken der Retina in Kombination mit Zelltodanalysen via TUNEL-Assay zum Einsatz. Immunhistochemische Färbungen gestatteten Einblicke in die Verteilung von Komplementfaktoren innerhalb der Retina und in das Ausmaß der Müllerzellgliose. Durch immunhistochemische Anfärbbarkeit des Aktivierungsmarkers CD68 waren Rückschlüsse auf den Aktivierungszustand von Mikroglia möglich.
Über die Färbung gegen den EGFP-Reporter konnte zunächst eine sichere Transduktion von Müllerzellen bestätigt werden, welche über ihre einzigartige Morphologie identifiziert werden konnten.
Hinsichtlich der Stress-/Inflammationsmarker GFAP und CD68 zeichnete sich eine ausgeprägte Stresssituation mit starker Gliose bzw. Immunreaktion infolge der Läsion ab. Während der Mikroglia-Aktivierungsmarker CD68 nach 14 Tagen einen deutlichen Rückgang der Immunantwort anzeigte und einen signifikanten Vorteil für die miniFH-Behandlung offenbarte, blieben die GFAP-Level auch nach 14 Tagen hoch und geben Raum für Diskussionen über mögliche Kontaminationen oder immunologische Reaktionen auf den viralen Vektor oder aber eine Müllerzellgliose unabhängig von der Komplementhomöostase.
Durch immunhistochemische Färbungen gegen die Komplementfaktoren C3/C3d und CFH konnte ich Veränderungen der qualitativen und quantitativen Verteilung dieser Komplementfaktoren nach der Läsion und Therapie beschreiben. Die C3-Spaltprodukte, welche sich in meiner C3d-Färbung anfärben ließen, zeigten Überlappungen mit den Signalen für den Müllerzellmarker GFAP und schienen in deren Endfüßen zu akkumulieren. Ihr Immunfluoreszenzsignal stieg postischämisch an und ebbte nach 14 Tagen wieder ab, wobei sich Hinweise auf geringere Ablagerungen in den miniFH-Behandlungsgruppen abzeichneten. Ich beobachtete die Co-Lokalisation von Komplementfaktor H und Mikroglia, wobei zum jetzigen Zeitpunkt noch keine Aussagen zu den molekularen Vorgängen der Interaktion gemacht werden können oder sicher ausgeschlossen werden kann, dass es sich nicht auch um mauseigenen Komplementfaktor H handeln könnte.
Ein TUNEL-Assay kam zum Einsatz, um das Ausmaß von Apoptose bzw. Zelltod 3 und 14 Tage nach Läsion/ Injektion zu untersuchen. Hier zeigten sich nach 3 Tagen noch sehr aktive Entzündungsvorgänge mit hohen Apoptoseraten, die erst nach 14 Tagen abklangen und leichte Vorteile der Therapie mit miniFH anzeigten.
In der Konsequenz der noch lange aktiven Apoptosevorgänge zeigten sich die Vorteile einer Behandlung mit miniFH hinsichtlich retinaler Integrität insbesondere nach 14 Tagen. Morphometrische Analysen offenbarten einen starken Zellverlust infolge der Ischämieperiode für DAPI-positive Zellkerne im Allgemeinen sowie speziell für Ganglienzellen und Amakrinzellen. Für alle untersuchten Zellarten zeigte sich zum 14-Tages-Zeitpunkt eine Tendenz zur Überlegenheit der Behandlung mit miniFH – teils in verbessertem relativem Zellüberleben nach 14 Tagen, aber insbesondere in weniger ausgeprägtem Zellverlust zwischen den beiden Analysezeitpunkten im Vergleich zur untersuchten Kontrollgruppe. Ähnliche Beobachtungen konnte ich auch in der Vermessung der Schichtdicken der plexiformen Schichten der Retina machen.
Es lässt sich festhalten, dass die Therapie mit miniFH in den meisten Analysen keinen signifikanten Therapieerfolg erzielen konnte, jedoch vielversprechende und untereinander konsistente Tendenzen zu beobachten waren.
In dieser Arbeit konnte daher die erfolgreiche Etablierung eines AAV-vermittelten Überexpressionssystems für einen Komplementmodulator auf histologischer Ebene beschrieben werden, welches die effektive und spezifische Transduktion von Müllerzellen erlaubt und die Akkumulation von C3-Spaltprodukten reduziert. Die miniFH-Genadditionstherapie resultierte in verbessertem Zellüberleben und geringerer Mikroglia-Aktivierung im akuten und relativ schweren Degenerationsmodell retinaler Ischämie/ Reperfusion.
Der Einsatz im Ischämie-/ Reperfusionsmodell spiegelt nur eingeschränkt den angedachten Einsatzbereich der Therapie wider. In Zukunft wäre eine weitere Evaluation des Effekts in Modellen sinnvoll, die eine langsame Progression eines Krankheitsverlaufs simulieren, wobei die AAV-Applikation idealerweise frühzeitig vor der Manifestation ausgeprägter retinaler Degeneration erfolgen sollte. Weitere Ansatzpunkte zur Optimierung wären beispielsweise die weitere Anpassung des AAV-Vektors hinsichtlich Effektivität der Müllerzelltransduktion oder die Adaptation der miniFH-Zusammensetzung. Insbesondere eventuelle Manipulationen durch das myc-Tag und seine Detektierbarkeit sollten optimiert werden. Das Degenerationsausmaß könnte ERG-gestützt quantifiziert und Therapieeffekte feiner differenziert werden, da bekannt ist, dass Funktionseinschränkungen lange vor dem eigentlichen Verlust der entsprechenden Zelltypen darstellbar sind. Die limitierte Übertragbarkeit der Ergebnisse vom Mausmodell auf den Menschen sollte zudem ins Auge gefasst werden.
Die Daten dieses Projektteils meiner Dissertation sind als zentrales Kernstück zur Validierung des in vivo Therapieeffekts der miniFH-Überexpression in folgendem Manuskript publiziert:
Biber J, Jabri Y, Glänzer S, Dort A, Hoffelner P, Schmidt CQ, Bludau O, Pauly D, Grosche A. Gliosis-dependent expression of complement factor H truncated variants attenuates retinal neurodegeneration following ischemic injury. J Neuroinflammation. 2024;21(1):56. doi: 10.1186/s12974-024-03045-3. PMID: 38388518
Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Phänotyp eines ABCA4-/- RDH8-/--Doppel-Knockout-Mausmodells charakterisiert, welcher die retinale Manifestation eines Morbus Stargardt simulieren sollte. Da für den RDH8-/--Single-Knockout keine strukturelle Degeneration bekannt war, wurden Tiere dieses Genotyps als Vergleich zugrunde gelegt. Die Charakterisierung erfolgte anhand der Merkmale der Autofluoreszenz des retinalen Pigmentepithels, der Mikroglia-Aktivierung und struktureller retinaler Integrität im Alter von 4 und 9 Monaten.
Im Alter von 4 Monaten war in keinem der untersuchten Parameter ein signifikanter Unterschied zwischen beiden Genotypen zu verzeichnen. In der Messung der RPE-Autofluoreszenz zeigten sich mit der Zeit zunehmende Ablagerungen autofluoreszenten Lipofuszins, was auch ein typisches Charakteristikum des Morbus Stargardt ist. Die Autofluoreszenzwerte korrelierten positiv mit der Stärke der Lichtexposition und waren bei ABCA4-/- RDH8-/--Doppel-Knockout-Mäusen jeweils signifikant höher als bei den Referenztieren.
Hinsichtlich des Zustandes der Mikroglia wiesen beide Genotypen im zeitlichen Verlauf Zeichen verstärkter Aktivierung auf, welche sich insgesamt weniger in höheren Zellzahlen, sondern eher in morphologischen Veränderungen der Mikroglia manifestierte. Mikroglia gingen dabei in eine aktivere Form mit größerem Soma und kürzeren Fortsätzen über. Vermehrte Lichtexposition war nur bei RDH8-/--Mäusen mit signifikant steigender Zellzahl und einer signifikanten Veränderung der Mikroglia-Morphologie in die beschriebene Richtung vergesellschaftet. Nach Differenzierung hinsichtlich verschiedener haltungsbedingter Lichtbedingungen wurde offenkundig, dass bei ABCA4-/- RDH8-/--Mäusen Mikroglia mit signifikant aktiverer Morphologie als bei RDH8-/--Mäusen nur unter niedrigerer Lichtexposition vorkommen.
Hinsichtlich struktureller Integrität zeigten die ABCA4-/- RDH8-/--Mäuse im direkten Vergleich zwar meistens dezent geringere Zellzahlen und Schichtdicken der plexiformen Schichten als RDH8-/--Mäuse, die Unterschiede waren jedoch bis auf wenige Ausnahmen nicht signifikant.
Insgesamt hielt sich die Anzahl an DAPI+ Zellkernen sehr stabil im zeitlichen Verlauf, bei beiden Genotypen waren hier keine starken Degenerationen zu beobachten. Auch nach Differenzierung hinsichtlich der Lichtbedingungen zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den verschiedenen Genotypen. Ein Zusammenhang zwischen Lichtexposition und Degenerationsausmaß konnte auf Ebene struktureller retinaler Integrität ebenfalls nicht beobachtet werden. Nach lokaler Differenzierung zwischen superior und inferior des Nervus opticus gelegenen Retinaabschnitten zeigten sich grundsätzlich sehr vergleichbare Kernzahlen und Schichtdicken innerhalb eines Genotyps. In den inferioren Abschnitten waren jedoch gering niedrigere Zellzahlen in der äußeren Körnerschicht und eine etwas dünnere innere plexiforme Schicht für ABCA4-/- RDH8-/--Mäuse als für RDH8-/--Mäuse zu verzeichnen.
Die bei Maeda et al. (2008) beschriebenen Veränderungen an der zentralen Retina der Knockoutmäuse konnten in den meisten Gesichtspunkten nicht bestätigt werden. Das Degenerationsausmaß stellte sich in den vorliegenden Auswertungen deutlich geringer dar. Während sich im Alter von 4 Monaten kaum Unterschiede zwischen den ABCA4-/- RDH8-/--Doppel-Knockout-Mäusen und den zum Vergleich untersuchten RDH8-/--Single-Knockout-Mäusen nachweisen ließen, stellte sich ein gewisses, wenn auch eher mildes Degenerationsausmaß im erweiterten Beobachtungszeitraum nach 9 Monaten dar. Einige Unterschiede manifestierten sich erst nach Differenzierung zwischen verschiedenen Lichtbedingungen oder genauerer Eingrenzung des untersuchten Retinaabschnittes. Bei beiden Genotypen kam es zum erwarteten deutlichen Anstieg der Autofluoreszenz im RPE sowie zur morphologischen Veränderung der Mikroglia. Hinsichtlich retinaler Integrität konnten jedoch kaum Unterschiede zum Vergleichsgenotyp gesichert werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das vorbeschriebene Degenerationsausmaß auf eine Inzucht-Crbrd8-Mutation im C57BL/6N-Mausstamm zurückzuführen ist, der in den Arbeiten von Maeda et al. untersucht wurde. Aufgrund des nur geringen Degenerationsausmaßes bei den Mäusen mit C57BL/6J-Hintergrund, welche in meiner Arbeit zum Einsatz kamen, kann dieses Mausmodell nicht für die Untersuchung des oben beschriebenen Genadditionstherapieansatzes eingesetzt werden.
Zukünftige Projekte sollten daher den vorgestellten Therapieansatz weiterentwickeln und sein Potential in anderen Modellen weiter evaluieren, die Progression verschiedenster erblich bedingter oder multifaktorieller retinaler Erkrankungen zu verlangsamen, die mit Komplementaktivierung vergesellschaftet sind.The aim of the first part of my doctoral thesis was to investigate the success of an adenoassociated virus (AAV)-based gene addition therapy in a mouse model of retinal ischemia with focus on histomorphological changes in the retina. A shortened and functionally optimized version of the complement modulator complement factor H was intended to be locally overexpressed in the retina via an AAV vector system through intravitreal injection, with the aim of rebalancing the excessive complement response triggered by the lesion. Limiting the exogenous protein production to Müller cells was intended to simplify the application, ensure effective secretion of the target protein miniFH, and protect the sensitive neurons.
For this purpose, mouse eyes were examined 3 and 14 days after lesion/ injection. Morphometric analyses of retinal cell nuclei counts and layer thicknesses were combined with cell death analyses via TUNEL assay. Immunohistochemical staining provided insights into the distribution of complement factors within the retina and the extent of Müller cell gliosis.
Through immunohistochemical staining of the activation marker CD68, it was possible to assess the activation status of microglia.
The staining for the EGFP reporter confirmed a successful transduction of Müller cells, which could be identified by their unique morphology.
Regarding the stress/ inflammation markers GFAP and CD68, a pronounced stress situation with strong gliosis and immune response following the lesion was observed. While the microglia activation marker CD68 showed a marked decrease in the immune response after 14 days, revealing a significant benefit for the miniFH treatment, GFAP levels remained high even after 14 days, raising questions about possible contamination, immunological reactions to the viral vector, or Müller cell gliosis independent of complement homeostasis.
Immunohistochemical staining for complement factors C3/C3d and CFH allowed me to describe changes in the qualitative and quantitative distribution of these complement factors following the lesion and therapy. The C3 cleavage products, which were stained by my C3d staining, overlapped with signals for the Müller cell marker GFAP and appeared to accumulate in their end feet. Their immunofluorescence signal increased following ischemia and subsided again after 14 days, with indications of lower deposits in the miniFH treated groups.
I observed the co-localization of complement factor H and microglia, but at this stage, no definitive statements can be made about the molecular processes of this interaction, nor can it be definitively excluded that it might be endogenous mouse complement factor H.
A TUNEL assay was employed to examine the extent of apoptosis or cell death 3 and 14 days after lesion/ injection. After 3 days, highly active inflammatory processes with high apoptosis rates were observed, which only subsided after 14 days and indicated slight advantages of miniFH therapy.
Consequently, the advantages of miniFH treatment in terms of retinal integrity were particularly evident after 14 days due to the still active apoptosis processes. Morphometric analyses revealed a significant cell loss following the ischemic period, both in terms of overall DAPIpositive cell nuclei and specifically for ganglion cells and amacrine cells. For all cell types examined, a trend toward the superiority of miniFH treatment was evident at the 14-day time point—partly in improved relative cell survival after 14 days, but particularly in less pronounced cell loss between the two analysis time points compared to the control group. Similar observations were made in the measurement of the thicknesses of the retinal plexiform layers.
In summary, while the miniFH therapy did not achieve significant therapeutic success in most analyses, promising and consistent trends were observed.
Thus, this work describes the successful establishment of an AAV-mediated overexpression system for a complement modulator at the histological level, which allows for effective and specific transduction of Müller cells and reduces the accumulation of C3 cleavage products. The miniFH gene addition therapy resulted in improved cell survival and reduced microglial activation in the acute and relatively severe degeneration model of retinal ischemia/ reperfusion.
The use of this ischemia/ reperfusion model only partially reflects the intended application of the therapy. In the future, further evaluation of the effect in models that simulate a slow progression of disease would be beneficial, ideally with early AAV application before the manifestation of pronounced retinal degeneration. Further optimization approaches could include the enhancement of the AAV vector's effectiveness for Müller cell transduction or the adaptation of the miniFH composition. Specifically, potential manipulations of the myc-tag and its detectability should be optimized. The extent of degeneration could be quantified with ERG support, allowing for finer differentiation of therapeutic effects, as it is known that functional impairments can be detected long before the actual loss of the corresponding cell types. The limited transferability of the results from the mouse model to humans should also be taken into consideration.
The data from this part of my dissertation serve as a central core piece for the validation of the in vivo therapeutic effect of miniFH overexpression and are published in the following manuscript:
Biber J, Jabri Y, Glänzer S, Dort A, Hoffelner P, Schmidt CQ, Bludau O, Pauly D, Grosche A. Gliosis-dependent expression of complement factor H truncated variants attenuates retinal neurodegeneration following ischemic injury. J Neuroinflammation. 2024;21(1):56. doi: 10.1186/s12974-024-03045-3. PMID: 38388518
In the second part of the thesis, the phenotype of an ABCA4-/- RDH8-/- double knockout mouse model was characterized, which was intended to simulate the retinal manifestation of Stargardt disease. Since no structural degeneration was known for the RDH8-/- single knockout, animals of this genotype were used as a comparison. The characterization was based on the autofluorescence of the retinal pigment epithelium, microglia activation, and structural retinal integrity at 4 and 9 months of age.
At 4 months of age, no significant differences between the two genotypes were observed in any of the examined parameters. The measurement of RPE autofluorescence revealed increasing deposits of autofluorescent lipofuscin over time, which is also a typical characteristic of Stargardt disease. The autofluorescence values correlated positively with the intensity of light exposure and were significantly higher in ABCA4-/- RDH8-/- double knockout mice than in the reference animals.
In terms of the microglia state, both genotypes showed signs of increased activation over time, manifesting more in morphological changes of the microglia than in higher cell numbers. Microglia transitioned into a more active form with larger somas and shorter processes.
Increased light exposure was associated with significantly increasing cell numbers and a significant change in microglia morphology exclusively in RDH8-/- mice. After differentiating based on different housing light conditions, it became apparent that in ABCA4-/- RDH8-/- mice, microglia with significantly more active morphology compared to RDH8-/- mice were found only under lower light exposure.
Regarding structural integrity, ABCA4-/- RDH8-/- mice generally showed slightly lower cell counts and plexiform layer thicknesses compared to RDH8-/- mice, but these differences were not significant, with a few exceptions. Overall, the number of DAPI+ nuclei remained stable over time, with no significant degeneration observed in either genotype. No significant differences between the genotypes were found after differentiating based on light exposure.
A connection between light exposure and the extent of degeneration could not be observed at the level of structural retinal integrity either. After local differentiation between the superior and inferior sections of the retina relative to the optic nerve, very comparable cell counts and layer thicknesses were observed within each genotype, although in the inferior sections, ABCA4-/- RDH8-/- mice displayed slightly lower cell numbers in the outer nuclear layer and a slightly thinner inner plexiform layer compared to RDH8-/- mice.
The changes in the central retina of these knockout mice described by Maeda et al. (2008) could not be confirmed in most aspects; the extent of degeneration was significantly lower in my analyses. At the 4-month time point, merely few differences could be detected between ABCA4-/- RDH8-/- double knockout mice and RDH8-/- single knockout mice; however, a mild degree of degeneration became apparent during the extended observation period of 9 months. Some differences only manifested after differentiating between the light conditions or after more precise localization of the examined retinal section. In both genotypes, the expected significant increase in RPE autofluorescence and the morphological changes in microglia occurred. But few differences could be confirmed regarding retinal integrity compared to the reference genotype. The results suggest that the previously described degree of degeneration is due to an inbred Crbrd8 mutation in the C57BL/6N mouse strain used in the studies by Maeda et al. Due to the only mild degree of degeneration in the mice with a C57BL/6J background used in my work, this mouse model cannot be used for the investigation of the aforementioned gene addition therapy approach.
Future projects should continue to develop the presented therapy approach and evaluate its potential in other models to slow the progression of various inherited or multifactorial retinal diseases associated with complement activation
Neutron oscillations into hidden dimensions & Topological defects of the quark condensate
Get PDFDiese Arbeit besteht aus zwei Teilen:
Der erste Teil untersucht die Oszillationen von Neutronen in verborgene Dimensionen. Da Neutronen und Neutrinos keine erhaltenen Eichladungen tragen, sind sie natürliche Kandidaten um mit verborgenen Sektoren zu interagieren. Insbeson- dere können sie sich mit Bulk-Fermionen mischen, die in großen Extradimensio- nen propagieren. Da Bulk-Felder in großen Extradimensionen einen fein gestuften Kaluza-Klein-Turm besitzen, finden sowohl gebundene als auch freie Neutronen mit unterschiedlichen Energieniveaus jeweils einen nächsten Oszillationspartner im Turm. Möglicherweise beobachtbare Effekte sind das Verschwinden von gebunde- nen Neutronen in Atomkernen sowie ein wiederholendes Resonanzmuster in der Verschwindensamplitude freier Neutronen. Die charakteristische Signatur dieser Resonanzen korrespondieren mit bestimmten Magnetfeldstärken, die mit den Kaluza- Klein-Zuständen korrelieren. Auf diese Weise können Experimente mit freien Neutro- nen den Kaluza-Klein-Turm scannen und einen Parameterbereich der Theorie testen, der durch das Hierarchyproblem motiviert ist.
Der zweite Teil befasst sich mit topologischen Defekten des Quark-Kondensats der Quantenchromodynamik. Durch die spontane Brechung der chiralen Symmetrie entstehen 2π-Domänenwände der η′ und π0-Mesonen, deren Rand kosmische Strings sind. Im Falle einer starken Epoche im frühen Universum können diese Defekte der Quantenchromodynamik eine wichtige Rolle für Kosmologie gespielt haben. Wird ein verborgenes Axion in die Theorie eingefügt, so werden die axionischen Strings von Windungen in den Phasen des Quark-Kondensats begleitet. Diese gleichzeiti- gen Windungen können bedeutende astrophysikalische Konsequenzen haben, etwa Veränderungen der Supraleitungs- und Anomalieinfluss-Eigenschaften axionischer Strings.This thesis is split into two parts:
The first part explores the oscillations of neutrons into hidden dimensions. Since neutrons and neutrinos carry no conserved gauge charges, they are natural candidates to interact with hidden sectors. In particular, they can mix with bulk fermions propagating in large extra dimensions. Because bulk fields in large extra dimensions have a finely spaced Kaluza-Klein tower, both bound and free neutrons with different energy levels all find a closest oscillation partner in the tower. Potentially observable effects are the disappearance of bound neutrons in nuclei and a repetitive pattern of resonances in the neutron disappearance amplitude in free neutron experiments. The unique signature of resonances in the neutron disappearance amplitude correspond to magnetic field values which are correlated with the Kaluza-Klein states. In this way, free neutron experiments can perform a scanning of the Kaluza-Klein tower and test a parameter space of the theory motivated by the hierarchy problem.
The second part investigates topological defects of the quark condensate of Quantum Chromodynamics. The spontaneous breaking of the chiral symmetry gives rise to 2π-domain walls bounded by cosmic strings of the η′ and the π0- mesons. In case of a strong epoch in the early universe, these defects of Quantum Chromodynamics can play an important role in cosmology. When including a hidden axion in the theory, the axionic strings are accompanied by windings in the phases of the quark condensate. This simultaneous winding can have important astrophysical consequences, such as changing the superconductivity and anomaly inflow properties of axionic strings
Integrating machine learning and physics-based models for enhanced computational workflows in mass spectrometry
Get PDFMass spectrometry-based proteomics is a cornerstone of modern systems biology, enabling the large-scale identification and quantification of proteins from complex biological samples. However, despite advances in instrumentation and data acquisition strategies, the computational interpretation of mass spectra remains a significant challenge.
I begin this thesis with an introduction to mass spectrometry-based proteomics, covering the workflow from experimental setup to data analysis. I then present two complementary projects that enhance identification confidence and peptide coverage in proteomics workflows by integrating machine learning with physics-based model-ing. The first project not only contributes to improved predictive accuracy but also provides a mechanistic explanation for a newly observed phenomenon in ion mobility experiments.
The first project explores how structural and physical properties of peptides can be used to enhance identification, focusing on gas-phase peptide conformations. We combine molecular dynamics simulations, ion mobility calculations, and collision cross section prediction(CCS) with machine learning to show that certain peptides exhibit bimodal CCS distributions in the gas phase, reflecting the presence of stable conformers. By modeling these distributions and predicting CCS values from peptide sequences, we improve peptide matching and reduce ambiguity in identifications. This integrative strategy demonstrates that even subtle physical features—when combined with predictive modeling—can yield meaningful improvements in peptide discrimination.
The second project focuses on the development of a machine learning-based re-scoring framework for peptide-spectrum matches(PSMs) in data-dependent acquisition work-flows. Existing scoring algorithms used by standard search engines often fail to fully leverage the rich features embedded in modern spectra. In response, we propose a model that re-evaluates the PSMs using learned discriminative patterns derived from spectrum-sequence pairs. The model significantly increases identification sensitivity across multiple datasets and maintains well-calibrated false discovery rate control. This approach demonstrates that high-confidence identifications can be obtained using only spectrum and peptide sequence as input, without requiring auxiliary metadata or feature engineering.
Together, these two projects support a broader vision: that integrating data-driven learning methods with physically meaningful representations enables more accurate and robust peptide identification in mass spectrometry proteomics. By advancing both the theoretical and practical understanding of the peptide identification problem, this work contributes to the development of more reliable and interpretable computational proteomics pipelines.Massenspektrometrie-basierte Proteomik ist eine grundlegende Technik der modernen Systembiologie und ermöglicht die Identifikation und Quantifizierung zahlreicher Proteine aus komplexen biologischen Proben. Trotz erheblicher Fortschritte bei Messinstrumenten und -strategien stellt die computergestützte Interpretation von Massenspektren weiterhin eine große Herausforderung dar.
Ich beginne diese Dissertation mit einer Einführung in die massenspektrometrie-basierte Proteomik und erläutere den gesamten Workflow – von der experimentellen Durchführung bis zur Datenanalyse. Anschließend präsentiere ich zwei komplemen-täre Projekte, die durch die Integration von maschinellem Lernen und physikbasiertem Modellieren sowohl das Vertrauen in die Identifikation als auch die Peptidabdeckung in Proteomik-Workflows verbessern. Das erste Projekt trägt nicht nur zu einer höheren Vorhersagegenauigkeit bei, sondern liefert auch eine mechanistische Erklärung für ein neu beobachtetes Phänomen in Ionenmobilitätsexperimenten.
Das erste Projekt untersucht, wie strukturelle und physikalische Eigenschaften von Peptiden zur Verbesserung der Identifikation genutzt werden können. Hierbei liegt der Fokus auf Peptidkonformationen in der Gasphase. Für die Auswertung kombinieren wir Molekulardynamik-Simulationen, Berechnungen der Ionenmobilität und die Vorhersage von Kollisionsquerschnitten (engl. collision cross section, CCS) mit maschinellem Lernen. Dabei zeigt sich, dass bestimmte Peptide bimodale CCS-Verteilungen in der Gasphase aufweisen, was auf das Vorhandensein stabiler Konformere hinweist. Durch das Modellieren dieser Verteilungen und die Vorhersage von CCS-Werten aus Peptidsequenzen verbessern wir die Peptidzuordnung und verringern die Ambiguität bei der Identifikation. Diese integrative Strategie zeigt, dass selbst subtile physikalische Merkmale – kombiniert mit prädiktiven Modellen – zu bedeutenden Verbesserungen bei der Identifikation von Peptiden führen können. Das zweite Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung eines maschinellen Lernmod-ells zur Neugewichtung von Peptid-Spektrum-Zuordnungen (engl. peptide-spectrum matches, PSMs) in datenabhängigen Akquisitionsverfahren (engl. data-dependent acquisition, DDA). Die in gängigen Suchmaschinen verwendeten Algorithmen nutzen oft nicht das volle Potenzial der in modernen Spektren enthaltenen Informationen. Als Antwort darauf schlagen wir ein Modell vor, das PSMs auf Basis gelernter, unter-scheidbarer Muster aus Spektrum-Sequenz-Paaren neu bewertet. Das Modell steigert signifikant die Genauigkeit der Identifikation in verschiedenen Datensätzen und gewährleistet eine gut kalibrierte Kontrolle der Fehlerentdeckungsrate (engl. false discovery rate, FDR). Dieser Ansatz zeigt, dass vertrauenswürdige Identifikationen allein auf Basis von Spektrum und Peptidsequenz – ohne zusätzliche Metadaten oder Feature-Engineering – möglich sind.
Zusammen unterstützen diese beiden Projekte eine übergeordnete Vision: die Integra-tion datengetriebener Lernmethoden mit physikalisch sinnvollen Repräsentationen, um eine genauere und robustere Peptididentifikation in der massenspektrometrischen Proteomik zu ermöglichen. Durch die Weiterentwicklung sowohl des theoretischen als auch des praktischen Verständnisses des Problems der Peptididentifikation leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Entwicklung zuverlässigerer und interpretierbarer rechnergestützter Auswertungspipelines in der Proteomik
Competence of inhibitory neuron progenitors in the telencephalon
Get PDFInhibitory neurons of the telencephalon are generated from ventral proliferative zones, called ganglionic eminences. Here, progenitor cells mature and differentiate into specialized GABAergic interneurons and projection neurons. This study explored the competence of inhibitory neuron progenitors, how it is influenced by intrinsic and extrinsic factors during neurogenesis, and how this reflects on the downstream neurons they generate. Multiple important aspects were addressed to gain a comprehensive understanding of progenitor behavior at different embryonic developmental stages. First, the developmental patterns from progenitor cells to neuronal precursors were analyzed, comparing inhibitory and excitatory lineages at different stages utilizing single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). This comparison highlighted the temporal dynamics and regional differences in neuronal development, particularly between ventral and dorsal telencephalon lineages. Second, a genetic barcoding method was employed to track the clonal relationships and fate commitment of inhibitory progenitors at the single-cell level. Clonal analysis revealed no transcriptomic signatures in the progenitor pool that could lead the differentiation towards a specific cell state. Third, an in-depth analysis of isochronic cohorts of cells labeled with a fluorescent dye and analyzed with scRNA-seq, revealed a link between the changes in gene expression of the progenitors and a shift in the maturation level of newly born neurons at different time points, indicating a possible birthmark in the progenitor-to-neuron transition. Finally, this study explored the intrinsic and extrinsic factors that could affect the competence of progenitors, employing chromatin and gene interaction analyses to uncover the intrinsic mechanisms governing inhibitory lineage progression, and transplantation, to shed light on the role of the environmental factors. Overall, this research provides a framework for understanding the patterning of inhibitory progenitor cells, the factors involved in their competence, and the effect on the differentiation and maturation of their daughter cells.Hemmende Neuronen des Telencephalons entstehen aus ventralen proliferativen Zonen, den sogenannten ganglionischen Eminenzen. Dort reifen Vorläuferzellen heran und differenzieren zu spezialisierten GABAergen Interneuronen und Projektionsneuronen. Diese Arbeit untersucht die Kompetenz inhibitorischer Vorläuferzellen, ihre Regulation durch intrinsische und extrinsische Faktoren während der Neurogenese sowie deren Einfluss auf die nachfolgenden Neuronen.
Um das Verhalten der Vorläuferzellen in verschiedenen embryonalen Entwicklungsphasen umfassend zu charakterisieren, wurden mehrere Ansätze kombiniert. Zunächst wurden Entwicklungsverläufe von Vorläuferzellen zu neuronalen Präcursoren mittels Single-Cell RNA Sequencing (scRNA-seq) analysiert und inhibitorische mit exzitatorischen Zelllinien verglichen. Dadurch konnten zeitliche Dynamiken und regionale Unterschiede der neuronalen Entwicklung, insbesondere zwischen ventralem und dorsalem Telencephalon, aufgezeigt werden.
Mithilfe genetischer Barcodierung wurde anschließend die klonale Verwandtschaft und Schicksalsfestlegung inhibitorischer Vorläuferzellen auf Einzelzellniveau verfolgt. Die Analysen zeigten, dass innerhalb des Vorläuferpools keine eindeutigen transkriptomischen Signaturen existieren, die eine Differenzierung in einen bestimmten Zelltyp vorhersagen.
Eine detaillierte Untersuchung isochroner, mit Fluoreszenzfarbstoff markierter Zellkohorten enthüllte zudem eine Verbindung zwischen Veränderungen in der Genexpression der Vorläufer und dem Reifegrad der neu gebildeten Neuronen zu verschiedenen Zeitpunkten. Dies weist auf eine mögliche „Geburtsmarke“ im Übergang von der Vorläuferzelle zur reifen Nervenzelle hin.
Abschließend wurden intrinsische und extrinsische Faktoren identifiziert, die die Kompetenz der Vorläuferzellen beeinflussen. Chromatin- und Geninteraktionsanalysen verdeutlichten die intrinsischen Mechanismen der inhibitorischen Linienentwicklung, während Transplantationsexperimente die Bedeutung umweltbedingter Einflüsse hervorhoben.
Insgesamt bietet diese Arbeit ein umfassendes Rahmenkonzept zum Verständnis der Musterbildung inhibitorischer Vorläuferzellen, der zugrunde liegenden Regulationsmechanismen und deren Auswirkungen auf Differenzierung und Reifung der entstehenden Neuronen
Klinische Tropenmedizin in globalem Kontext
Get PDFDiese Habilitationsschrift von Dr. Camilla Rothe behandelt die klinische Tropenmedizin in einem globalen Kontext. Sie umfasst die Epidemiologie, Diagnostik und Therapie tropischer Krankheiten sowohl in betroffenen Regionen als auch bei Migranten und Reiserückkehrern in Deutschland. Der Fokus liegt auf HIV/AIDS in Afrika, der Kryptokokkenmeningitis und importierten Infektionen wie SARS-CoV-2. Zudem wird die Versorgung von Migranten und die Bedeutung der Reisemedizin beleuchtet. Ihre Arbeiten zur Therapie der Kryptokokkenmeningitis beeinflussten die WHO-Richtlinien. Die Arbeit zeigt die Notwendigkeit angepasster Behandlungsstrategien für ressourcenreiche und -arme Länder.Dr. Camilla Rothe's habilitation thesis explores clinical tropical medicine in a global context, covering the epidemiology, diagnosis, and treatment of tropical diseases in endemic regions and among migrants and returning travelers in Germany. Key topics include HIV/AIDS in Africa, cryptococcal meningitis, and imported infections like SARS-CoV-2. The work also examines migrant healthcare and travel medicine. Her research on cryptococcal meningitis influenced WHO guidelines. The findings highlight the need for tailored treatment strategies for both resource-rich and resource-limited settings
Ethische Fragen in der Berg- und Höhenmedizin
Get PDFIn mountain, high-altitude and expedition medicine, physicians are confronted with ethical challenges that differ from routine clinical care, as they treat patients under special conditions regarding the medical care situation, external circumstances, limited medical resources and their own risk exposure. While some of the resulting ethical aspects have already been discussed analytically in the literature, a systematic investigation of the ethical issues that physicians in mountain, high-altitude and expedition medicine are confronted with in their practice is still lacking.
We therefore conducted a qualitative interview study with ten physicians who, due to their many years of experience in various areas of mountain, high-altitude and expedition medicine, can be regarded as experts in these fields (maximum variation sampling) in order to answer the following research questions:
1. What ethical issues do medical practitioners perceive in the field of mountain, high altitude and expedition medicine?
2. How do mountain physicians deal with these ethical issues?
3. What would mountain physicians wish for in dealing with these ethical issues in the future?
The interviews were recorded, transcribed and analyzed using the Saldaña coding method.
The interview participants reported challenging working conditions characterized by limited medical resources, limited diagnostic and prognostic information, difficult external circumstances, the risk exposure of the rescuers themselves and the risk-taking behaviour of the mountaineers. In the field of mountain rescue medicine, the experts described ethical challenges of balancing the duty to help the casualties with the health risks for the rescuers, the personal responsibility of the mountaineers, resuscitation situations under difficult external conditions, triage situations with multiple burials and the allocation of resources in the rescue system. In the field of high-altitude and expedition medicine, the study participants mentioned the ethical justifiability of strictly advising against participation in a high-risk undertaking and the ethical question of the medical prescription of prophylactic and performance-enhancing medication. The other results focused on distributive justice on a global level.
In dealing with these medical ethical issues, the experts interviewed can only partially fall back on guidelines or recommendations from professional societies. They therefore usually have to resolve medical-ethical conflict situations on a case-by-case basis by balancing the unclear or conflicting ethical obligations in individual cases.
The results presented and discussed in the light of the limited scientific findings available to date can raise awareness of ethically relevant constellations in mountain, high-altitude and expedition medicine and serve as a basis for the development of decision-making aids for the actors involved. The present study can serve as a starting point for further research into ethical issues in these medical fields.
It can also be inferred from the results of this study that ethical issues should be explicitly addressed in the training of doctors working in mountain medicine in the future. In view of the increasing importance of leisure activities in the mountains, this could raise the awareness of trained physicians with regard to ethical issues and considerations and create an ethically justified basis for action.
Overall, the present interview study succeeded in identifying and discussing the broad spectrum of ethical issues in mountain, high-altitude and expedition medicine and how they are dealt with. In view of the different approaches practiced by the actors, it would seem appropriate to investigate in greater depth in future scientific work how the various ethical challenges can be met in an ethically well-founded manner under the given difficult conditions.Ärzte sind in der Berg-, Höhen- und Expeditionsmedizin mit ethischen Herausforderungen konfrontiert, welche sich von der klinischen Routineversorgung unterscheiden, da sie die Patienten unter besonderen Rahmenbedingungen hinsichtlich der medizinischen Versorgungssituation, der externen Umstände, limitierter medizinischer Ressourcen und der eigenen Risikoexposition versorgen. Während einige der resultierenden ethischen Aspekte bereits analytisch in der Literatur diskutiert wurden, fehlt bislang eine systematische Untersuchung, mit welchen ethischen Fragen die handelnden Akteure in der Berg-, Höhen- und Expeditionsmedizin in ihrer ärztlichen Praxis konfrontiert werden.
Daher führten wir eine qualitative Interviewstudie mit zehn Ärzten durch, welche durch ihre jahrelange Erfahrung in unterschiedlichen Bereichen der Berg-, Höhen- und Expeditionsmedizin als ausgewiesene Experten auf diesen Gebieten gelten (maximum variation sampling), um folgende Forschungsfragen zu beantworten:
1. Welche ethischen Fragen nehmen Mediziner im Bereich der Berg-, Höhen- und Expeditionsmedizin wahr?
2. Wie gehen die Bergmediziner mit diesen ethischen Fragen um?
3. Was wünschen sich die Bergmediziner für den Umgang mit diesen ethischen Fragen in der Zukunft?
Die Interviews wurden aufgezeichnet, transkribiert und mittels des Kodierverfahrens nach Saldaña inhaltsanalytisch ausgewertet.
Die Interviewteilnehmer berichteten über herausfordernden Arbeitsbedingungen, welche durch begrenzte medizinische Ressourcen, limitierte diagnostische sowie prognostische Informationen, schwierige äußere Umstände, die Risikoexposition der Retter selbst und das Risikoverhalten der Bergsteiger charakterisiert sind. Auf dem Gebiet der Bergrettungsmedizin beschrieben die Experten als ethische Herausforderungen die Abwägung der Hilfsverpflichtungen gegenüber den Verunglückten mit den gesundheitlichen Risiken für die Retter, die Eigenverantwortung der Bergsteiger, Reanimationssituationen unter schwierigen äußeren Bedingungen, Triagesituationen bei Mehrfachverschüttungen und die Ressourcenallokation im Rettungswesen. Auf dem Gebiet der Höhen- und Expeditionsmedizin nannten die Studienteilnehmer die ethische Vertretbarkeit des strikten Abratens von der Teilnahme an einer risikoreichen Unternehmung sowie die ethische Frage nach der ärztlichen Verschreibung prophylaktisch wirksamer und leistungssteigernder Medikamente. Im Mittelpunkt der weiteren Ergebnisse stand die Verteilungsgerechtigkeit auf globaler Ebene.
Die befragten Experten können im Umgang mit diesen medizinethischen Fragen lediglich teilweise auf Leitlinien oder Empfehlungen von Fachgesellschaften zurückgreifen. Sie müssen daher die medizinethischen Konfliktsituationen meist fallbezogen lösen, indem sie eine begründete Abwägung zwischen den im Einzelfall unklaren oder konfligierenden ethischen Verpflichtungen treffen.
Die dargestellten und im Spiegel der bislang nur spärlich verfügbaren wissenschaftlichen Erkenntnisse diskutierten Ergebnisse können das Bewusstsein für ethisch relevante Konstellationen in der Berg-, Höhen- und Expeditionsmedizin schärfen und als Grundlage für die Entwicklung von Entscheidungshilfen für die handelnden Akteure dienen. Die vorliegende Studie kann als Ausgangspunkt für weitere Forschung zu ethischen Fragestellungen in diesen medizinischen Fachbereichen dienen.
Aus den Ergebnissen der vorliegenden Studie lässt sich zudem ableiten, dass zukünftig ethische Fragen in der Ausbildung bergmedizinisch tätiger Ärzte ausdrücklich thematisiert werden sollten. Damit könnte angesichts der weiter zunehmenden Bedeutung von Freizeitaktivitäten in den Bergen eine Sensibilisierung der ausgebildeten Mediziner hinsichtlich ethischer Fragen und Abwägungen erreicht und eine ethisch begründete Handlungsbasis geschaffen werden.
Insgesamt gelang es mit der vorliegenden Interviewstudie, das breite Spektrum an ethischen Fragen in der Berg-, Höhen- und Expeditionsmedizin sowie den Umgang mit denselben herauszuarbeiten und zu diskutieren. Angesichts der unterschiedlichen von den Akteuren praktizierten Lösungsansätzen erscheint es sinnvoll, in zukünftigen wissenschaftlichen Arbeiten vertiefend zu untersuchen, wie den verschiedenen ethischen Herausforderungen unter den gegebenen schwierigen Rahmenbedingungen auf eine ethisch gut begründete Art und Weise begegnet werden kann
Individuelle Förderung durch Lerncoaching
Get PDFDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Lerncoaching, einem Beratungsangebot für Schüler/-innen, welches ihnen dabei helfen soll, Herausforderungen im Kontext Schule bewältigen zu können. In diesem Zusammenhang soll die bestehende Forschungslage dahingehend ergänzt werden, wie und in welchen Bereichen des Lernens dieses Angebot einer individuellen Förderung auf Schüler/-innen wirkt und ob sich die Erwartungen der beteiligten Personen aus deren Sicht erfüllen.
Eine Vielzahl bisheriger Studien belegt, dass sich Kinder und Jugendlichen mit verschiedenen Anforderungen der modernen Gesellschaft konfrontiert sehen, bei der gleichförmiges, vorgefertigtes Wissen keine Hilfe darstellt. Deswegen wird in theoretischen Publikationen eine individuelle Prozessbegleitung gefordert, die auf einer symmetrischen Beziehung, offenen Kommunikationstechnik sowie auf Personen- sowie Lösungsorientierung beruht.
Um der Frage nachzugehen, inwieweit diese individuelle Prozessbegleitung in der Form des Lerncoachings zu Wirkungen führt und welche Wirkfaktoren dafür wichtig sind, nähert sich diese Untersuchung der Frage aus unterschiedlichen Positionen sowie Zeitpunkten in einem qualitativen Forschungsdesign. So werden innerhalb einer Schulfamilie 20 Schüler/-innen und 15 Eltern vor Beginn des Lerncoachings schriftlich über ihre Erwartungshaltung befragt. Zu einem späteren Zeitpunkt äußern sich diese beiden Personengruppen (15 Schüler/-innen, sowie 14 Elternteile), ebenso wie 10 als Lerncoaches fungierende Lehrkräfte, im Rahmen von Interviews zu diesem Thema. Dabei gliedert sich die Erhebung zu jedem Zeitpunkt in einer Darstellung der Struktur-, Prozess- sowie Ergebnisqualität. Die schriftliche Abfrage der Erwartungen sowie die transkribierten Interviews dienen schließlich als Datenmaterial für eine nachfolgende qualitative Auswertung.
Die zentralen Ergebnisse dieser Evaluationsstudie weisen in Bezug auf die Strukturqualität darauf hin, dass folgende Faktoren wichtig für ein erfolgreiches Lerncoaching sind: ein Commitment der Schüler/-innen gegenüber dem Lerncoaching, welches durch eine aktive Mitarbeit sowie einer freiwilligen Teilnahme gezeichnet ist, sowie auf Seiten der Lehrkräfte eine Coachingprofessionalität, die durch spezifische Fortbildungen sowie Supervisionstreffen entsteht. In einer gelungenen Coachingbeziehung auf Augenhöhe führt dies zu einem Zugehörigkeitsgefühl des Coachees im Schulkontext, was neben einer Individuums- und ressourcenorientierten Methodik als Prozessberatung zu erwünschten Wirkungen führt.
Auf der Prozessebene zeigt sich die Bedeutung der Paarbildung, der Regelmäßigkeit stattfindender Termine sowie eines hohen Stellenwerts des Lerncoachings im Schulalltag, der sich beispielsweise in der schulinternen Organisation als Coachingteam widerspiegelt.
Im Rahmen der Ergebnisqualität kann zum einen den Erwartungen bezüglich einer Entlastung schulbezogener Emotionen, dem Erwerb von Lernstrategien sowie einer Leistungssteigerung im Lerncoaching begegnet werden. Darüber hinaus ergeben sich weitere positive Wirkungen sowohl auf Seiten der Schüler/-innen als auch der coachenden Lehrkräfte.
Diese Studienergebnisse werden abschließend in das Modell des Lerncoachings an Schulen eingearbeitet, welches somit eine inhaltliche Ausdifferenzierung erfährt sowie die Grundlage für Implikationen in der Lerncoaching-Praxis darstellt