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Qualitätskontrolle der mitochondrialen DNA in S. cerevisiae
Get PDFDie mitochondriale DNA (mtDNA) kodiert für essentielle Untereinheiten der Atmungskette. Mutationen der mtDNA können dazu führen, dass die Zelle ihre Fähigkeit verliert Energie über die Atmungskette zu generieren. Des Weiteren können solche mtDNA Mutationen im Menschen schwerwiegende Krankheiten wie Alzheimer oder Huntington fördern. Wie die Zelle die Integrität und Qualität ihrer mtDNA gewährleistet ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht vollkommen aufgeschlüsselt worden.
In dieser Arbeit wird untersucht, inwiefern der einzellige eukaryotische Organismus Saccharomyces cerevisiae im Stande ist zwischen mutierter und intakter mtDNA zu unterscheiden. Die Ergebnisse zeigen darüber hinaus, dass Tochterzellen im Vergleich zu deren Mutterzellen, über signifikant mehr intakte mtDNA verfügen. Weiterhin wird aufgezeigt, welche Gene und strukturelle Veränderungen innerhalb der Zellen zu einer Beeinträchtigung der Qualitätssicherung beitragen.
Auf Basis der durchgeführten Experimente wurde ersichtlich, dass die Qualitätssicherung der mtDNA, entgegen einer verbreiteten Annahme, nicht auf dem Prozess der Fission, sondern mehr auf der Aufrechterhaltung einer intakten mitochondrialen Struktur beruht. Der Prozess der Autophagie stellt ebenfalls für die Detektion intakter mtDNA keine Relevanz dar. Ein Kernelement bildet die Erkenntnis, dass vor allem die Cristae-Morphologie maßgeblich an der Qualitätssicherung der mtDNA beteiligt ist. Eine Deletion der an der Cristae-Struktur involvierten Gene Δatp20, Δatp21, Δmic10 oder Δmic60 führt zu einem Verlust der Qualitätskontrolle gegenüber dem Wildtyp (WT). Außerdem wurde genetisch veränderte Hefe verwendet, um zu beweisen, dass die mtDNA ihre Proteine an nahegelegene Atmungsketten-Komplexe überträgt. Diese Abgabe, welche auf einer intakten Cristae-Morphologie basiert, ist lokal streng kontrolliert und limitiert.
Die Diffusion der mtDNA wird hingegen in den untersuchten Mutanten nicht beeinträchtigt. Dies könnte auf eine interne Verankerung der mtDNA hindeuten.
Elektronenmikroskopische Aufnahmen der untersuchten Δatp20, Δatp21 und Δatp20Δatp21 Mutanten weisen Septen als dominierende interne Strukturen auf. Innerhalb dieser Strukturen ist es der Zelle nicht möglich, die nun stark diffundierenden Proteine eindeutig der mutierten oder intakten mtDNA zuzuordnen.
Abschließend kann somit aufgezeigt werden, dass Hefezellen eine Unterscheidung zwischen intakter und defekter mtDNA vornehmen. Dies konnte sowohl in größeren Populationen als auch auf Einzelzellebene nachgewiesen werden. Defekte Cristae-Strukturen führen zu einer Beeinträchtigung der Qualitätssicherung. Somit ist eine intakte mitochondriale Struktur der Cristae der Schlüsselpunkt zur mitochondrialen Qualitätssicherung.
Im Laufe dieser Arbeit wurden wir mit einigen limitierenden Faktoren in der Daten- und Bildanalyse konfrontiert. Eine Erhöhung der Probenanzahl, die in einigen der mikroskopischen Experimenten verwendet wurden, führte zu einer aussagekräftigeren Statistik. Das Alignment der zwei Fluoreszenzkanäle, die Nachbearbeitung der Bilder, sowie die finale Statistik, stellte uns vor neue Herausforderungen. Im Rahmen einer Kollaboration mit der Arbeitsgruppe Leonhardt der LMU haben wir die erwähnten limitierenden Faktoren adressieren können. Die AG Leonhardt kombiniert ein umfangreiches Verständnis verschiedenster mikroskopischer Verfahrenstechniken, mit dem Wissen große Datenmengen über Deep-Learning Algorithmen auszuwerten. So entwickelten wir gemeinsam den YeastMate-Algorithmus.
Basierend auf den aufgenommenen Hellfeldaufnahmen überlagerte die Software die mit separaten Kameras aufgenommenen Fluoreszenzkanäle auf den Pixel genau und erstellte eine Maske, um Hefezellen zu identifizieren, welche unseren vorab definierten Kriterien entsprachen. Die Software sollte ausschließlich Bereiche mit Hefezellen detektieren, welche aus zwei verpaarten Zellen inklusive einer neu entstandenen Tochterzelle bestanden. Diese Zellen wurden anschließend einzeln aus dem Gesamtbild ausgeschnitten und für die weitere Analyse abgelegt. Die Software ermöglichte es ebenfalls Zellen über mehrere Zellteilungen hinweg zu verfolgen und Knospungsereignisse zu detektieren.
Am Ende hat uns dieser Algorithmus geholfen, alle Prozesse der Bildbearbeitung erheblich zu vereinfach und zu beschleunigen, so konnte die Anzahl der verwendeten Proben für einige Analysen drastisch erhöht werden. Ein weiterer positiver Effekt war es, dass subjektive Einflüsse minimiert werden konnten, da alle Bilder identisch über die Software verarbeitet und bearbeitet wurden.The mitochondrial genome (mtDNA) encodes for essential subunits of the mitochondrial respiratory chain and the ATP synthase. Mutations of the mtDNA can cause shortage in cellular energy supply, which can contribute to a multitude of mitochondrial diseases in humans, like metabolic strokes, arrhythmias or cognitive disabilities. Therefore, it is essential for a cell and its progeny, to promote a healthy mtDNA state. How cells secure mtDNA integrity over generations remains still unclear. In this work, we show that the single-celled yeast Saccharomyces cerevisiae can intracellularly distinguish between intact and defective mtDNA and promote a generation of daughter cells with healthy mtDNA content. Selection for intact mtDNA occurs in a continuous mitochondrial network in the absence of mitochondrial fission and autophagy, but requires normal cristae morphology. A deletion of genes, which are essential for a normal cristae-morphology, e.g. Δatp20, Δatp21, Δmic10 or Δmic60, cause a defect in detection and selection towards healthy mtDNA. Using genetically modified mtDNA, we show that mtDNA supplies proteins to mitochondrial subdomains, whose stability depends on normal cristae morphology. Here we propose that mtDNA determines functionality of mitochondrial subdomains in a cristae dependent manner, which facilitates clearance of mutant mtDNA from daughter cells. Furthermore, the diffusion of mtDNA is not affected by the deletion of cristae-morphology proteins, indicating the presence of a mtDNA tether, holding the mtDNA at distinct places in the mitochondrial network. Electron microscopic images illustrate septea in Δatp20, Δatp21 and Δatp20Δatp21 deletion strains. Those strains show increased diffusion of mtDNA-encoded and nuclear-encoded proteins of the respiratory chain compared to WT cells. This could explain the defect in mtDNA quality control, which could be a direct result of the altered cristae morphology.
During this work we were facing some limiting factors in the data and imaging analysis. We had to drastically increase the number of samples, which have been analyzed in some of the microscopic assays, to perform more powerful and valid statistics. We were faced with new technical problems due to the alignment of the used fluorescent channels, the post processing of the images, as well as the final statistics. We collaborated with the group of Prof Leonhardt. The AG Leonhardt of the LMU combines a good understanding of fluorescent microscopy as well as large sample analysis and deep learning algorithms. During this collaboration we created the user-friendly YeastMate-Software. The YeastMate-Algorithm was the solution to the mentioned problems. Based on the brightfield images, the Software created a mask to identify and crop yeast cells which were matching our expectations. It also performs the alignment of the two used fluorescent channels and could also follow cells in their lifespan and detect a budding event.
In the end the algorithm helped us to significantly simplify and speed up this process and also it helped us to reduce the risk of a bias in image editing and post processing of the microscopic images. It drastically increase the amount of samples which were used for the finals plots and statistics
Untersuchung zum Elutionsverhalten und Bakterienwachstum von additiv, subtraktiv und klassisch zu verarbeitenden PMMA-Schienenmaterialien
Get PDFEvaluierung des Nutzens verschiedener diagnostischer Tests bei Hunden mit Erbrechen im Notdienst
Get PDFEssays in applied economics
Get PDFThis thesis consists of five independent chapters, studying how economic agents respond to unanticipated shocks.
Chapter 1 shows that a well-intentioned policy can create unintended barrier to voting by creating seemingly small shocks to voting costs. Election administrators in Munich control precinct size and recruit new polling places to improve voting accessibility, producing variation in the assignment of citizens to polling locations. Event study estimates suggest that moving a polling place causes a persistent shift from in-person to mail-in voting and a transitory drop in total turnout. The results are consistent with inattention to reassignments, causing some voters to miss requesting mail-in ballots and temporarily abstain from voting.
Chapters 2-4 study the role of working from home (WFH) in the context of the economic shock induced by the Covid-19 pandemic. Chapter 2 documents inequalities in access to remote work across the economy. Chapter 3 demonstrates that WFH is an effective mitigation policy against a pandemic as it allows firms to reduce infection risk while maintaining business operations. Chapter 4 provides first insights into how the persistent shift toward remote work redistributes alters the geography of offline consumption within German cities. Difference-in-difference estimates suggest that areas with a greater scope to expand WFH experience a lasting increase in local consumer spending.
Finally, Chapter 5 studies the consequences of the technological disruption caused by the advent of first-generation broadband internet for world trade. I present a Ricardian model of comparative advantage, predicting that countries with a more developed broadband network specialize in complex goods. Gravity estimates based on bilateral trade among more than 100 countries between 1998 and 2016 support the theory.Diese Dissertation besteht aus fünf unabhängigen Kapiteln. Kapitel 1 zeigt, dass eine wohlwollende Politik Hürden für die Wahlbeteiligung schaffen kann, indem sie vermeintlich geringfügige Schocks in den Wahlkosten verursacht. Um die Teilnahme an Wahlen zu vereinfachen, reguliert das Münchner Wahlamt die Größe von Stimmbezirken und rekrutiert neue Wahllokale, was zu Neuzuweisung von Bürgern zu Wahllokalen führt. Event-Study-Schätzer zeigen, dass die Verlegung eines Wahllokals zu einer dauerhaften Verschiebung von Urnen- zu Briefwahl und einem temporären Rückgang der Gesamtwahlbeteiligung führt. Die Ergebnisse deuten auf Unaufmerksamkeit gegenüber Neuweisungen, wodurch einige Wähler die Briefwahl-Beantragung versäumen und vorübergehend nicht an Wahlen teilnehmen.
Die Kapitel 2-4 untersuchen die Rolle von Homeoffice im Zusammenhang mit der Covid-19 Krise. Kapitel 2 dokumentiert Ungleichheiten im Zugang Homeoffice. Kapitel 3 zeigt, dass Homeoffice eine wirksame Eindämmungspolitik gegen eine Pandemie ist, da sie Firmen ermöglicht, Infektionsrisiken zu reduzieren und den Betrieb aufrechtzuerhalten. Kapitel 4 präsentiert erste Erkenntnisse, wie die anhaltende Verschiebung zur Telearbeit die Geografie des stationären Konsums in deutschen Städten verändert. Difference-in-differences-Schätzer legen nahe, dass Gebiete mit größerem Potenzial zur Homeoffice-Ausweitung einen anhaltenden Anstieg im lokalen Konsum verzeichnen
Differential effects of prolyl-3-hydroxylases 1 and 4 on collagen biosynthesis highlight prolyl-3-hydroxylase 4 as a potential novel drug target in pulmonary fibrosis
Get PDFDeterminants and consequences of student test scores
Get PDFPietro Sancassani prepared this study while he was working at the Center for Economics of Education at the ifo Institut. The study was completed in March 2023 and accepted as a doctoral thesis by the Department of Economics at the LMU Munich. It consists of four distinct empirical essays and addresses various determinants and the consequences of student test scores. Chapter 2 investigates the impact of four teacher characteristics – whether teachers hold a Master' s degree, a subject-specific qualification, a major in education, or their level of experience – on student science test scores in ten different countries. Chapter 3 shows that teacher subject-specific qualifications positively affect student science test scores in thirty countries around the world. Chapter 4 shows the association between a measure of patience derived from social media data and student test scores at the regional level. Finally, Chapter 5 shows that the salience of the education topic induced by the "PISA-shock" in Germany led to an increase in the polarization of parliamentary debates about education.Pietro Sancassani erstellte diese Studie während seiner Tätigkeit am Zentrum für Ökonomie des Bildungswesens am ifo Institut. Die Studie wurde im März 2023 abgeschlossen und als Dissertation von der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der LMU München angenommen. Sie besteht aus vier verschiedenen empirischen Aufsätzen und behandelt verschiedene Determinanten und die Konsequenzen von Schülerleistungen. Kapitel 2 untersucht den Einfluss von vier Lehrereigenschaften - ob die Lehrer einen Master-Abschluss haben, eine fachspezifische Qualifikation, ein Hauptfach im Bildungswesen oder ihre Erfahrung - auf das Abschneiden der Schüler in naturwissenschaftlichen Tests in zehn verschiedenen Ländern. Kapitel 3 zeigt, dass Lehrer fachspezifische Qualifikationen von Lehrern die Ergebnisse von naturwissenschaftlichen Tests in dreißig Ländern der Welt positiv auswirken. Kapitel 4 zeigt den Zusammenhang zwischen einem Maß für Geduld, die aus Daten aus sozialen Medien abgeleitet wurde, und den Testergebnissen von Schülern auf regionaler Ebene. Kapitel 5 schließlich zeigt, dass die durch den "PISA-Schock" in Deutschland hervorgerufene Aufmerksamkeit für das Thema Bildung "PISA-Schock" in Deutschland zu einer zunehmenden Polarisierung der parlamentarischen Debatten über Bildung führte
