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Homotopy Sequenz fuer Fundamental Gruppen
No full textIn SGA 1, A.Grothendieck developped the notion of etale fundamental group which is a generalization of the Galois group. And he further studied
the homotopy sequence associated to a fibration of schemes. In this thesis we study the corresponding homotopy sequence for two generalizations of the etale fundamental group--- the Nori's fundamental group and the algebraic fundamental group.In SGA 1, A.Grothendieck developped the notion of etale fundamental group which is a generalization of the Galois group. And he further studied
the homotopy sequence associated to a fibration of schemes. In this thesis we study the corresponding homotopy sequence for two generalizations of the etale fundamental group--- the Nori's fundamental group and the algebraic fundamental group
Development and application of smart actuation methods for vehicle simulators
No full textDriving simulators are complex virtual reality systems that integrate visual displays, sound rendering systems, motion platforms, and human-machine-interface devices. They are used in different research areas and consequently, different studies are conducted using these systems, in conditions that would not be safe to be carried out in the real world. However, driving simulators are very expensive research tools. When building such a system, a compromise usually has to be made.
Although a driving simulator cannot reproduce 1:1 real life situations or sensations because of its limitations, researchers still need to use such a device for training and research purposes, due to the realistic driving experience it has to offer to its driver.
This work focuses on developing a three-degrees of freedom Essential Function Driving Simulator that integrates cost and design constraints, the human perception of motion and real vehicle motion achieved through simulated vehicle models, and the classical motion cueing strategy. The goal is, on the first hand, to immerse the driver to a certain extend into the simulation environment by using this virtual reality device and, on the second hand, to investigate the degree of realism of such a solution.
Different actuation solutions are modelled and discussed in this research, with respect to the available workspace, singularity configurations, the system’s behaviour and the maximum forces needed in the frame of the overall cost constraints. A solution was chosen following kinematical and dynamical analyses, as a trade off solution among the above mentioned constraints.
The human body finds itself in continuous movement and interaction with the environment. Motion is sensed by the human being through the vestibular system and the skin. The human motion perception mechanisms are mathematically modelled and studied, in order to apply their characteristics in the three-degrees of freedom driving simulator.
Due to the limited workspace and degrees of freedom of the discussed simulator, the motion of the simulated vehicle cannot be identically reproduced by the motion system. Thus, special algorithms are designed to transform the motion of the vehicle model in achievable positions for the three actuators, and additionally, to render correct motion cues.
The influence of the three variable parameters on the overall subjective degree of freedom is investigated using an optimisation method. The studied parameters are: motion, optical flow and haptic response, introduced by using a lane departure warning assistance system. It is shown in this research that the influence of motion cues on the subjective degree of realism rated by the drivers is of 84%. The vibrations in the steering wheel improve the realism of the simulation and have a 15% impact. The participants of these experiments could easily adapt to the provided assistance system and their immersion in the simulated environment was significantly influenced by the activation of the lane departure warning option. It has also been shown that drivers rated the motion and the accelerations felt in the simulator with 70.41%, compared to the experience of driving a real vehicle. These results are interpreted in this research by putting the emphasis on the fact that irrespective of the DOF of the actuation mechanism, a motion driving simulator should provide correct motion cues. The development of the vehicle models and of the motion cueing algorithms should be approached, so that the system provides motion as similar as possible to the real vehicle, as it is further discussed here.Entwicklung und Anwendung von intelligenten Ansteuerungsmethoden für Fahrzeugsimulatoren
Fahrsimulatoren sind Virtual-Reality Systeme, die aus geeigneten Mensch-Maschinen-Schnittstellen, optische und akustische Wiedergabe und, wenn das Bedarf besteht, aus einen Bewegungsapparat bestehen. Sie werden in unterschiedlichen Forschungsfeldern verwendet um verschiedene Studien durchzuführen. Unter anderem können dadurch Manöverstudien durchgeführt werden, die in realen Fahrsituationen zu gefährlich für den Fahrer wären. Der Bau komplexer und hochauflösender Fahrsimulationen ist jedoch sehr Kostenintensiv.
Obwohl ein Fahrsimulator die in realen Fahrsituationen empfundenen Fahrgefühle nicht originalgetreu wiedergegeben kann, durch den begrenzten Arbeitsraum, eignet sich ein solches Gerät zu Lehr- und Forschungszwecken.
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwickelung eines kostengünstigen Fahrsimulators mit drei Freiheitsgraden, der durch eine geeignete Motion-Cueing Strategie dem Fahrer ein ausreichendes Fahrgefühl widergibt.
Es werden verschiedene Aktuierungslösungen in Bezug auf den begrenzten Arbeitsraum, singulären Stellungen, des maximalen Kraftbedarfs modelliert, verglichen und diskutiert. Es wurde eine Kompromisslösung gefunden basierend auf der kinematischen und dynamischen Analyse, die diese Begrenzungen berücksichtigt.
Der menschliche Körper befindet sich in einer kontinuierlichen Bewegung und interagiert dabei mit der Umgebung. Die Bewegung wird durch das Vestibularorgan und durch die Haut wahrgenommen. Die menschliche Wahrnehmung wird durch ein geeignetes mathematisches Modell widergegeben. Der Bewegungsablauf des Fahrsimulators wurde unter Berücksichtigung der menschlichen Wahrnehmung ausgelegt und untersucht.
Wegen dem begrenztem Arbeitsraum und der geringen Anzahl von Systemfreiheitsgraden kann der Simulator die reelle Fahrdynamik nicht im vollen Umfang an die Testperson weitergeben. Deshalb werden angepasste Algorithmen entwickelt um den Bewegungsablauf beschränkt durch drei Aktuatoren in einem akzeptablem umfang widerzugeben.
Der Einfluss der drei Aktuatorparameter auf den Bewegungsablauf wird durch geeignete Optimierungsmethoden untersucht. Die Größen die anschließend durch das Fahrsimulator Setup untersucht werden sind unter anderem der Bewegungsablauf, die optische Darstellung und die haptische Wiedergabe. Die Wichtigkeit der empfundenen Fahrbewegung wurde durch die Probanden, im Vergleich zu einem statischen Fahrsimulator, mit 84% bewertet. Die Vibrationen im Lenkrad erhöhen das Realitätsempfinden um 15%. Die Testpersonen konnten sich schnell an die aktuierten Fahrsimulation anpassen und auch Assistenzsysteme wie Spurhalteassistent benutzen. Es wurde gezeigt, dass die im Fahrsimulator gefühlten Beschleunigungen zu ca. 70% an die im realen Fahrbetrieb empfundenen Beschleunigungen herankommen. Es hat sich gezeigt, dass der Immersionsgrad vor allem vom verwendeten Fahrzeugmodellen und den Motion-Cueing Algorithmus abhängig ist
Homing endonuclease-based model systems for the study of DNA double strand break induced cell signaling and repair
No full textIn Zellen, die ionisierender Strahlung ausgesetzt sind, werden aufgrund der speziellen Energiedeposition entlang der Bahnstruktur der ionisierenden Partikel, welche häufig zu multiplen Ionizationen in einem kleinen Volumen führen, geclusterte DNA-Schäden induziert. Es wird angenommen, dass die Prozessierung von geclusterten DNA-Schäden, welche sowohl chemische Basenveränderungen als auch DNA-Strangbrüche umfassen, die sich auf beiden Strängen einer DNA-Windung erstrecken, fehlerhaft abläuft und zur genomischen Instabilität und dem damit verbundenen Zelltod führen kann. Im Gegensatz dazu werden DNA-Schäden, welche isoliert auftreten, von speziellen Reparaturmechanismen fehlerfrei repariert. Eine spezielle Form von geclusterten DNA-Schäden auf Chromatin-Ebene stellen DSB da, die nah beieinander in der DNA induziert werden. Durch das Clustern von DSBs in Abständen von einigen hundert bis einigen tausend bp können instabile Chromosomen-Fragmente generiert werden, die Deletionen verursachen und somit zum Verlust der genomischen Integrität führen. Es existieren theoretische Berechnungen, welche die Induktion von geclusterten DSBs modellieren. Die biologische Relevanz von geclustereten DSBs kann aber nicht getestet werden, da die kontrollierte Induktion von DSBs mittels IR nicht möglich ist.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein auf der Homing Endonuclease I-SceI basierendes Modellsystem entwickelt, um geclusterte DSBs mit definierten Abständen in der zellulären DNA zu induzieren und anschließend deren biologischen Folgen zu untersuchen. Mithilfe der Transposontechnologie wurden die I-SceI Konstrukte sowohl an verschiedenen Stellen in das Genom von CHO wt Zellen, als auch in den Zelllinien XR-C1-3, Xrs6 und irs1SF, welche inaktivierende Mutationen in Proteinen wichtiger Reparaturwege aufweisen, integriert, um den Einfluss der unterschiedlichen Reparaturwege auf geclusterte DSBs untersuchen zu können. Die Anzahl der Integrationsstellen und somit auch die Anzahl der möglichen Doppelstrangbrüche wurde anhand von Southern Blotting ermittelt.
Mit Hilfe dieser Model-Systeme ist die gleichzeitige Induktion von geclusterten DSBs durch die Transfektion von I-SceI exprimierenden Plasmiden möglich, welche die Ereignisse nach Bestrahlung mit ionisierender Strahlung in einer Zelle imitieren. Überlebensexperimente mit diesen Zelllinien haben gezeigt, dass durch I-SceI induzierte geclusterte DSBs im Gegensatz zu simplen DSBs, zu einem starken Absterben führen. In Übereinstimmung mit dem hohen Tötungspotential von geclusterten DSBs konnte anhand von Chromosomen-Aberrationen fehlerhafte Reparatur nachgewiesen werden. Weiterhin konnte anhand von Lebend-Zell-Experimenten gezeigt werden, dass die Foci-Bildung von 53BP1 Unterschiede zwischen simplen und geclusterten DSBs aufweist. Diese Ergebnisse weisen auf eine Verbindungen zwischen der Komplexität des DSBs und der Entwicklung einer zellulären Antwort auf DNA Schäden hin.In cells exposed to ionizing radiation (IR) energy deposition events in the form of ionization clusters induce clustered damages in the DNA. The processing of clustered DNA damage is likely to be different from that of the constituent lesions when induced in isolation, and possibly error-prone. The prevalent view in the field is that base lesions and breaks clustered within one or two DNA helical turns impair processing, not only of the secondarily induced DSBs, but also of themselves causing mutations or cell death.
A special form of clustered DNA damage, which received attention in the past but is presently only rarely studied, is two DSBs induced in close proximity on the DNA molecule. Such clustering of DSBs at distances between a few hundred to a few thousand base pairs is likely to generate unstable chromatin fragments highly prone to loss, which may locally destabilize the genome and initiate adverse biological consequences. Although IR is known to generate this potentially highly-dangerous form of DNA damage, study of its biological relevance is hampered by difficulties to induce it in a controlled manner. This leaves theoretical modeling as the only approach for estimating its induction, but still without offering means for analyzing its effects. In an attempt to close this gap we used advanced biological approaches to model DSB clustering and test its biological consequences.
Therefore cell lines in which simple DSBs and DSB-clusters can be induced in the genome by restriction of I-SceI sites engineered at defined distances in the DNA were developed. For this purpose, constructs carrying one, two or four I-SceI sites, placed at precisely defined distances to model increased clustering of DSBs, were randomly integrated in the genome using the Sleeping Beauty transposon technology. This thesis presents results obtained with clonal cell lines generated from wild type CHO cells, as well as from CHO mutants which are deficient in HR (irs1SF) or NHEJ (Xrs6, XR-C1-3). Before use for experiments, each clone is characterized for the number of construct integrations by Southern blotting, which provides the maximum number of complex DSBs that can be induced upon transfection with I-SceI.
Performing cell survival experiments by colony formation, we could show that CHO clones with high number of integrations undergo extensive killing after induction of DSBs by I-SceI that is proportional to lesion complexity. In accordance with the strong killing observed in survival experiments the probability for misrepair measured by G2-PCC is clearly elevated for DSB clusters, showing that clustered DSBs have a high risk for the formation of chromosomal aberrations. Furthermore life cell imaging of 53BP1 foci revealed differences in signaling characteristics for different levels of DSB complexity unraveling unexpected activation characteristics of the DNA damage response that require further investigations
US-American inoutside perspectives in globalized anglophone literatures
No full textThis study examines the way in which contemporary anglophone novels from around the globe engage with the USA as a political entity and as a point of reference for individual and collective processes of identity formation and cultural exchange. The analytical perspective employed relies on a backdrop of globalization theory, of research on anti-Americanism, on conceptions of the performative and on stereotypes. In examining nine twenty-first-century novels, the author applies an adapted version of Obioma Nnaemeka’s concept of the ‘inoutsider’ and pays particular attention to narrative framing as well as to the novels’ political and historical con- and subtexts. The larger aim of the study is to promote a scholarly perspective that goes beyond the common distinction between English studies, American studies and the so-called ‘New English literatures’. The scholarly project is to help establish a disciplinary framework broadly defined as ‘globalized anglophone studies’. In addition to this, the study contributes to the ongoing debate around reformed notions of cosmopolitanism, subjecting the cosmopolitan perspective in literary studies to a critical rereading.
Primary texts: Zadie Smith, On Beauty; Peter Carey, His Illegal Self; Imraan Coovadia, Green-Eyed Thieves; Salman Rushdie, Fury; Caryl Phillips, Dancing in the Dark; Chris Abani, The Virgin of Flames; Mohsin Hamid, The Reluctant Fundamentalist; Hari Kunzru, Transmission; DBC Pierre, Vernon God Little.Die vorliegende Arbeit untersucht zeitgenössische anglophone Romane in Hinblick auf ihre Auseinandersetzung mit den USA als politische Instanz und als Bezugspunkt für individuelle und kollektive Prozesse der Identitätsbildung und des kulturellen Austausches. Die analytische Perspektive, die in der Arbeit entwickelt wird, bezieht sich auf Globalisierungstheorie sowie auf Forschung zum Thema Antiamerikanismus, unterschiedliche Konzeptionen des Performativen und auf Stereotypenforschung. Die Verfasserin untersucht neun zeitgenössische Romane und verwendet hierbei eine adaptierte Version von Obioma Nnaemekas Konzept des ‚Inoutsiders‘. Die Arbeit beschäftigt sich insbesondere mit Erzähltechnik und den politischen und historischen Kon- und Subtexten der Romane. Darüber hinaus setzt die Verfasserin sich für eine wissenschaftliche Herangehensweise ein, die die übliche Trennung zwischen Anglistik, Amerikanistik und den sogenannten ‚neuen englischsprachigen Literaturen‘ überwindet. Die Arbeit ist insofern ein Versuch, die disziplinären Rahmenbedingungen für eine neue Tradition der ‚globalisierten anglophonen Studien‘ mitzugestalten. Weiterhin setzt sie sich kritisch mit der derzeitigen Debatte zu Neudefinitionen des Begriffs ‚Kosmopolitanismus‘ und mit dem Potenzial einer kosmopolitischen Perspektive in der literaturwissenschaftlichen Analyse auseinander.
Primärtexte: Zadie Smith, On Beauty; Peter Carey, His Illegal Self; Imraan Coovadia, Green-Eyed Thieves; Salman Rushdie, Fury; Caryl Phillips, Dancing in the Dark; Chris Abani, The Virgin of Flames; Mohsin Hamid, The Reluctant Fundamentalist; Hari Kunzru, Transmission; DBC Pierre, Vernon God Little
Communication and group behavior in economic decision making
No full textThis thesis analyses communication and group behavior as an integral part of economic decision making. Communication as both the dependent and independent variable are examined. In the five chapters, four laboratory experiments and one natural experiment are used to look at the interplay between communication and group behavior. The results suggest that the type of communication is as important as the content of communication. Furthermore, the interdependencies between group behavior and communication play an important role and point to the need to analyze those aspects together
Function and evolution of the imprinted gene C15orf2 /NPAP1
No full textDie chromosomale Region 15q11q13 enthält ein Cluster geprägter Gene, die entweder nur vom paternalen oder nur vom maternalen Chromosom exprimiert werden. Der Funktionsverlust paternal exprimierter Gene führt zum Prader-Willi-Syndrom. Obwohl der Funktionsverlust der SNORD116-Gene für die meisten Symptome des PWS verantwortlich zu sein scheint, könnten auch andere paternal exprimierte Gene eine Rolle spielen. Eines der geprägten Gene in der Region ist C15orf2, das im fetalen Gehirn ausschließlich vom paternalen Allel exprimiert wird und dessen monoallelische Expression im Rahmen dieser Arbeit auch im adulten Gehirn nachgewiesen wurde. Im Promotorbereich von C15orf2 befindet sich ein großes CpG-Island, von dem vermutet wurde, dass es an der Regulation der genomischen Prägung und Genexpression von C15orf2 beteiligt sei. Wie hier jedoch gezeigt wurde, ist das CpG-Island im Gehirn überwiegend methyliert und spielt für die Regulation der Expression vermutlich keine große Rolle. C15orf2 codiert für ein 1156 AS großes Protein mit sechs Kernlokalisationssignalen. Eine Protein-BLAST-Analyse sowie eine Analyse mit dem Signaturerkennungsprogramm InterProScan wiesen auf Sequenzhomologie mit dem Membrannukleoporin POM121 hin. Um herauszufinden, ob das C15orf2-Protein an den Kernporen lokalisiert ist, wurde eine stabile Zelllinie generiert, die FLAG-markiertes C15orf2 induzierbar exprimiert. In Immunfluoreszenzstudien an dieser Zelllinie wurde C15orf2 in der Zellkernperipherie detektiert, wo es mit NPCs und der Kernlamina co-lokalisiert war. Sehr hohe ektopische Expression führte in einigen Zellen zu einem Phänotyp mit Invaginationen der Zellkernhülle, die auf eine Störung der Kernhüllenintegrität bei unphysiologisch hohen C15orf2-Konzentrationen hinwiesen. Mit drei-dimensionaler strukturierter Illuminationsmikroskopie wurde die Kernhülle lichtmikroskopisch noch besser aufgelöst und eine spezifische Lokalisation von C15orf2 auf der nukleären Seite der NPCs beobachtet. Die NPC-Assoziation wurde zusätzlich mit einer Kernhüllen-Fraktionierungs-Methode biochemisch bestätigt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum ersten Mal gezeigt, dass C15orf2 Teil des NPCs oder der NPC-assoziierten molekularen Netzwerke ist. Auf diesen Erkenntnissen basierend wurde vom „HUGO Gene Nomenclature Commitee“ der neue Name „Nuclear pore associated protein 1“ (NPAP1) für C15orf2 festgelegt. Das C15orf2-Gen besitzt kein murines Ortholog, war aber während der Primatenevolution einer starken positiven Selektion unterlegen und könnte daher wichtige primatenspezifische Funktionen besitzen. Im evolutionsbiologischen Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, dassC15orf2 erst während der Primatenevolution in die chromosomale Region 15q11q13 integriert ist. In anderen Säugetieren, aber nicht in Nagetieren, wurden dagegen C15orf2-homologe Sequenzen gefunden, die hier NPAP1L genannt werden. Die NPAP1L-Gene in Säugetieren teilen Syntänie mit zwei humanen Pseudogenen auf Chromosom 9. Eine phylogenetische Analyse offenbarte die Existenz einer Genfamilie, die von dem vertebratenspezifischen Membrannukleoporin-Gen POM121 abstammt. Anders als POM121 sind die anderen Mitglieder der Familie, NPAP1L, NPAP1 und UPF0607, intronlos oder besitzen kleine, sekundär gebildete Introns. Daher ist ihr gemeinsamer Vorfahre vermutlich durch Retrotransposition von POM121 während einer frühen Phase der Säugetierevolution entstanden. NPAP1L unterlief in einigen Säugetierlinien segmentalen Duplikationen und ist in Nagetieren sekundär verloren gegangen. In der Primatenlinie führten vermutlich zwei weitere Retrotranspositionsereignisse zu den Schwestergenen C15orf2 und UPF0607, während NPAP1L hier zu einem Pseudogen wurde. Diese Ergebnisse zeigen, dass C15orf2 von dem Nukleoporin-Gen POM121 abstammt und zu einer Familie von säuger- und primatenspezifischen Retrogenen gehört.The chromosomal region 15q11q13 contains a cluster of imprinted genes expressed from the paternal or maternal chromosome only. The loss of function of paternally expressed genes leads to Prader-Willi syndrome. Although the loss of function of the SNORD116 snoRNA cluster seems to be responsible for most clinical signs, other paternally expressed genes may also contribute to Prader-Willi syndrome. One of the imprinted genes in the region is C15orf2, which is expressed from the paternal chromosome only in fetal brain.
In the course of this study, the monoallelic expression of C15orf2 was also shown in adult brain. However, the associated promoter CpG island was found to be heavily methylated on both alleles in the brain and therefore is unlikely to mediate the monoallelic expression.
C15orf2 encodes an 1156 amino acid protein with six nuclear localization signals. Bioinformatic analyses showed significant sequence similarity with the transmembrane nucleoporin POM121. To investigate whether the C15orf2 protein is localized at the nuclear pore complex (NPC), a cell line was generated that expresses FLAG-tagged C15orf2 upon induction with doxycycline. In this cell line, immunofluorescence studies revealed the localization of C15orf2 at the nuclear periphery, where it co-localized with NPCs and the nuclear lamina. To further refine the subnuclear localization of C15orf2, super resolution microscopy with the 3D-SIM technology was applied. This technique revealed that the protein specifically localizes at the nucleoplasmic side of nuclear pore complexes, roughly in one layer with the nuclear lamina. The NPC association of C15orf2 was confirmed biochemically by a nuclear envelope fractionation approach. In the course of this study it was shown for the first time that C15orf2 is part of the NPC or its associated molecular networks. Based on these results, C15orf2 was renamed to ”Nuclear pore-associated protein 1” (NPAP1).
The C15orf2 gene does not have an orthologue in the mouse, but it appears to have undergone strong positive selection in the primate lineage. In the evolutionary part of this work, it was shown that C15orf2 integrated into the chromosomal region 15q11q13 during primate evolution. In other mammals, but not in rodents, C15orf2-homologous sequences were identified, which were named NPAP1L. This group of orthologous genes share synteny with two human pseudogenes on chromosome 9. A phylogenetic analysis revealed the existence of a gene family with the three members NPAP1L, C15orf2, and UPF0607 that originated from the vertebrate-specific nucleoporin gene POM121, most likely by retrotransposition. These results for the first time show the relationship of C15orf2 and POM121 and introduce a new family of primate- and mammal-specific POM121-related retrogenes
Characterization of proteomic, metabolomic and functional responses in endothelial cells after long-term exposure to diesel soot surrogates
No full textZielsetzung der Arbeit war, molekulare bzw. zelluläre Effekte an endothelialen Zellen nach Langzeitexposition gegen die Dieselrußsurrogate Carbon Black und Benzo[a]pyren-beladenes Carbon Black im Niedrigdosisbereich zu ermitteln. Dieselruß ist in Abhängigkeit vom Entstehungsort mit einer Vielzahl von Substanzen wie Übergangsmetallen (z. B. Eisen, Chrom), Salzen und organischen Verbindungen (z. B. PAH) belastet, die selbst zelluläre Effekte auslösen können. Daher sollten in dieser Arbeit die Zellen gegen die Diesel¬ruß-surrogate Carbon Black und B[a]P-beladenes Carbon Black exponiert werden. Benzo[a]pyren (Leitsubstanz der PAH) sollte stellvertretend für die Gruppe der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe die Kontamination von Dieselruß mit dieser Stoffgruppe simulieren.
Diskutierte Mechanismen zur Entwicklung von Feinstaub-vermittelten kardiovaskulären Erkrankungen beruhen auf Experimenten, bei denen meist Ultrafeinstaub¬partikel in hohen Dosen über einen kurzen Zeitraum eingesetzt wurden. Die Exposition des Menschen erfolgt im Gegensatz zu den gängigen experimentellen Studien über einen längeren Zeitraum gegen geringe Dosen. Aus diesem Grunde wurden in der vorliegenden Arbeit ein Expositionszeitraum von 14 Tagen sowie eine Exposition im Niedrigdosisbereich gewählt. Die Exposition der Endothelzellen gegen eine niedrigere bzw. physiologischere Konzentration von Dieselru߬surrogaten steigerte die Proliferation und veränderte den Energiehaushalt, jedoch nicht die Generierung von ROS. Diese Antworten ließen sich anhand der Ergebnisse der proteomischen Analyse exponierter Zellen zu einem großen Teil auf eine verringerte Aktivität des Transkriptions¬faktors PPARγ zurückführen. Die Hypothese, dass PPARγ ein wichtiger Regulator der beobachteten zellulären Reaktionen ist, wurde durch die gas¬chromato¬graphische Analyse der zellulären Metaboliten erhärtet. So wurden die in der Literatur beschriebenen Veränderungen im Energiestoffwechsel infolge einer verminderten PPARγ-Aktivität in der vorliegenden Arbeit anhand des Nachweises einer erhöhten intrazellulären Konzentration an freien Fettsäuren und eines durch die gesteigerte Proliferation erhöhten Energiebedarfs bestätigt.
Da zu erwarten war, dass die bereits identifizierten Proteine nicht die Gesamtheit der beeinflussten Signalwege repräsentieren, wurde zusätzlich das Phosphoproteom untersucht. Die Analyse phosphorylierter Proteine ist jedoch eine schwierige Aufgabe in Anbetracht ihres geringen Vorkommens. Die Anreicherung der Phosphoproteine schien dabei als ein vielversprechender Ansatz, verfügbare Techniken setzten jedoch hoch¬technisierte Geräte voraus. Daher wurde ein Verfahren zur einfachen Anreicherung mittels Lanthanionen (La3+) entwickelt, durch dessen Anwendung Phosphoproteine und Phospho¬glykoproteine selektiv aus komplexen Proteingemischen isoliert werden konnten.
Die Analyse des Phosphoproteoms endothelialer Zellen nach Exposition ergab Änderungen der Phosphorylierung von Proteinen, die neben katalytischen Prozessen auch die Struktur der Zellen beeinflussten. Die Modifikationen der zytoskelettalen Proteine wiesen auf ein erhöhtes Angio¬genese¬potential hin, was sich in funktionellen Tests (Migration, Invasion, Barriere-funktion) bestätigte. Der Anteil migrierender Zellen sowie ihre Invasionsbereitschaft erhöhten sich nach Exposition gegen die Dieselrußsurrogate. Darüber hinaus wiesen die exponierten Zellen eine verringerte Permeabilität gegenüber geladenen und ungeladenen Substanzen (Dextrane) auf. Die funktionellen Veränderungen spiegelten sich auch auf morphologischer Ebene in der Ausbildung von Filopodien und Stressfasern wider.
Als möglicher Auslöser dieser zellulären Veränderungen kommt der erhöhte Gehalt an intrazellulärem Calcium infrage. Calcium stellt einen wichtigen zellulären Signaltransduktor dar, der an vielen Prozessen, darunter der Regulation der endothelialen Stickstoffmonoxid-Produktion, beteiligt ist. Die endotheliale NO-Produktion ist ein wichtiger Modulator der Angiogenese, die viele der beobachteten Effekte beeinflussen kann.
Die hier vorgestellten Ergebnisse beschreiben detaillierte Veränderungen des Endothels als Antwort auf eine Exposition gegen Dieselrußsurrogate. Ob und ggf. welche/s Krankheits-bild/er diese Veränderungen hervorrufen können, ist zum jetzigen Zeitpunkt noch unklar.Nanotechnology is a rapidly growing industry of global economic importance, exploiting the novel characteristics of materials manufactured at the nanoscale. The properties of engineered nanoparticles (ENPs) that make them useful in a wide range of industrial applications, however, have led to concerns regarding their potential impact on human and environmental health. Nanometer sized particles are created in countless physical processes ranging from natural calamities such as erosion and combustion to many industrial and domestic endeavours, such as cooking, material fabrication, jet engines and in intentionally engineered nanoscale components of consumer products and advanced technologies.
The impact of nanoparticles interactions with the body is dependent on their size, chemical composition, surface structure, solubility and shape. Due to small size and hence higher specific surface area of the nanoparticles, these particles can easily bind with toxic pollutants such as transition metals and organic pollutants (i.e. polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH)), which when inhaled can cause a number of diseases. Inhaled nanoparticles have the ability to translocate in the body. Once inside, these particles can travel freely in the blood throughout the body and reach the organs like liver, heart and brain.
Epidemiologic studies have indicated that environmental exposure to airborne particulate matter (primarily diesel exhaust) may promote cardiovascular diseases; however, it is not clear whether these effects are due to the exposure to these environment particles or because of its co-contaminants (i.e. iron, chromium, salts and PAHs). The precise ways of action are still unknown and the suggested mechanisms often lack the convincing evidence because they have been derived from experiments in which nanoparticles have been applied in high doses. In the present study the human endothelial cell line EA.hy926 was exposed to pure carbon black and benzo[a]pyrene loaded carbon black to mimic diesel exhaust, to determine the effects of these nanoparticles on the cardiovascular system.
To achieve this, a proteomic and metabolomic approach was carried out with particular emphasis on an extended exposure period of 14 days and a low nanoparticle concentration of 100 ng/mL. Evaluation of the obtained proteomic data combined with transcription factor analysis revealed that the activity of the peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) was significantly reduced in the exposed cells. This result was in agreement with the observed profile of energy and fatty acid metabolites determined by gas chromatographic mass spectrometric analysis.
Given that the previously identified proteins did not represent the entirety of the affected signaling pathways, therefore, possible posttranslational modifications of the exposed endothelial cells was examined. Phosphorylation is one of the most universal and dominant mechanism involved in the regulation of cellular metabolism. Due to the low abundance of phosphorylated proteins there is a great interest in developing methods for their enrichment. Using lanthanum ions, a simple technique for phosphoprotein enrichment was established. The method not only allowed the selective enrichment of phospho- and phosphoglycoproteins from complex protein mixtures, but also was compatible with analytical techniques.
The analysis of the phosphoproteome of endothelial cells after exposure revealed changes in the phosphorylation of proteins involved in cell structure maintenance. These changes in the phosphorylation referred thereby to modulations in the angiogenic system which could be shown by an increased cell invasion and migration, and structural changes of the actin cytoskeleton. The trigger of these cellular responses is possible calcium which was present in elevated levels in exposed cell and may influence the endothelial NO production
Development and Evaluation of a Thermophoretic Personal Sampler for Nanoparticle Exposure Studies
No full textSome Nanoparticles have been shown to cause adverse health effects. Assessment of personal exposure to these nanoparticles is a major step towards evaluating this potential risk. Assessment measurements of fine and coarse particles have been carried out mainly with samplers consisting of a miniaturized impactor with a defined cut off size followed by a filter for off-line weighing. This approach is unsuitable for nanoparticles due to their low mass. One applicable way of sampling nanoparticles is by employing the principle of thermophoresis.
In this thesis, a personal sampler (Thermal Precipitator, TP) which thermophoretically samples particles, was developed based on CFD-modelling. The objective was to uniformly deposit a representative sample of nanoparticles on a substrate to simplify the subsequent off-line Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis by minimising the analysis time. Numerical simulations provided information about the deposition characteristics and this was used as the basis to develop the sampler.
Laboratory tests were carried out with the TP using monodisperse PSL particles of 95,6 nm and 305 nm in diameters as well as polydisperse soot particles in the size range of about 14 – 98 nm. The particles were sampled with the TP on substrates and later analysed by SEM. Different locations along the entire length of the substrate were investigated. A more detailed analysis was made of the evaluation region on the substrate, where a uniform deposition of particles is expected according to the prior modelling.
Experimental results show a homogeneous deposition of particles up to a size range of 300 nm in the evaluation region independent of particle material type as well as the orientation of the device during sampling. Independence of deposition is important since the worker is mobile in all directions
Unlike with an older version of the TP where up to 32 SEM images of its non-uniform particle deposition had to be evaluated to obtain an average particle size distribution, an evaluation of the uniform deposition with the new TP is much more simplified, remarkably reducing the time and cost of the evaluation, while improving the statistics of the results
Clinical and molecular characterisation of an unusual neuroblastoma stage 4S with amplification of the oncogene MYCN
No full textNeuroblastome (NB) sind die häufigsten soliden, extrakraniellen Malignome des Kindesalters. Eine bemerkenswerte biologische Eigenschaft dieser Tumore ist die spontane Regression von Stadium 4S Neuroblastomen (NB4S) trotz disseminierter Erkrankung. Für die Prognose von NB spielen der MYCN-Status und die Expression von Neurotrophinrezeptoren (NTR) eine wichtige Rolle. Während die Expression des Rezeptors TrkA mit günstiger Prognose korreliert, ist die Expression von TrkB und/oder die Amplifikation von MYCN mit aggressiverem Verhalten des Tumors und entsprechend schlechter Prognose assoziiert. Wir berichten hier über ein ungewöhnliches NB4S mit MYCN-Amplifikation, das bereits während der initialen Therapiezyklen zum Tod des betroffenen Patienten führte. Überraschenderweise konnte sowohl im Tumor als auch in den daraus kultivierten Zellen die simultane Expression von MYCN und beiden NTR TrkA und TrkB nachgewiesen werden. Die Analyse von Genexpressionsprofilen von Primärtumor und kultivierten Zellen zeigte, dass Gene, die mit neuronaler Entwicklung und Differenzierung annotiert sind, in den kultivierten Zellen herunterreguliert werden. Funktionelle Analysen belegten die Aggressivität und Invasivität von TrkB positiven NB-Zellen und gaben Einblicke in die Interaktion von TrkB und dessen spezifischen Liganden BDNF. Durch limitierte Verdünnung konnten hier Zellklone etabliert werden, die neben MYCN den NTR TrkA intrinsisch exprimieren. Array CGH-Analysen der Klone zeigten multiple für NB4S untypische chromosomale Verluste und Zugewinne auf. Zusammenfassend konnten hier aus einem sehr seltenen NB-Subtyp stabile Zelllinien etabliert sowie Einblicke in die Molekularbiologie dieses Tumors gewonnen werden. Inwieweit die Ergebnisse repräsentativ für diese spezielle Erkrankung sind und welche Aufschlüsse das etablierte Modell über die Interaktion von MYCN und TrkA geben kann, müssen zukünftige Untersuchungen zeigen.Neuroblastoma (NB) ist the most common extracranial solid tumour of childhood. One of the most remarkable biological properties is spontaneous regression of neuroblastoma stage 4S (NB4S) despite disseminated disease. Major factors determining the outcome of NB are the status of MYCN and the differential expression of neurotrophin receptors (NTR). While expression of the NTR TrkA is associated with favourable outcome, expression of TrkB as well as MYCN amplification both correlate with aggressive tumour characteristics and poor prognosis. Here, we report the characterisation of an unusual NB4S with MYCN amplification and adverse outcome. Surprisingly expression of MYCN and of both, TrkA and TrkB, was found in tumour cells as well as in primary cultures derived from this tumour. Gene expression profiles of primary tumour and cultivated cells showed that genes, which are annotated with neuronal development and differentiation are downregulated in the cultivated cells. Functional assays proved the aggressiveness and invasiveness of TrkB expressing NB-cells and provided insights into the interaction of TrkB and its ligand BDNF. Several independent cell clones with concomitant expression of MYCN and TrkA, were obtained by limited dilution. Cytogenetic characterisation of these cell clones showed multiple chromosomal gains and losses, which are atypical for NB4S. In summary, we established stable cell clones originated from an unusual NB-subtype and provided insights into the biology of this tumour. It remains to be determined to what extent these cell clones can serve as model systems to understand the interaction of MYCN and TrkA in NB
<i>Ab initio</i> study of free and deposited transition metal clusters
No full textTransition metal (TM) clusters occupy an important role in the class of materials projected for nano applications. In addition to the unusual properties due to their cluster form, TM clusters have the advantage of developing magnetic moments. The goal of this thesis is to study the properties of clusters and cluster related phenomena. Physical properties of clusters are suitable platform to study quantum effects, which becomes prominent at such low dimensions. Thus, it is essential to study the properties of clusters using first-principles methods because they cannot be easily handeled by empirical approaches. The present thesis deals with the density functional theory total energy formalism through the Kohn-Sham approach. The many-body correlation effects are accounted for the generalized gradient approximation (GGA) which has been successful in describing the properties of materials, especially metals.
The ground state structure of various sizes of elemental and binary TM clusters is studied. One of the main observation is that the icosahedron is one of the most stable geometries for 13-atom elemental (Fe, Co, Ni) clusters. For large Fe clusters with regular icosahedron geometry, the core of the cluster relaxes towards the cuboctahedral geometry. For all sizes, after geometrical optimization, we find slight structural distortions. This is associated with the physics of Jahn-Teller effect. We observe that the Jahn-Teller effect is more prominent in Fe clusters as compared to Ni and Co clusters. Also, the evolution of magnetic moment with cluster size is studied. The clusters show enhanced magnetic
moment which is inversely related to the cluster size. The magnetic moment versus cluster size obtained from calculations match very well with the experimental results.
One of the main goals of studying binary cluster is to understand the site-specific occupation of atomic species in a multi-component (here binary) cluster. This is achieved this by studying the competition between chemical ordering and segregation for binary Fe-(Co, Ni, Pt) and Co-(Pt, Mn) icosahedral clusters. The energetically favorable distribution of constituent elements in binary cluster is examined for different compositions. Using the lowest energy structure so obtained, the composition-dependent mixing energy is studied. It is observed that the qualitative behavior of mixing energy with respect to composition for 13-atom Fe-Ni clusters is very similar to that of the bulk alloy. It is found that Ni atoms tend to occupy the surface sites on a cluster (segregation tendency) for Fe-rich and Ni-rich compositions. This appears to be a common trend which has been verified for both 13- and 55-atom clusters. Owing to heavy computational demand, we have verified the trend at some specific compositions for 55-atom clusters.
Magnetic properties like the orbital magnetic moment and the magnetic anisotropy are studied for free and deposited clusters. 13- and 55-atom icosahedral clusters of Fe, Ni and Co are deposited on the substrates like Pt(111) and Pt(001) for these studies. Both the free clusters and the deposited clusters are observed to exhibit large magnetic anisotropy as compared to that of the respective bulk metals. The angle (angle between magnetization and the spin-quantization axis) dependent anisotropy energy is calculated from DFT and then fitted to the classical Heisenberg model containing an anisotropy term. Large values of magnetic anisotropy energy are found for relaxed clusters as compared to perfect clusters because of the structural symmetry-breaking.
In addition to its structural and magnetic properties, transition metal clusters are attractive candidates for catalysis. In principle, the catalysis can be studied by estimating the activation energy barrier of various paths of a reaction by nudged elastic band method. There are studies in literature of the catalytic properties of TM clusters (for example Fe and Pt) for the oxidation of carbon monoxide to carbon-dioxide on graphene surface. We have attempted to study the oxidation of carbon monoxide on graphene surface. The goal is to understand the role of TM clusters in reducing the activation barrier of the chemical reaction and to derive the possible reaction paths. Presently, the proper site for adsorption of CO molecule on free and graphene-supported TM clusters are identified within the accuracy of GGA.
From another aspect, we tried to extrapolate the magnetic properties of clusters to finite temperature using the exact diagonalization technique. We have only studied the magnetic properties of 4- and 13-atom clusters. The exact diagonalization method is applied to the quantum Heisenberg Hamiltonian with nearest-neighbor spin-interactions. The role of dipolar interaction and local uniaxial anisotropy terms in the Heisenberg Hamiltonian are taken into account which has
non-negligible contribution for clusters. We observe discontinuities in the magnetization with change in external magnetic field for clusters with antiferromagnetic interactions, which is unlike for clusters with ferromagnetic interaction. The ground state and the temperature-dependent spin-spin correlation functions are also studied.
The findings of these studies for elemental and binary clusters like the size-dependent structural and magnetic properties, the composition-dependent atomic distributions of multi-component clusters (segregation), magnetic anisotropy of free and supported TM clusters are expected to shed light on the understanding of physics of clusters in general and may be helpful for experimentalists.Übergangsmetallcluster nehmen einen wichtigen Platz in der Klasse der Materialien für Anwendungen im Nanobereich ein. Übergangsmetallcluster besitzen, zusätzlich zu weiteren ungewöhnlichen Eigenschaften aufgrund ihrer Cluster-Form, den Vorteil magnetische Momente zu entwickeln. Das Ziel dieser Arbeit ist die Eigenschaften von Clustern und der damit zusammenhängenden Phänomene zu untersuchen. Die physikalischen Eigenschaften von Clustern sind eine geeignete Grundlage um Quanteneffekte zu studieren, die in niedrigen Dimensionen dominieren. Da sich die Eigenschaften der Cluster nicht mit empirischen Ansätzen einfach beschreiben lassen ist es notwendig, parameterfreie first-principles Methoden zu verwenden. In dieser Arbeit kommt der Dichtefunktional Gesamtenergieformalismus im Rahmen des Kohn-Sham-Ansatzes zum Einsatz. Die Vielteilchen-Korrelations-effekte werden im Rahmen der verallgemeinerten Gradienten Approximation (GGA) behandelt, die sehr erfolgreich für die Beschreibung von Materialien, insbesondere Metalle, eingesetzt wird.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Grundzustandsstrukturen von elementaren und binären Übergangsmetallclustern verschiedener Größen untersucht. Eine der wichtigsten Beobachtungen ist hierbei, dass die ikosaedrische Geometrie eine der stabilsten Formen für elementare 13-Atom (Fe, Co, Ni) Cluster ist. Für alle untersuchten Größen sind leichte strukturelle Verzerrungen präsent, die auf dem Jahn-Teller-Effekt beruhen. Dieser tritt stärker in Fe-Clustern als in Ni- und Co-Clustern auf. Für größere Fe-Cluster mit regelmäßiger ikosaedrischer Geometrie relaxiert der Kern des Clusters in Richtung einer kuboktaedrischen Geometrie. Ebenfalls untersucht wurde die Entwicklung des magnetischen Momentes mit der Clustergröße. Die Cluster besitzen ein erhöhtes magnetisches Moment, dessen Größe sich umgekehrt zur Clustergröße verhält. Der berechnete Zusammenhang stimmt gut mit experimentellen Resultaten überein.
Ein weiteres wichtiges Ziel der Untersuchung binärer Cluster ist das Verständnis der gitterplatzspezifischen Besetzung der atomaren Spezies in mehrkomponentigen (hier binären) Clustern. Dazu wurde die Konkurrenz zwischen chemischer Ordnung und Segregation in binären Fe-(Co, Ni, Pt) und Co-(Pt, Mn) Clustern mit ikosaedrischer Struktur untersucht. Für verschiedene Zusammensetzungen wurde die energetisch günstigste Verteilung der konstituierenden Elemente berechnet. Aufbauend auf der so bestimmten Struktur mit der niedrigsten Energie, wurde das zusammensetzungsabhängige Mischungsverhalten der Elemente untersucht. Das qualitative Verhalten der Mischungsenergie eines 13-Atom Fe-Ni-Clusters stellt sich in Bezug auf die Zusammensetzung als sehr ähnlich zu dem des Festkörpers heraus. Dabei zeigt sich, dass Ni zur Besetzung der Oberflächenplätze (Segregationstendenz) im Fe-reichen wie auch im Ni-reichen Zusammensetzungsbereich tendiert. Das erscheint als allgemeiner Trend, der in dieser Arbeit für 13- und 55-Atom-Cluster verifiziert werden konnte.
Ebenfalls untersucht wurden magnetische Eigenschaften wie das Bahnmoment und die magnetische Anisotropie für freie und
deponierte Cluster. Hierzu wurden, ikosaedrische Cluster mit 13 und 55 Atomen bestehend aus Fe, Ni und Co auf Pt(111) und Pt(001) Substraten deponiert. Sowohl die freien, wie auch die deponierten Cluster zeichnen sich durch eine große magnetische Anisotropie im Vergleich zu den entsprechenden Festkörper-Materialien aus. Die winkelaufgelöste Anisotropie-Energie (gemeint ist der Winkel zwischen Magnetisierung und Spin-Quantisierungsachse) wurde im Rahmen der DFT berechnet. An diese Ergebnisse wurden die Parameter eines klassischen Heisenberg-Modells mit Anisotropieterm gefittet. Für relaxierte Cluster werden im Vergleich zu perfekten Strukturen aufgrund der strukturellen Symmetriebrechung große Anisotropie-Energien gefunden.
Abgesehen von ihren strukturellen und magnetischen Eigenschaften sind Übergangsmetallcluster attraktive Kandidaten für katalytische Anwendungen. Im Prinzip können die katalytischen Eigenschaften durch Bestimmung der Aktivierungsbarriere für verschiedene Reaktionspfade im Rahmen der Nugded-elastic-band-Method untersucht werden. In der Literatur existieren Studien der katalytischen Eigenschaften von Übergangsmetallclustern (z.B. Fe oder Pt) im Bezug auf die Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Oxidation von Kohlenmonoxid auf Graphen mit dem Ziel untersucht, die Rolle der Übergangsmetallcluster im Hinblick auf eine Reduzierung der Aktivierungsbarriere der chemischen Reaktion zu verstehen und mögliche Reaktionspfade abzuleiten. Bislang konnte der Adsoptionsplatz eines CO-Moleküls auf freien und Graphen-unterstützten Clustern im Rahmen der Genauigkeit der GGA bestimmt werden.
Um die magnetischen Eigenschaften bei endlichen Temperaturen besser zu verstehen, wurden vier bis 13-Atom Cluster im Rahmen des quantenmechanischen Heisenbergmodells mit nächster-Nachbar-Spin-Wechselwirkung exakt diagonalisiert. Die Rolle der Dipolwechselwirkung und radialer Anisotro-pieterme, die nicht vernachlässigbare Beiträge für Cluster haben, wurden im Heisenberg-Hamiltonian berücksichtigt. Für antiferromagnetische Cluster wurden - im Gegensatz zu ferromagnetische wechselwirkenden Clustern - Unstetigkeiten in der Magnetisierung als Funktion des externen Magnetfeldes gefunden. Zusätzlich wurden für diese Cluster Grundzustand und temperaturabhängige Spin-Spin-Korrelationsfunktionen berechnet.
Die Ergebnisse dieser Arbeit für elementare und binäre Cluster, wie die Größenabhängigkeit struktureller und magnetischer Eigenschaften, die zusammensetzungsabhängige Verteilung der Atome in mehrkomponentigen Clustern (Segregation), magnetische Anisotropie freischwebender und deponierter Übergangsmetallcluster können beitragen, das Verständnis der Clusterphysik im Allgemeinen voranzubringen und Hilfestellungen für experimentelle Arbeiten bieten.</p