Gutenberg Open Science (Univ. Mainz)
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Mapping of HOCl-oxidized RNA identifies abasic sites as major damage and oxidation product of oxo8G
No full textRNA oxidation is an important yet understudied process, partly because methods to localize oxidized residues in RNA are lacking. We introduce OAbSeq, a deep-sequencing approach that maps oxidized sites with high sensitivity by exploiting aniline-induced strand scission at noncanonical nucleosides to generate unique ligation-competent fragments utilized for library preparation. Applied to yeast RNA, OAbSeq detects widespread signals predominating at purines, especially at guanosines. Exogenous oxidation increased signal intensity but preserved the guanosine-dominated pattern. Parallel quantification of 8-oxoguanosine (oxo8G) and abasic sites revealed that abasic sites are more abundant than oxo8G following oxidative treatment in vitro and under physiological conditions. These data support a model in which guanosine oxidation proceeds via transient oxo8G yielding abasic sites that can be mapped at nucleotide resolution by OAbSeq. Our findings also suggest abasic sites may be a more informative marker of RNA oxidative damage than oxo8G, facilitating studies of RNA oxidation dynamics in cells
Computational investigation of the sequence context of arginine/glycine-rich motifs in the human proteome
No full textArginine-glycine (RG)-rich motifs are among the most prevalent RNA-binding elements within intrinsically disordered regions (IDRs) of proteins and play crucial roles in RNA metabolism, gene regulation, and the formation of membraneless organelles via liquid phase separation (LLPS). Despite their biological relevance and implication in neurological disorders and cancer, the sequence features and context dependencies that define functional RG motifs remain poorly characterized owing to their disordered nature and sequence variability. In this study, we present a computational framework to dissect the sequence and structural context of RG motifs across the human proteome. By contrasting a functionally defined positive dataset—enriched for RNA-binding and phase-separating proteins—with a negative dataset of RG motif proteins lacking these annotations, we identified distinct compositional and contextual signatures. RG motifs in the functionally defined positive dataset show increased enrichment of phenylalanine, tyrosine, aspartic acid, and asparagine, both within and around the motif, as well as nonrandom spatial relationships with structured RNA-binding domains. Notably, phenylalanine and tyrosine exhibit divergent positional and functional profiles, suggesting distinct mechanistic roles. Our analysis highlights the potential of sequence-based approaches to uncover functional determinants in disordered protein regions and further advances our understanding of the properties of RG motifs, offering a transferable framework for the study of other low-complexity motifs
Immunologische Untersuchungen zur Bedeutung von bakteriellen Polyphosphaten bei Wirt-Pathogen-Interaktionen
No full textPolyphosphate sind langkettige, negativ geladene Polymere aus Orthophosphaten und ein wichtiger Bestandteil des bakteriellen Stoffwechsels. Darüber hinaus interferieren bakterielle Polyphosphate während einer Infektion mit dem angeborenen Immunsystem des Wirtes. Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung bakterieller Polyphosphate für die Wirt-Pathogen-Interaktion näher zu untersuchen. Durch eine Affinitätsaufreinigung wurde der kürzlich entdeckte protonenaktivierte Chloridionen-kanal 1 (PACC1) als Bindungspartner für bakterielle Polyphosphate identifiziert. PACC1 ist ein evolutionär konserviertes Membranprotein, dessen Ionenkanal sich bei niedrigen pH-Werten öffnet und die passive Diffusion von Chloridionen entlang eines elektrochemischen Gradienten ermöglicht. Die niedrige Aktivierungsschwelle unter stark sauren Bedingungen, wie sie z. B. im Lysosom vorliegen, und die erhöhte Expression in Phagozyten deuten auf eine Beteiligung von PACC1 an der Phagozytose und damit verbundenen Immunprozessen hin. Es sollte untersucht werden, welche Rolle PACC1 in der angeborenen Immunantwort spielt und ob Polyphosphate die Aktivität von PACC1 zum Vorteil der Bakterien modulieren können.
Dazu wurden gentechnisch veränderten PACC1-/- und C57BL/6J (Wildtyp) Mäusen intraperitoneal inaktivierte Escherichia coli Bakterien injiziert, die mit einem pH-sensitiven Farbstoff gekoppelt waren. Dabei zeigten PACC1-/- Phagozyten wie Makrophagen, Monozyten und Neutrophile eine geringere Fluoreszenz des pH-sensitiven Farbstoffs, was auf eine gestörte intrazelluläre Ansäuerung hindeutet. In einem Sepsismodell mit lebenden Escherichia coli Bakterien zeigten PACC1-/- Mäuse trotz erhöhter Neutrophilenzahl eine höhere Bakterienlast. Bei einer Infektion mit Streptococcus pneumoniae wiesen PACC1-/- Mäuse einen größeren Lungenschaden auf, mehr infiltrierte Immunzellen und höhere Konzentrationen proinflammatorischer Zytokine. Zudem verloren PACC1-/- Mäuse mehr Gewicht und hatten eine geringere Überlebenswahrscheinlichkeit als Wildtyp Mäuse. Außerdem induzierten PACC1-/- dendritische Zellen den frühen T-Zell-Aktivierungsmarker CD25 in CD4+ T-Zellen weniger effektiv. In einer elektrophysiologischen Untersuchung konnte allerdings kein Effekt von Polyphosphaten auf die PACC1 Aktivität festgestellt werden. Zusammenfassend deuten diese Daten darauf hin, dass PACC1 an der bakteriellen Elimination und an Entzündungsprozessen beteiligt ist, vermutlich durch eine Beeinträchtigung der Phagozytose.
Zusätzlich sollte die Bedeutung bakterieller Polyphosphate im Kontext der Wirt-Pathogen-Interaktion auf die Darmimmunität untersucht werden. Bakterien und ihre Stoffwechselprodukte beeinflussen die intestinale Immunantwort und werden mit entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa assoziiert. Die Rolle bakterieller Polyphosphate in der Darmimmunität ist bislang nur unzureichend erforscht. Hierzu wurden keimfreie Mäuse mit Wildtyp Escherichia coli Bakterien, die Polyphosphate produzieren können, oder mit einer Polyphosphat-kinase-defizienten Mutante monokolonisiert. CD4+ T-Zellen aus der Lamina propria des Kolons von Mäusen mit Polyphosphat-produzierenden Bakterien zeigten in der ATAC-Sequenzierung eine signifikant reduzierte Chromatinzugänglichkeit der Gene Il10, Stat1 und Stat3. Diese Gene sind essentiell für die Signaltransduktion von IL-27, einem regulatorischen Zytokin der Darmimmunität, das die Expression des antiinflammatorischen IL-10 in T-Zellen induziert. Darüber hinaus blockierten Polyphosphate die IL-27-induzierte Phosphorylierung von STAT1 in T-Zellen. Makrophagen sind wichtige Produzenten von IL-27 und zeigten nach Stimulation mit langkettigen Polyphosphaten eine verminderte Stat1 Expression. STAT1 wird durch Typ-I-Interferone aktiviert und induziert seinerseits die Expression von IL-27 in Makrophagen. Zusammenfassend deuten die Daten darauf hin, dass bakterielle Polyphosphate die intestinale Immunantwort modulieren.184 Seiten ; Illustrationen, Diagramm
Simulation studies on polymer gel-polymer solution interfaces and molecular motor-polymer conjugates
No full textThis dissertation discusses two major projects, focusing on the computational modeling of core-shell microgels and molecular motor gels. The first project involves investigating the interface of core-shell microgels formed through micro-fluidic experiments. A deeper understanding of the processes at the boundaries of these two phase can be developed by using molecular dynamic simulations, which could help in optimizing the stratergy for synthesizing core-shell particles. Here in our study, we use a simple and idealized model for a gel which has the topology of a diamond lattice, with the free polymer and strand length chosen to be equal, and to consist of the same type of monomers. In the simulations, the concentration of the polymer phase is varied to study the interpenetration of the gel and the polymer solution phases. The density profiles reveals that there are two time regimes, an initial compression of the gel followed by swelling of the gel. An analysis on the interpenetrating chains at the interface, given by "degree of interfacial integration", reveals that the interface locally equilibrates after around 100 chain relaxation times. At times greater than the local equilibration time for the interface, the free polymer chain configuration within the gel region reveals emerging percolating clusters, only if the chain concentration exceeds a certain threshold. This threshold concentration was found to be of the same order of magnitude as the overlap concentration of the chains. Finally, we studied the structures formed at the interface by applying the capillary wave theory on the locally equilibrated interfaces, which revealed a positive correlation between interfacial width and interfacial tension.
The second topic focused on the molecular machines, created by incorporating uni-directionally rotating light responsive rotors as cross-linkers in a polymer matrix. The winding of the chains, due to motor rotation leads to contraction of these gels. Because of this property, they are expected to be used as artificial muscles. Here in this study, we present the first coarse-grained molecular dynamics simulation of such gels, assuming a model motor that does not unwind even under large loads. We focus on simulating the limiting behaviour of these gels as observed in the contraction experiments, conducted by X.Yao et al. A regular diamond network with the model rotors as cross-linkers was chosen to represent the quasi-ideal network studied in the experiments. We demonstrate the success of our model, by qualitatively replicating the limiting behavior observed in the experiments, using a free regular gel and a periodically cross-linked regular gel under different loads. The simulation, in agreement with the experiments confirmed that the contraction ratios are independent of the strand-length and is limited mainly by the winding of the chain pairs attached to the motor. We examined the torque needed by these motors to sustain the contracted state and concluded that it is independent of the loads in the Hookean regime. However, the average torque for loads in the same regime shows a slight dependence on strand length. Further, the Gaussian linking number was used to analyze the local winding of the chain pairs that are connected to the same motors, revealing the regions of different linking. Finally, we studied the size ratio of "stiff gels", which showed a non-monotonic behavior as we varied the stiffness.165 Seiten ; Illustrationen, Diagramm
Die sakrale Neuromodulation : Indikationen und Ergebnisse im Zeitraum von 2006 bis 2021 im Krankenhaus der Barmherzigen Brüder Trier
No full text91 Seiten ; Illustrationen, Diagramm
Kontinuierliche Prozessentwicklung für die mikrofluidische Verkapselung von festen, flüssigen und leichtflüchtigen Substanzen als Kernmaterial
Get PDFEine große Herausforderung bei der Integration von Nano- und Mikrokapseln in das alltägliche Leben liegt in deren Herstellung in industriellem Maßstab mit kontrollierbaren und reproduzierbaren Eigenschaften. Emulsionsbasierte Synthesewege, die eine effektive Möglichkeit darstellen, polymere Kapseln zu erzeugen, werden nach wie vor in diskontinuierlichen Batches realisiert und leiden unter schwer kontrollierbaren Reaktionsparametern und limitierten Reaktionsvolumina. Zur Bewältigung dieser Herausforderung eignet sich die Herstellung in einem kontinuierlichen Prozess, der eine vollständige Überwachung aller Reaktionsparameter, eine sehr hohe Reproduzierbarkeit sowie ein schnelles Screening der Prozessparameter unter minimalem Ressourceneinsatz ermöglicht
Die vorliegende Dissertation zeigt die Prozessentwicklung dreier verschiedener kontinuierlicher Verfahren zur Herstellung von Kapseln im Submikrometerbereich mit festen, flüssigen und leichtflüchtigen Kernmaterialien. Die Kapselschale wurde, abhängig vom Verkapselungsmaterial, aus hydrophilen oder hydrophoben Polymeren gebildet, die im Sinne der green chemistry stets auf Basis nachwachsender Rohstoffe ausgewählt wurden. Die etablierten Prozesse beruhen stets auf der Basis einer Emulsion, die im kontinuierlichen System durch den Einsatz verschiedener statischer Mikromischer erzeugt und durch eine Ultraschalldurchflusszelle homogenisiert wird. Zur Verkapselung einer hochkonzentrierten Kochsalzlösung in eine quervernetzte Dextranschale wurde die wässrige Phase mittels eines Schlitz-Interdigital-Mikromischers (SIMM-V4) in einer organischen Phase emulgiert, homogenisiert und durch ein Isocyanat mittels Grenzflächenpolymerisation quervernetzt. Nach Optimierung der Prozessparameter wurde Natriumchlorid bis hin zu einer gesättigten Salzlösung (365 mg/mL) erfolgreich verkapselt und Kapselgrößen zwischen 485 und 540 nm erreicht.
Eine modifizierte Version des SIMM-V4 wurde eingesetzt, um das flüchtige organische Öl Limonen in wässriger Phase zu emulgieren und mittels Grenzflächenpolymerisation mit einem Diol bzw. Diamin in eine Polyurethan- bzw. Polyureaschale zu verkapseln. Es wurde eine Abhängigkeit der Kapselgröße vom Vernetzeranteil und den eingesetzten Flussraten sowie eine Abhängigkeit der Kapselmorphologie von der Vernetzerart selbst gezeigt. Durch Variation der Parameter wurden Kapseln mit einer mittleren Größe zwischen 500 und 3000 nm kontrolliert hergestellt.
Hybrid-Nanopartikel aus Hydroxyapatit-Nanopartikeln und Ethylcellulose wurden mittels der Lösungsmittelverdampfungstechnik hergestellt. Die Emulsion wurde über einen Raupenmischer (CPMM) mit 300 μm Kanalweite hergestellt und das Lösungsmittel über einen Fallfilmmikroreaktor (FFMR) abgedampft. Es erfolgte eine erfolgreiche Verkapselung der Hydroxyapatit-Nanopartikel in Ethylcellulose-Partikel mit einer mittleren Partikelgröße < 200 nm und eine Lösungsmittelverdampfung von ca. 60 %.
Die vorgestellten Prozesse präsentieren einige Grundprinzipien der emulsionsbasierten Verkapselung verschiedener Komponenten im kontinuierlichen System unter Verwendung spezifischer Mikromischer. Die Ergebnisse liefern eine sehr gute Grundlage, um einen Prozesstransfer hin zu weiteren Polymeren und Verkapselungsmaterialien zu untersuchen und die Prozesse zum industriellen Maßstab zu skalieren.177 Seiten ; illustrationen, Diagramm
The C-terminal α-helix is crucial for the activity of the bacterial ABC transporter BmrA
Get PDFABC transporters are membrane integral proteins that consist of a transmembrane (TMD) and nucleotide-binding domain (NBD). Two monomers (half-transporters) of the Bacillus subtilis ABC transporter BmrA (Bacillus multidrug-resistance ATP) dimerize to build a functional full-transporter. As all ABC exporters, BmrA uses the free energy of ATP hydrolysis to transport substrate molecules across the cell membrane. For substrate transport, a BmrA dimer undergoes major conformational changes. ATP binding drives dimerization of the NBDs followed by the hydrolysis of the nucleotides. Conserved structural elements within the NBD and TMD are crucial for dimerization and the activity of BmrA. In the BmrA structure, an α-helix is present at the C-terminus, which can be subdivided in two smaller helices. As shown here, the very C-terminal helix (fragment) is not crucial for the BmrA activity. In fact, based on Cys-scanning mutagenesis, this region is highly flexible. In contrast, a BmrA variant lacking the entire C-terminal α-helix, showed no ATPase and transport activity. Via Ala-scanning we identified residues in the N-terminal fragment of the helix that are crucial for the BmrA activity, most likely via establishing contacts to structural elements involved in ATP recognition, binding and/or hydrolysis
Investigation of spin polarization-shifts in electron beams produced by GaAs-based photocathodes under different surface activation conditions
Get PDFDiese Arbeit untersucht die Mechanismen, die die Elektronenspinpolarisation (ESP) von
photoemittierten Elektronenstrahlen aus GaAs Photokathoden im Rahmen von Experimenten
mit spinpolarisierten Elektronenstrahlen beeinflussen. Ziel ist es, die Beziehung zwischen Polarisation und Quanteneffizienz (QE) zu analysieren. Diese Erkenntnisse sind besonders relevant
für hochpräzise Experimente zur Paritätsverletzung wie das P2 Experiment an der Mainzer
Energierückgewinnenden Supraleitenden BeschleunigerAnlage (MESA), bei dem longitudinal
polarisierte Elektronenstrahlen für die Untersuchung fundamentaler Wechselwirkungen von
entscheidender Bedeutung sind.
Die Emission spinpolarisierter Elektronen aus GaAs Photokathoden wird durch intrinsische
Faktoren wie Kristalldotierung und Depolarisationsmechanismen beeinflusst. Die Oberflächenvorbereitung von Halbleitern wie GaAs mit Submonoschichten aus Cäsium und einem
Oxidationsmittel induziert eine negative Elektronenaffinität (NEA), wodurch die Wahrscheinlichkeit des Elektronenaustritts erhöht wird. Diese Arbeit untersucht und modelliert die
Polarisationsentwicklung in Bezug auf die Austrittswahrscheinlichkeit. Die experimentellen
Daten wurden mithilfe eines Aufbaus gesammelt, der eine präzise Messung der Polarisationsänderungen gewährleisten soll. Ein longitudinal polarisierter Elektronenstrahl bei 100 keV
wurde von einer bulk GaAs Photokathode sowie einer Übergitter-Photokathode erzeugt, die
eine höhere Polarisation als die bulk Kathode bietet.
Die Diskussion behandelt die im Halbleiter vorherrschenden Depolarisationsmechanismen,
insbesondere den Bir-Aronov-Pikus- (BAP) und D’yakonov-Perel- (DP) Mechanismus. Es
wurde festgestellt, dass bei signifikant niedriger QE der depolarisierende Effekt von DP
zu verschwinden scheint, womit eine Stabilisierung der Polarisation erreicht wird. Es wird
angenommen, dass Einfangzustände in der Bandbiegezone keine Elektronen mehr emittieren
können, wenn die QE niedrig genug ist.
Diese Arbeit zielt darauf ab, das Polarisationsverhalten in Experimenten mit spinpolarisierten Elektronenstrahlen zu verstehen und dabei die Rolle der Einfangzustände in der
Bandbiegungszone aufzuzeigen. Die Erkenntnisse liefern einen Rahmen für die kommenden
hochpräzisen, paritätsverletzenden Experimente von MESA.This thesis explores the mechanisms influencing the electron spin polarization (ESP) of
photo emitted electron beams from GaAs photocathodes in the context of spin-polarized
electron beam experiments. The aim is to analyze the relationship between the polarization
and quantum efficiency (QE). These findings hold particular relevance for high-precision
parity-violation experiments such as the P2 experiment at the new Mainz Energy-recovering
Superconducting Accelerator (MESA). Therefore longitudinally polarized electron beams are
essential for probing fundamental interactions.
The emission of spin-polarized electrons from GaAs photocathodes is influenced by intrinsic
factors, such as doping of the GaAs crystal and depolarizing mechanisms. To extract
the electrons from the crystal, the surface preparation of semiconductors like GaAs with
sub-mono layers of caesium and an oxidizing agent induces a negative electron affinity (NEA),
enhancing electron escape probability. This thesis examines and models the polarization
evolution in respect to escape probability. Experimental data were collected using a setup
designed to ensure precise measurement of the polarization changes. A longitudinally
polarized electron beam at 100 keV was generated from bulk GaAs photocathode as well as
a superlattice photocathode which provides higher polarization as the bulk cathode.
The discussion explores the depolarizing mechanisms that dominate within the semiconductor,
particular the Bir-Aronov-Pikus (BAP) and D’yakonov-Perel (DP) mechanisms. It was found
that for low QE the depolarizing effect of DP seems to vanish as a stabilization of the
polarization is reached. It is hypothesized that trapping states in the band bending zone
cannot emit electrons anymore if the QE is low enough.
In conclusion, this thesis aims to understand the polarization behavior in spin polarized
electron beam experiments, emphasizing the role of trapping states in the band bending
zone which are sensitive to changes in the QE. The findings provide a framework for the
upcoming high-precision parity-violating experiments of MESA.108 Seiten ; Illustrationen, Diagramm
Justiz im Umbruch : Die Geschichte des Bundesgerichtshofes 1950 bis 1965. Band 1: das Gericht
Get PDFDie Geschichte des 1950 gegründeten Bundesgerichtshofes in Karlsruhe ist trotz zahlreicher Detailstudien über sein Personal und seine Rechtsprechung bislang weithin unbekannt. Die zweibändige Publikation ermöglicht nun erstmals einen umfassenden, quellenfundierten Einblick in Aufbau, Funktionsweise und Personal dieses höchsten deutschen Gerichts in Zivil- und Strafsachen für die 1950er und die erste Hälfte der 1960er Jahre. Die Last der NS-Vergangenheit wird dabei genauso ins Blickfeld gerückt wie die Frage nach der Weiterentwicklung des Gerichts und seiner Richterinnen und Richter in den bundesdeutschen Rechtsstaat. Band 2 beleuchtet die frühe Rechtsprechung des Gerichts im Überblick bis 1968 und zeigt in thematischen Schwerpunktsetzungen, wo die Richterinnen und Richter des BGH in tradierten Denkmustern und überkommenen Wertvorstellungen judizierten, wo sie aber andererseits auch einer innovativen Rechtsprechung auf der Grundlage des Grundgesetzes den Weg gebahnt haben. Das Ergebnis einer mehrjährigen interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Zeit- und Rechtsgeschichte gibt Antworten auf die Frage, wie und wodurch sich trotz vielfältiger Rückschläge und politischer Belastungen der Richterschaft ein allmählicher Wandel der traditionellen Justiz vollzog.401 Seite