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Algorithms for non-coding transcriptome analysis and their application to study the germ-layers development
No full textNext-generation sequencing (NGS) ermöglicht das molekulare Profiling von Zellen mit beispiellos hohem Durchsatz. Allerdings ist der Fokus oftmals auf proteinkodierende Proteine beschränkt, wodurch die vollständige Diversität des Transkriptoms übersehen wird. Nicht-kodierende RNA-Moleküle variieren stark in ihrer Biogenese, Struktur und Funktion, wodurch ihre unverzerrte Inklusion in die Analyse erschwert wird. Diese Promotion fokussiert sich auf das Verständnis nicht-kodierender RNA und navigiert durch drei aufeinander aufbauende Säulen in der Analyse, um Beobachtungen in Wissen zu verwandeln: Generierung von Daten, Quantifizierung und Interpretation. Diese drei Säulen werden in den drei Kapiteln der Dissertation aus der bioinformatischen Perspektive adressiert, indem Schlüsselherausforderungen beschrieben und neue Lösungen vorgestellt werden, um die Analyse des gesamten Transkriptoms mit NGS-Techniken zu verbessern. Zunächst wird ein vollautomatischer Algorithmus vorgestellt, welcher die verschiedenen Quellen von aus der Vorberei- tung von Bibliotheken resultierenden Artefakten mittels unüberwachtes Lernen erkennt, was anschließend zur Optimierung der Protokolle zur Vorbereitung von total-RNA-seq-Bibliotheken genutzt werden kann. Zudem werden die primären Herausforderungen der Quantifizierung von total-RNA-seq behandelt: die Prozessierung von Reads, die mehreren, möglicherweise überlappenden Loci zugeordnet werden können, wie auch die Tatsache, dass manche Loci mehrfach im Genom vorkommen und ein Read zu all diesen Loci passen kann. Diese beiden Fälle können auch gleichzeitig vorkommen, was die Analyse von nicht-kodierender RNA mit üblichen Methoden erschwert. Um diese Problematik anzugehen, wird eine neue Software namens Multi-Graph count (MGcount) vorgestellt. Diese ordnet hierarchisch Reads Transkripten zu, um unter anderem eine Diskrepanz zwischen der Loci-Länge von small und long RNA zu berücksichtigen. Wenn Reads konsistent mehrfach alignieren, fasst MGcount Loci in Communitys zusammen. Es wird gezeigt, dass die Beurteilung der Expression auf der Community-Ebene eine genauere Quantifizierung von biologisch bedeutsamen RNA-Einheiten (Einfachtranskript oder Locusfamilien) ermöglicht. Schließlich wird MGcount angewandt, um nicht-kodierende RNA während der Differenzierung von induzierten pluripotenten Stammzellen in die Keimblätter Mesoderm, Endoderm und Ektoderm zu analysieren. In dieser Dissertation wird eine Multi-Omics-Analyse erfolgreich angewandt, um sowohl die Expressionsverläufe von verschiedenen RNA-Biotypen während der Determination zu charakterisieren als auch einen Zusammenhang bezüglich Chromatin-Remodellierung (“chromatin remodeling“) und DNA-Methylierung an den jeweiligen Loci herzustellen. Schlussendlich dient diese Dissertation als Ratgeber für alle Forschenden, die neue Einsichten in das nicht-kodierende Transkriptom gewinnen wollen.Next-generation sequencing (NGS) techniques enable the molecular profiling of cells with unprecedented high throughput. Yet, in transcriptome analysis, the focus is often restricted to protein-coding RNA, overlooking the transcriptome in its entire diversity. Non-coding RNA molecules largely vary in biogenesis, structure and function and this challenges their unbiased inclusion into the analyses. This doctoral research places non-coding RNA understanding at the focus spot and navigates through the three workflow pillars that must align effectively to turn observations into knowledge: data generation, quantification, and interpretation. Throughout three chapters, this Thesis addresses these pillars from a Bioinformatics perspective, by outlining key challenges and introducing novel solutions to improve whole-transcriptome analysis through NGS techniques. First, we introduce a fully automatic algorithm that identifies sources of library preparation artifacts in an unsupervised manner and we demonstrate its utility within the development and optimization of total-RNA-seq library preparation protocols. Secondly, we address a major challenge in total-RNA-seq quantification; processing reads that align to multiple loci that overlap within the same genomic region or/and multiple loci that are present in high copy numbers. Such ambiguous alignments commonly arise due to the inherent characteristics of non-coding RNA. To tackle this, we introduce a novel software, named Multi-Graph count (MGcount), that hierarchically assigns reads to transcripts to account for loci length disparity between small-RNA and long-RNA and subsequently collapses loci where reads consistently multi-map into communities defined in a data-driven fashion. We show that these cohesive communities allow the quantification of biologically meaningful RNA entities (single-transcripts or locus-families) and estimate their abundance more accurately. Finally, we apply the developed method to investigate non-coding RNA in early development, specifically during the differentiation of Induced Pluripotent Stem Cells into the three germ-layer lineages, namely, mesoderm, endoderm, and ectoderm. In this study, we leverage a multi-omics analysis to characterize the expression trajectories of diverse RNA biotypes along cell-commitment and the interplay with chromatin remodeling and DNA methylation patterns at the locus surroundings. Ultimately, this work is intended to serve as a guide for all those who want to gain new insights from the non-coding transcriptome
KI-Einsatz und Anwaltsrecht - Harmonie oder Dissonanz?
No full textDas Thema Künstliche Intelligenz ist allgegenwärtig und macht auch vor dem juristischen Bereich keinen Halt. Die Dissertation mit dem Titel „KI-basierter Softwareeinsatz und Anwaltsrecht – Harmonie oder Dissonanz?“ untersucht die Auswirkungen des KI-Einsatzes auf das Berufsbild des Rechtsanwaltes und auf seine anwaltlichen Pflichten.
Zunächst gibt die Arbeit einen Überblick über das anwaltliche Berufsrecht sowie über Legal Tech. Als Grundlage und Ausgangspunkt werden die verschiedenen Erscheinungsformen von KI vorgestellt und anschließend die Funktionsweise eines KI-Systems im Detail herausgearbeitet. Darüber hinaus zeigt die Dissertation auch die Risiken des KI-Einsatzes und etwaige Regulierungsvorschläge auf. Des Weiteren skizziert die Arbeit beispielhaft den Einsatz von KI in der juristischen Praxis in Deutschland und im Ausland. Im Hinblick auf den theoretischen Softwareeinsatz auf dem deutschen Rechtsmarkt werden technische Möglichkeiten und Grenzen erörtert.
Schwerpunkt der Dissertation ist sodann die kritische Prüfung der Vereinbarkeit des KI-Einsatzes mit verschiedenen anwaltsrechtlichen Normen und Grundsätzen. Von besonderer Relevanz sind in diesem Zusammenhang mögliche Konflikte mit der Unabhängigkeit des Organs der Rechtspflege i.S.d. § 1 BRAO, der gewissenhaften Berufsausübung gemäß § 43 BRAO beziehungsweise dem Gebot des sichersten Weges, den anwaltlichen Grundpflichten i.S.d. § 43a BRAO und der Freiberuflichkeit gemäß § 2 BRAO.
Die Arbeit kommt zu dem Ergebnis, dass der zukünftige KI-Einsatz – eine zukünftige rechen- und speicherleistungsstarke Technik vorausgesetzt – im Einklang mit dem Anwaltsrecht steht. Schließlich sollte die KI nicht als Bedrohung, sondern als Chance betrachtet werden, wobei Mensch und Maschine ihre Fähigkeiten symbiotisch optimal zum Einsatz bringen – zur Stärkung und Neuausrichtung der Anwaltschaft zum Nutzen des Mandanten und der Rechtsordnung als Grundpfeiler unserer Demokratie.The topic of artificial intelligence is omnipresent and does not stop at the legal market either. The dissertation entitled “AI-based software use and legal professional law – harmony or dissonance?” examines the impact of the use of AI on the legal profession and on professional rules and regulations applicable to lawyers.
First, the paper provides an overview of the legal professional code and legal technology. The various forms of AI and their functionalities are set out as a starting point. In addition, the dissertation sets forth the risks of using AI and at the same time considers regulatory options such as the AI Act. Furthermore, the paper outlines examples of the use of AI in legal practice in Germany and abroad. With regard to the theoretical use of the software in the German legal market, technical possibilities and limitations are discussed.
The focus of the dissertation is then to critically examine the compatibility of the use of AI with various legal norms and principles. Of particular relevance in this context are possible conflicts with the independence of the judicial body (“Unabhängiges Organ der Rechtspflege”) within the meaning of Section 1 BRAO, the conscientious practice of the profession (“Gewissenhafte Berufsausübung”) in accordance with Section 43 BRAO or the principle of the safest path (“Gebot des sichersten Weges”), the basic legal duties (“Grundpflichten”) within the meaning of Section 43a BRAO and the principle of a liberal profession (“Freiberuflichkeit”) pursuant to Section 2 BRAO.
The paper concludes that the future use of AI – assuming a future technology with high computing and storage performance – is in line with legal professional law. As a result, AI should be seen as an opportunity rather than a threat, with humans and machines each using their skills in the best possible way and in a symbiotic manner. This will strengthen and realign the legal profession for the benefit the legal system as a cornerstone of our democracy
Verfahren zur Vernetzung von Polysacchariden und Proteinen aus nachwachsenden Rohstoffen
Get PDFZiel der vorliegenden Arbeit war die Durchführung sowie die Untersuchung ausgewählter Verfahrenswege zur chemischen und thermischen Vernetzung von Polysacchariden und Proteinen aus nachwachsenden Rohstoffen. Darüber hinaus wurden Hypothesen zu den Anwendungsmöglichkeiten der untersuchten vernetzten Polymere erstellt. Hierfür wurden mit analytischen Methoden die physiko-chemischen sowie die technofunktionellen Eigenschaften der Rohstoffe und der vernetzten Biopolymeren untersucht. Verglichen wurden z.B. die IR-Spektren der Ausgangsmaterialien mit denen des vernetzten Biopolymers. Mittels Reaktivextrusion wurden Formkörper hergestellt, deren Eigenschaften durch den Einsatz von geeigneten Weichmachern beeinflusst werden können. Die Temperatur des Extruders sollte möglichst niedrig gehalten werden, d.h. geringer als 90 °C, um unerwünschte Bräunungsreaktionen zu vermeiden. Bei den chemischen Vernetzungen wurden fünf verschiedene Vernetzungsmittel eingesetzt: Glutaraldehyd, Maleinsäureanhydrid, Maleinsäurediethylester, Bernsteinsäureanhydrid und Methylendiphenyldiisocyanat. Die Proben aus der Vernetzung mit Glutaraldehyd weisen einen wasserbindenden Charakter auf und können beispielsweise Einsatz als Hydrogele finden. Die mit Diisocyanaten vernetzten Proben härten im Wasser und können als Füllmaterial Einsatz in der Bauindustrie finden. Aufgrund der starken Vernetzung sind die Proben unlöslich und für die meisten erfolgt der Zersetzungsprozess ab 200 °C. Im Sinne einer Werkstoffbeschreibung wurden alle Proben als Duroplaste eingestuft, da sie keine thermoplastische Eigenschaft aufweisen. Mit dieser Arbeit werden Grundlagen für die Erforschung von Verfahrenswegen für die chemische sowie für die thermische Vernetzung von Polysacchariden und Proteinen gelegt. Die gewonnenen Erkenntnisse können für weitere Arbeiten genutzt werden.In the present work, the possibilities of conjugation or interactions between polysaccharides, especially hemicelluloses and proteins from different sources of renewable raw materials have been investigated. Sources of polysaccharides are oat spelts xylan and maize spindles. Proteins like acid casein from cow milk and cruciferin, a rapeseed protein isolate, from the canola plant have been used. For the chemical crosslinking, homo-bifunctional reagents (crosslinkers) like glutaraldehyde, maleic anhydride, maleic acid diethyl ester, succinic anhydride, and methylene diphenyl diisocyanate were used. These reagents can react with functional groups of the biopolymers- the hydroxyl groups in the hemicelluloses and amino groups in the proteins. For a thermolinked conjugation of the biopolymers, the reactive extrusion was used as mechanical technique. Both types of biopolymers were successfully blended in a mini-Extruder to form sticks. The plastics characteristics of the sticks could be influenced by the addition of suitable softeners. The extrusion temperature must be kept as low as possible, to avoid the appearance of unwanted brown reactions. To investigate the conjugation of the polysaccharides with casein or cruciferin, the IR spectra of the raw materials with those of the crosslinked biopolymers were compared. Application possibilities of the resulted crosslinked biopolymers have been proposed. Most of the samples are insoluble due to the strong networking after the crosslinking reactions. Their thermal decomposition starts at temperatures around 200 °C. All the samples have been classified as duroplasts since they do not exhibit a thermoplastic characteristic. The work complements basic research about chemical and thermal conjugation between polysaccharides and proteins from renewable raw materials
Entwicklung eines Biosensors für das online-Monitoring des akuten Koronarsyndroms
Get PDFHerz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache. Im Falle eines akuten myokardialen Infarkts ist eine schnelle und präzise Diagnostik notwendig, um ggf. die entsprechend überlebenswichtigen Maßnahmen in die Wege zu leiten. Einer der wichtigsten Biomarker für die Herzinfarkt-Diagnostik ist das kardiale Troponin I (cTnI), welches durch das Absterben der Myokardzellen (Herzmuskel) in den Blutkreislauf gelangt und sich dessen Konzentration über die Zeit ändert. Diese Konzentrationsänderung ist entscheidend für die Diagnostik und letztendlich für weitere lebensrettende medizinische Schritte. Entsprechend wurden in dieser Arbeit verschiedene Messmethoden entwickelt, um cTnI-Konzentrationen zu bestimmen.
Zunächst wurden mehrere Enzyme-linked Immunosorbent Assays (ELISA) im Sandwich-Format entwickelt, um eine höchstmögliche Sensitivität zur Detektion von cTnI zu ermöglichen. Um eine schnelle und kostengünstige Detektion von cTnI zu ermöglichen, wurde außerdem ein Lateral-Flow-Assay (LFA) entwickelt. Dabei wurden Gold-Nanoshells für die optische Auswertung verwendet, welche eine empfindlichere Detektion als übliche Gold-Nanopartikel ermöglichen. Des Weiteren wurden verschiedene Immunisierungen mit unterschiedlichen Strategien durchgeführt, um neue Antikörper gegen humanes cTnI zu entwickeln. Für das Online-Monitoring von cTnI wurde der Prototyp eines Biosensors entwickelt, welcher auf Chemilumineszenz-Detektion basiert. Für cTnI wurde mit dem Biosensor eine Nachweisgrenze von 0,6 μg/L (25 pM) in Puffer, 1,8 μg/L (73 pM) in Serum und 1,5 μg/L (63 pM) erzielt.Cardiovascular diseases are the most common cause of death worldwide. In the event of an acute myocardial infarction, rapid and precise diagnostics are necessary in order to initiate the appropriate vital measures if necessary. One of the most important biomarkers for heart attack diagnostics is cardiac troponin I (cTnI), which enters the bloodstream when the myocardial cells (heart muscle) undergo necrosis after an infarction and whose concentration changes over time. This change in concentration is crucial for diagnostics and ultimately for further lifesaving medical steps. Accordingly, various measurement methods were developed in this work to determine cTnI concentrations.
Initially, several enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) were developed in a sandwich format to enable the highest possible sensitivity for the detection of cTnI. A lateral flow assay (LFA) was also developed to enable rapid and cost-effective detection of cTnI. Gold nanoshells were used for optical evaluation, which enable more sensitive detection than conventional gold nanoparticles. Furthermore, different immunizations with different strategies were performed to develop new antibodies against human cTnI. A prototype biosensor based on chemiluminescence detection was developed for the online monitoring of cTnI. For cTnI, a detection limit of 0.6 μg/L (25 pM) in buffer, 1.8 μg/L (73 pM) in serum and 1.5 μg/L (63 pM) was achieved with the biosensor
Relationship between semiotic representations and student performance in the context of refraction
Get PDFThe article processing charge was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – 491192747 and the Open Access Publication Fund of Humboldt-Universität zu Berlin.Social semiotic discussions about the role played by representations in effective teaching and learning in areas such as physics have led to theoretical proposals that have a strong common thread: in order to acquire an appropriate understanding of a particular object of learning, access to the disciplinary relevance aspects in the representations used calls for the attainment of representational competence across a particular critical constellation of systematically used semiotic resources (which are referred to as modes, see more on this later). However, an affirming empirical investigation into the relationship between a particular object of learning and different representational formulations, particularly with large numbers of students, is missing in the literature, especially in the context of university-level physics education. To start to address, this research shortfall the positioning for this article is that such studies need to embrace the complexities of student thinking and application of knowledge. To achieve this, both factor and network analyses were used. Even though both approaches are grounded in different frameworks, for the task at hand, both approaches are useful for analyzing clustering dynamics within the responses of a large number of participants. Both also facilitate an exploration of how such clusters may relate to the semiotic resource formulation of a representation. The data were obtained from a questionnaire given to 1368 students drawn from 12 universities across 7 countries. The questionnaire deals with the refraction of light in introductory-level physics and involves asking students to give their best prediction of the relative visual positioning of images and objects in different semiotically constituted situations. The results of both approaches revealed no one-to-one relationship between a particular representational formulation and a particular cluster of student responses. The factor analysis used correct answer responses to reveal clusters that brought to the fore three different complexity levels in relation to representation formulation. The network analysis used all responses (correct and incorrect) to reveal three structural patterns. What is evident from the results of both analyses is that they confirm two broad conclusions that have emerged from social semiotic explorations dealing with representations in relation to attempting to optimize teaching and learning. The first, which is linked to a facilitating-awareness perspective, is that any given disciplinary visual representation can be expected to evoke a dispersed set of knowledge structures, which is referred to as their relevance structure. Thus, the network analysis results can be seen as presenting a unique starting point for studies aiming to identify such relevance structure. The second broad conclusion is that disciplinary visual representation can and often does contain more disciplinary-relevant aspects than what may be directly visible in a given representation. These are referred to as the appresent aspects that need to become part of the total awareness needed by someone to constitute an intended meaning. The results of the factor analysis can then also be seen to be a way of capturing all the disciplinary-relevant aspects (both present and appresent). Educational implications are discussed.Peer Reviewe
Cognitive training of mice attenuates age-related decline in associative learning and behavioral flexibility
Get PDFThe article processing charge was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – 491192747 and the Open Access Publication Fund of Humboldt-Universität zu Berlin.Identifying factors that influence age-related cognitive decline is crucial, given its severe personal and societal impacts. However, studying aging in human or animal models is challenging due to the significant variability in aging processes among individuals. Additionally, longitudinal and cross-sectional studies often produce differing results. In this context, home-cage-based behavioral analysis over lifespans has emerged as a significant method in recent years. This study aimed to explore how prior experience affects cognitive performance in mice of various age groups (4, 12, and 22 months) using a home-cage-based touchscreen test battery. In this automated system, group-housed, ID-chipped mice primarily obtain their food during task performance throughout the day, motivated by their own initiative, without being subjected to food deprivation. Spatial working memory and attention were evaluated using the trial unique non-matching to location (TUNL) and the five-choice serial reaction time task (5-CSRTT), respectively. The same set of mice learned both of these demanding tasks. While signs of cognitive decline were already apparent in middle-aged mice, older mice exhibited poorer performance in both tasks. Mice at both 12 and 22 months displayed an increase in perseverance and a decrease in the percentage of correct responses in the TUNL test compared to the 4-month-old mice. Furthermore, during the 5-CSRTT, they exhibited higher rates of omissions and premature responses compared to their younger counterparts. Additionally, the correct response rate in 22-month-old mice was lower than that of the 4-month-old ones. However, mice that had undergone cognitive training at 4 months maintained high-performance levels when re-tested at 12 months, showing an increase in correct responses during TUNL testing compared to their untrained controls. In the 5-CSRTT, previously trained mice demonstrated higher correct response rates, fewer omissions, and reduced premature responses compared to naive control mice. Notably, even when assessed on a visual discrimination and behavioral flexibility task at 22 months, experienced mice outperformed naive 4-month-old mice. These findings highlight the advantages of early-life cognitive training and suggest that its benefits extend beyond the cognitive domains primarily targeted during early training. The success of this study was significantly aided by the fully automated home-cage-based testing system, which allows for high throughput with minimal human intervention.Peer Reviewe
Cold stress induces rapid gene-specific changes in the levels of H3K4me3 and H3K27me3 in Arabidopsis thaliana
Get PDFWhen exposed to low temperatures, plants undergo a drastic reprogramming of their transcriptome in order to adapt to their new environmental conditions, which primes them for potential freezing temperatures. While the involvement of transcription factors in this process, termed cold acclimation, has been deeply investigated, the potential contribution of chromatin regulation remains largely unclear. A large proportion of cold-inducible genes carries the repressive mark histone 3 lysine 27 trimethylation (H3K27me3), which has been hypothesized as maintaining them in a silenced state in the absence of stress, but which would need to be removed or counteracted upon stress perception. However, the fate of H3K27me3 during cold exposure has not been studied genome-wide. In this study, we offer an epigenome profiling of H3K27me3 and its antagonistic active mark H3K4me3 during short-term cold exposure. Both chromatin marks undergo rapid redistribution upon cold exposure, however, the gene sets undergoing H3K4me3 or H3K27me3 differential methylation are distinct, refuting the simplistic idea that gene activation relies on a switch from an H3K27me3 repressed chromatin to an active form enriched in H3K4me3. Coupling the ChIP-seq experiments with transcriptome profiling reveals that differential histone methylation only weakly correlates with changes in expression. Interestingly, only a subset of cold-regulated genes lose H3K27me3 during their induction, indicating that H3K27me3 is not an obstacle to transcriptional activation. In the H3K27me3 methyltransferase curly leaf (clf) mutant, many cold regulated genes display reduced H3K27me3 levels but their transcriptional activity is not altered prior or during a cold exposure, suggesting that H3K27me3 may serve a more intricate role in the cold response than simply repressing the cold-inducible genes in naïve conditions.Peer Reviewe
Chemical communication in West-African Saber-toothed Frogs (Anura: Odontobatrachidae)
Get PDFSäbelzahnfrösche (Anura: Odontobatrachidae) sind eine Gruppe von fünf, in Westafrika endemische Wildbachspezialisten, die einzigartige Merkmale wie große Fangzähne und eine Drüse im Unterkiefer zeigen. Die Drüse enthält flüchtige Kohlenwasserstoffe, die Insektenpheromonen ähneln. Ziel dieser Dissertation war es, die Drüse formal zu beschreiben und ihre Funktion zu ermitteln. Das erste Kapitel untersuchte die Biologie der Frösche und enthüllte Standorttreue und Revierverhalten, insbesondere bei Männchen. Verletzungen deuteten auf aggressive Interaktionen hin, insbesondere in der Nähe von Brutplätzen. Die Frösche nutzen wassergefüllte Spalten zur Eiablage, was auf komplexe Paarungs- und Lebensrauminteraktionen hindeutet. In Bezug auf die Funktion der Drüse ergaben sich zwei Hypothesen: intraspezifische Kommunikation zur Koordinierung der Eiablage oder interspezifische Kommunikation zum Anlocken von Beutetieren. Im zweiten Kapitel wurde die Ernährung untersucht, und belegte ein generalistisches Fressverhalten, was die Hypothese der intraspezifischen Kommunikation widerlegte. Das dritte Kapitel konzentrierte sich auf das akustische Repertoire und zeigte einen artspezifischen Werberuf bei den Männchen und unerwartete Quäken bei den Weibchen. Entgegen den Annahmen war die akustische Kommunikation bei Säbelzahnfröschen ausgeprägt und nicht eingeschränkt. Im vierten Kapitel wurden die Anatomie und die chemische Zusammensetzung der Drüse untersucht. Die Drüse, ist bereist bei Jungtieren vorhanden und bei variiert bei erwachsenen Tieren. Chemisch weist sie eine artspezifische Zusammensetzung auf, die je nach Geschlecht und Fortpflanzungszustand variiert. Zusammenfassend ist Wahrscheinlich, dass Säbelzahnfrösche multimodal kommunizieren und akustische und chemische Signale kombinieren, um Paarung und Eiablage zu koordinieren. Diese einzigartige Drüse und ihr Sekret deuten darauf hin, dass chemische Kommunikation bei Fröschen weiter verbreitet ist als bisher angenommen.Saber-toothed Frogs (Anura: Odontobatrachidae) are a group of five torrent specialists endemic to West Africa. Recent descriptions revealed unique features such as large fangs and a gland in the lower jaw containing volatile hydrocarbons resembling insect pheromones. This dissertation aimed to formalize the description of the gland and ascertain its function. The first chapter delved into to frogs’ biology, unveiling site loyalty, and territorial behaviors, especially in males. Injuries suggested aggressive interactions, particularly around breeding habitats. The frogs use water-filled crevices for egg deposition, hinting at complex mating and habitat interactions. Two main hypotheses emerged regarding gland function: intraspecific communication for coordination during oviposition and fertilization, or interspecific communication to attract prey. The second chapter explored the diet to support the latter hypothesis. Findings showed a generalist diet and significant amounts of leaflets from a specific tree, indicating an unprecedented plant uptake. This refuted the idea of attracting specific prey and supported intraspecific communication. The third chapter focused on the acoustic repertoire, revealing a species-specific advertisement call in males and unexpected squeaking calls in females. Contrary to assumptions, acoustic communication in Saber-toothed frogs was pronounced and not restricted. The fourth chapter examined the gland's anatomy and chemical composition. The gland, present in juveniles and varying in adults, exhibited species-specific compositions varying with sex and reproductive state. In conclusion, Saber-toothed Frogs most likely employ multimodal communication, combining acoustic and chemical signals to coordinate mating and oviposition. The unique gland and its secretion hint at a more widespread use of chemical communication in frogs than previously recognized
Cytoplasmic dilution drives mitotic organelle scaling during cellular differentiation
No full textDie mitotische Spindel ist ideal für die Erforschung der Selbstorganisation und Plastizität molekularer Kollektive im Zytoplasma. Die Geometrie der Spindel ist entscheidend für die korrekte Chromosomentrennung, muss sich aber an die Zellgröße anpassen. Es ist unbekannt, ob und wie Zellen während ihrer Differenzierung die Spindelarchitektur anpassen, was insbesondere während der Gehirnentwicklung relevant ist. Wir untersuchten dies mit Maus-Embryonalstammzellen, die in frühe neuronale Vorläuferzellen differenziert wurden. Wir entwickelten ein automatisiertes Mikroskopieprotokoll um einen umfassenden Datensatz von mitotischen Zellen zu generieren. Außerdem entwickelten wir Spindle3D, ein Werkzeug zur dreidimensionalen Analyse von Spindeln. Überraschenderweise waren die Spindelvolumina in differenzierenden Zellen bis zu 24% kleiner als in pluripotenten Zellen.
Während die Wachstumsgeschwindigkeit der Mikrotubuli unverändert blieb, verschob sich in sich differenzierenden Zellen die Nukleation von Mikrotubuli zugunsten der astralen Population. Diese Veränderung der Spindelarchitektur basierte auf der differenzierungsbedingten Verdünnung des Zytoplasmas. Dies aktivierte CPAP, ein Protein, das die Zentrosomenreifung reguliert, was zur Superskalierung des perizentriolären Materials und verstärkte Rekrutierung von gamma-Tubulin an den Zentrosomen und somit zur Umlagerung von Mikrotubuli innerhalb der Spindel führte. Diese Veränderungen der mitotischen Architektur konnten durch externe osmotische Einwirkung in undifferenzierten Zellen nachgestellt werden. Insgesamt verbinden unsere Ergebnisse zelltypspezifische zytoplasmatische Materialeigenschaften mit der Spindelarchitektur.The mitotic spindle provides an excellent system in which to study the plasticity of molecular collectives. To segregate chromosomes accurately, the spindle’s geometry must be adaptive to changes in cell size. It is unknown whether and how differentiating cells adjust spindle architecture, specifically during brain development when spindle defects have severe pathological consequences. Using murine embryonic stem cells, we recapitulated the transition from pluripotency to early neural cell identities in vitro. Aiming at a systematic exploration of spindle and cell morphology throughout this process, we developed an automated microscopy protocol and Spindle3D, a morphometric tool for the analysis of spindles in confocal images. Intriguingly, in cells with comparable cell volume, spindle volumes were up to 24% smaller in cells undergoing differentiation. While microtubule growth speed remained equal, we measured increased nucleation of astral microtubules at the expense of the spindle bulk in differentiating cells. The shift in spindle architecture was explained by the differentiation-driven cytoplasmic dilution. This activated the centrosomal regulator CPAP, causing the superscaling of the pericentriolar material and the concomitant increased recruitment of gamma-tubulin to the centrosomes, redistributing microtubule numbers within the spindle. Mimicking the dilution effect by osmotic challenge reproduced the same mitotic architecture in undifferentiated cells. Collectively, our results link cell state-specific cytoplasmic material properties to spindle architecture
Engaging the terrestrial in city making
Get PDFIntroductory remarks to the volume "Elemental Urbanism"Peer Reviewe