3383 research outputs found
Sort by
The design of 'possible worlds' as a contribution to the unfinished project of modernity: development of a reference architecture to support the decision-making processes of community-driven sustainable human development initiatives
No full textThis dissertation’s central ambitions are to point out and illustrate how design-oriented information systems research (ISR) can be utilized for critical and emancipatory (C&E) purposes as well as—although to a lesser extent—to offer a considerably different perspective on how ISR can contribute to the sustainable development (SD) research agenda. Research programs intending to remove entrenched inequalities by changing the status quo exhibit a C&E orientation. A design-oriented methodology tends to be predestinated as underpinning for such endeavors because of its explicitly stated aim of change. The omnipresent SD discussion, at least in its original conceptualization, is one of the most prominent areas where design-oriented research programs with C&E features are urgently needed. In particular, design science research in information systems (DSRIS), the design-oriented research program in ISR, is considered to be a vital ingredient: the design of appropriate technical systems is gaining in importance, because the complexity and dynamics of SD issues exceed human problem-solving capabilities. However, SD concerns cannot be addressed by isolated technical artifacts; technical systems have to be aligned with the social systems in which they are embedded. This broader endeavor is called the design of socio-technical systems. In comparison to research under this heading, DSRIS rarely strives for C&E goals. This curious situation can be traced back to the methodological suggestions given in the hope that they bridge the ‘relevance-rigor gap’: relevant research has to be carried out in response to problems articulated in practice and results have to be rigorously evaluated in practical settings to demonstrate their efficacy to solve the explicated issues. Besides the inherent challenges of both these prescriptions, from the stance of C&E research, it seems implausible that powerful actors would grant access to a setting and support projects that challenge their positions. Hence, the postulated aim of change is merely an euphemism for endeavors that reinforce and solidify the status quo—they, due to the lack of empowering potential, can solely further what Habermas termed the ‘colonization of the lifeworld’. The method for the design of ‘possible worlds’ proposed in the present inquiry not only helps to overcome this limitation, but it simultaneously integrates DSRIS more clearly with the overarching undertaking of devising socio-technical systems. Against this background, a designed `possible world’, seen from an explicated value position, is a more desirable, theoretically possible alternative to factual existing contexts in a particular domain. It functions as ‘crash barrier’ for the design of social systems and it can at the same time be leveraged as domain model from which it is possible to elicit requirements for the construction of a reference architecture that describes technical systems backing the processes of and within the ‘possible world’. However, in addition to the method’s development, the Ph.D. dissertation also illustrates the former’s application by designing a reference architecture for systems that support the decision-making processes of community-driven sustainable human development initiatives; one at least theoretically possible concretization of SD. As such, the inquiry makes three research contributions: its primary focus is a constructive extension of the disciplinary body of knowledge through the methodical guidance for C&E DSRIS; however, the reflection of SD as part of the exemplary application is also a critique of the way SD issues are currently tackled and of how they are integrated into the ISR canon. To realize these aims the study proceeds as follows: based on a critical reflection of the philosophical underpinnings of DSRIS, it explicates different routes to bridge the relevance-rigor gap. One of these avenues then serves as starting point for the construction of a method that specifically addresses the peculiarities of C&E DSRIS. The core derivation from the traditional conceptualization of design-oriented ISR lies within the sketch of a desirable, hypothetical alternative of factually existing social systems, which, through the contrasting with the latter, allows to carve out intervention entry points, i.e., aspects in which the ‘factual world’ has to change to become more like the ‘possible world’. To justify the claim that this transition, manifesting itself in the determined intervention entry points, is at least theoretically possible and not utopian, the ‘realist synthesis’ as a technique for the gathering of justificatory evidence from the existing body of knowledge is presented. Rooting endeavors of DSRIS in the scientific knowledge base is an important move to free them from being confined to those problems that are articulated by powerful gatekeepers in practical settings. However, for the design of ‘possible worlds’ to bear fruit in ISR, this step needs to be complemented. Therefore, the synthesis is adapted to also permit the extraction of, from the perspective of the underpinning normative stance, suitable ‘draft meanings’, because these progressive (social) structures or organizational options resulting from interventions provide the basis for the design of reference architectures that are aligned with the ‘possible world’. To illustrate this, from an ISR perspective, fundamental usage scenario, the inquiry, based on a devised preliminary reference architecture development approach, carries out the afore-mentioned exemplary application of the method for the design of ‘possible worlds’
Entwicklung eines Sprayflammenreaktors zur Synthese oxidischer Nanopartikel bei variablem Druck
No full textDie Herstellung oxidischer Nanopartikel mit Hilfe der Sprayflammensynthese (SFS) ist in der vorliegenden Arbeit sowohl experimentell als auch auf Basis von Modellierungen theoretisch untersucht worden. Zu diesem Zweck wurde am Institut für Verbrennung und Gasdynamik ein Sprayflammenreaktor konstruiert, durch den es möglich ist, Partikel bei voller Kontrolle der Prozessparameter herzustellen. Um dies zu erreichen, wurde die Anlage als hermetisch geschlossenes System aufgebaut. Auf diese Weise konnten im Vergleich zum Stand der Technik der Einfluss des Druckes auf die Partikelqualität untersucht werden.
Neben Ex-situ-Untersuchungen zur Charakterisierung der hergestellten Pulver wurden Simulationen der reaktiven Strömung vorgenommen. Die Ergebnisse der Experimente halfen dabei, geeignete numerische Modelle zur Simulation des Reaktors zu finden. Die Ergebnisse der Simulationen wiederum trugen zur Verbesserung und Weiterentwicklung der bestehenden Anlage bei und können in Zukunft den experimentellen Aufwand herabsetzen. Auf diese Weise kann in Zukunft zeit- und ressourcenschonender gearbeitet werden. Somit haben sich in dieser Arbeit die beiden wissenschaftlichen Themenfelder ergänzt.
Die Experimente zeigten, dass der Prozessdruck Einfluss auf unterschiedliche Partikeleigenschaften hat. So wird mit sinkendem Prozessdruck das Partikelwachstum gehemmt. Diese Druckabhängigkeit des Partikelwachstums wurde auch von den Simulationen wiedergegeben. Darüber hinaus wurde bei der Synthese von Eisenoxid ein deutlicher Einfluss des Druckes auf die entstehenden Partikelphasen beobachtet. In zwei Versuchsreihen konnte gezeigt werden, dass der Magnetitanteil bei abnehmendem Druck zunimmt, während der Anteil von Maghemit zu etwa gleichen Teilen abnimmt.
Zusätzlich zu den Experimenten und Simulationen zur druckabhängigen Synthese von Nanopartikeln wird hier die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Düse zur Inline-Beschichtung von Nanopartikeln stromabwärts der Partikelbildungszone vorgestellt.The synthesis of nanoscaled oxidic particles via spray-flame synthesis (SFS) was investigated not only experimental but also theoretical. A reactor concept was developed at the Institute for Combustion and Gas Dynamics which enables full control of process parameters, while synthesizing particles. This was reached by developing the reactor system as hermetically closed. Therefore the influence of synthesis conditions such as pressure could be investigated. The experimental results showed that the synthesis pressure influences the particle properties.
In combination with the ex situ characterization of the particles, the synthesis was simulated via computational fluid dynamics (CFD). Based on the characterization results appropriate computational models could be found. The simulation results supported the improvement of the reactors and allow for a more dedicated synthesis of the desired materials. In this work, experiments and simulations complemented each other.
It was found that the gas pressure in the synthesis chamber influences various particle properties. By decreasing the pressure in the reactor chamber the average particle size decreases. This effect was also observed predicted by the simulations. The crystal structure of the particles was also influenced by the gas pressure. It was found that the amount of magnetite in the sample increases with decreasing pressure while the amount of maghemite decreases.
In addition to the experiments and simulations as part of the present work a nozzle for in situ coating of the nanoparticles was developed and is also shown in this work
Sulfolobus acidocaldarius & sulfolobus solfataricus: exploitation of thermoacidophilic archaea for biotechnological applications
No full textOne of the most efficient mining strategies for novel and unique enzymes, meeting the requirements of industrial applications based on enzymatic processes, is a functional metagenomic screening. Especially the successful expression of so-called extremozymes is often limited in standard screening hosts, which is particularly true for archaeal enzymes. However, due to the (hyper)thermophilic life style of many representatives and their unique metabolism encompassing many unusual pathways and enzymes, Archaea represent a highly valuable source for novel biocatalysts with exceptional catalytic properties and high stability under harsh conditions. These characteristics are advantageous for many industrial applications. The development of an archaeal expression host is, therefore, highly desirable to enable the identification of new extremozymes and the exploitation of their great potential for industrial applications, which would otherwise remain undetected.
The establishment of the genetically tractable (hyper)thermophilic Crenarchaeon S. acidocaldarius as an expression host for functional metagenomic screenings was a major part of the present work. Heterologous promoter recognition is a prerequisite for functional metagenomic screenings especially of large-insert libraries. Therefore, the promoter selectivity of S. acidocaldarius was investigated via phosphofructokinase (PFK) promoters derived from different (hyper)thermophilic cren- and euryarchaeal as well as bacterial sources using their natively controlled PFK genes as reporters: the crenarchaeal PPi-dependent PFK from Thermoproteus tenax (TTX_1277), the euryarchaeal ADP-dependent PFK from Pyrococcus furiosus (PF1784) and the bacterial ATP-dependent PFK from Thermotoga maritima (TM0209). The euryarchaeal P. furiosus PFK promoter recognition by S. acidocaldarius as well as the heterologous expression of all three PFKs under the control of the frequently applied S. acidocaldarius malE promoter was successfully shown using the vector pSVA1450. These results indicate the suitability of S. acidocaldarius as a host for functional screening of large-insert metagenomic libraries as well as heterologous protein (over)expression. Furthermore, S. acidocaldarius utilizes a branched Entner-Doudoroff (ED) pathway for glucose degradation and the Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) pathway for gluconeogenesis. Hence, the successful heterologous expression of a PFK now enables first steps towards metabolic engineering, i.e. directing the EMP-pathway into a glycolytic direction, since a PFK homolog is missing in the S. acidocaldarius genome.
The expression capabilities of S. acidocaldarius were further analyzed via esterase genes functionally identified from different metagenomes. The six selected esterases showed a diverse range of characteristics with regard to origin, temperature optima, and substrate specificity. Since the S. acidocaldarius MW001 exhibited esterase activity towards short-chain acyl esters (i.e. ρNP-C4 and ρNP-C8), an esterase deficient S. acidocaldarius strain (MW001Δ1105Δ1116) was successfully constructed by deleting the identified esterase genes Saci_1105 and Saci_1116 allowing for metagenomic esterase screenings. The applicability of pSVA1450 in metagenomic screenings is rather limited. Therefore, the vector was further improved by inserting additional restriction sites and a N-terminal Strep-10xHis-tag, discarding the pre-cloning step via pMZ1, yielding the vector pSVA2301. Nevertheless, this did not result in the expected functional expression of the metagenomic esterases under various expression conditions even though the transcription of the genes was proven by mRNA analysis.
The esterases Saci_1105 and Saci_1116 were also subjected to recombinant expression in E. coli for further characterization. Initial biochemical studies revealed a pH optimum at pH 6.5 for Saci_1105. This corresponds to the intracellular pH of S. acidocaldarius, thus suggesting Saci_1105 being an intracellular esterase. Its substrate dependency followed Michaelis-Menten kinetics with a catalytic efficiency kcat/Km of 365 s-1∙mM-1 and a Km value of 0.6 mM for the substrate ρNP-C4.
For glucose degradation the branched ED-pathway is the most abundant ED-pathway variant in Archaea, which is comprised of a semiphosphorylative-ED branch and a nonphosphorylative-ED branch. In Sulfolobus spp. this branched ED pathway is promiscuous for the breakdown of glucose as well as galactose. Two glucose dehydrogenases (GDH), the first pathway enzyme, have been characterized for S. solfataricus: GDH-1 (SSO3003) exhibits a broad substrate spectrum whereas GDH-2 (SSO3204) appears to be glucose-specific. Structure modeling revealed differences in residues within the active site, discussed to be involved in substrate binding. The second major part of the present work aimed for the elucidation of the structural determinants conferring the different substrate specificity. For this, GDH-2 mutants were constructed via site-directed mutagenesis, substituting amino acids found in corresponding positions to the substrate binding residues in GDH-1: GDH-2_V93N, GDH-2_E294H and the double mutant GDH-2_V93N_E294H. Biochemical characterization revealed the E294H mutation having a lower impact on substrate utilization for most tested substrates compared to the V93N and V93N_E294H mutation. The V93N mutation showed mainly an increase of Km with a simultaneous decrease of Vmax or even an abolished enzyme activity, suggesting the residue in this position is playing an important role not only for substrate binding, but also e.g. for active site architecture and/or dynamics during catalysis. The E294H mutation, in contrast, showed primarily an increasing effect on Km for the tested hexoses, whereas the Vmax values were not significantly affected, confirming the proposed interaction with the C6-hydroxyl group of the substrate. In accordance with the effects the single mutants caused on activity, the kinetic parameters for the double mutant V93N_E294H reflect a combination thereof. For this mutant residual activity with dramatically decreased catalytic efficiency was only observed for two substrates, whereas for all other tested substrates the activity was completely abolished. A sequence alignment of six characterized archaeal GDHs revealed a high conservation of residues involved in binding actions within the active site. The presence of four highly conserved and two variable residues involved in substrate binding could be identified
Synthesis of boronic acid derivatives as modulators for proteases
No full textDie vorliegende Dissertation beinhaltet drei Themen. Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Bibliothek C-terminal mit einer Aminoboronsäure modifizierter Peptide synthetisiert und diese auf ihre inhibitorische Wirkung gegenüber verschiedenen Serinproteasen getestet. DieSynthese der Inhibitoren erfolgte dabei als konvergente Bausteinsynthese. Matteson-Chemie wurde zur stereoselektiven Synthese der Aminoboronsäuren verwendet. Die dabei erhaltenen Aminoboronsäure-pinandiolester wurden dann auf kleine geschützte Peptide gekuppelt. Die abschließende Spaltung des Pinandiolesters und die Entfernung der permanenten Seitenkettenschutzgruppen lieferten die gewünschten Inhibitoren. In Kooperation mit verschiedenen Arbeitsgruppen wurden die synthetisierten Inhibitoren auf die Proteasen DegP, HtrA1, DegS, Tsp, Elastase und die chlamydiale Serinprotease CPAF getestet. In Tabelle 1
wurden die besten Inhibitoren für die untersuchten Proteasen zusammengefasst.
Die Inhibitoren DRYIRY-D-BoroNorleucin und DRFWRY-D-BoroNorleucin stellten diepotentesten Inhibitoren für CPAF dar.
Das zweite Kapitel behandelt Studien zur Synthese eines cyclischen Depsipeptids, das einen Boronsäureester im Ring enthält. Diese cyclischen Boronsäureester sollten analog zu den Ahp-Cyclodepsipeptiden als kanonische Inhibitoren wirken. Das Ziel des Projekts war die
dabei Entwicklung und Synthese eines entsprechenden cyclischen Boronsäureester- Inhibitors für die Serinprotease DegS. Zum Design des Inhibitors wurde die Struktur von RseA, dem einzigen bekannten Substrat von DegS, herangezogen und diese in die kanonische Struktur
eingebaut. Aufgrund von Zeitproblemen konnte dieser Teil des Projekts jedoch nicht beendet werden, sondern nur erste Machbarkeitsstudien durchgeführt werden.
Das Thema des dritten Kapitels ist die Synthese von Kahalide F und einer
fluoreszenten Sonde dieses Naturstoffs. Kahalalide F zeigt eine starke Zytotoxizität gegen verschiedene Krebszelllinien. Der Naturstoff Kahalalide F konnte erfolgreich mit einer Ausbeute von 3 % über 18 Stufen synthetisiert werden. Ebenfalls konnte eine biologisch
aktive Rhodaminsonde des Naturstoffs erfolgreich dargestellt werden. Beide Substanzen wurden in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Hemmo Meyer auf CV1 Zellengetestet und die Zytotoxizität konnte bestätigt werden. Mit der Hilfe der Fluoreszenzsonde konnte gezeigt werden, dass sich Kahalalide F in den Lysosomen und Endosomen der Zellen
anreichert. Abb. 1 zeigt die Strukturen von Kahalalide F und der mit Rhodamin modifizierten Sonde des Naturstoffs
Identification of novel sirtuin inhibitors and activators
No full textSirtuins (SirT1-7) are the human homologues of the NAD+-dependent histone deacetylase Sir2 from Saccharomyces cerevisiae (ySir2). Since the overexpression of Sir2 in yeast increases lifespan, the study of mammalian sirtuins has gained widespread interest. Each sirtuin is characterized by a conserved 275 amino-acid catalytic core domain as well as by unique additional N-terminal and/or C-terminal sequences of variable length. Sirtuins hold promise as potential drug targets for the treatment of a variety of conditions, including cancer, metabolic diseases, diabetes and aging. Although, a number of sirtuin inhibitors as well as activators are known, the inhibitory mechanism of sirtuins is still unknown. In this study, we sought to identify novel inhibitors of SirT1, and we assessed their in vivo potential as chemotherapeutic agents. For this purpose, we established a fluorescence-based deacetylation assay using methyl-aminocoumarin-acetyllysine (MAL) as a substrate that is suitable for high-throughput screening. Two compound libraries (500 and 18.000 compounds, respectively) were screened for SirT1-modulating activities, and we identified 14 potential inhibitors and 12 potential activators of SirT1. Of the inhibitors, 9 showed inhibition of SirT1-dependent deacetylation of an acetylated p53 peptide. Interestingly, two of them also inhibited SirT2. Both SirT2 inhibitors were also able to inhibit the p53 deacetylation with IC50 values comparable to those determined in the MAL deacetylation assay. Moreover, we observed that the first 220 amino acids of the N-terminal region of SirT1 had an influence on the inhibitory effect of one inhibitor identified here. The potential activators failed to enhance the activity of SirT1 to deacetylate the p53 peptide. Surprisingly, one of them showed strong inhibition of SirT1 in this assay (Hill 2012) as well as inhibition of MAL deacetylation by ySir2 and SirT2. Subsequently, we determined the anticancer potential of the inhibitors identified in this study by different in vivo experiments with the lung cancer cell lines A549 and H1299. Three compounds that inhibited cell viability and proliferation of these cancer cells in a dose-dependent manner were pursued in more detail. These three inhibitors induced an additional increase of apoptosis after combined treatment with the chemotherapeutic agent etoposide. We observed that the additional increase of apoptosis mediated by one of theses inhibitors was p53-dependent. In summary, this study has led us to identify one SirT1 inhibitor as well as two SirT2 inhibitors that showed antiproliferation potential and can be developed further for cancer therapy.Sirtuine (SirT1-SirT7) sind die human Homologe der NAD+-abhängigen Histondeacetylase Sir2 aus der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Seit der Beobachtung, dass die Überexprimierung von Sir2 in Hefen einen lebensverlängernden Einfluss hat, ist das Interesse an der Erforschung der Sirtuine enorm gewachsen. Jedes Sirtuin besitzt eine konservierte katalytische Domäne von etwa 275 Aminosäuren, sowie N-terminale und/oder C-terminale Sequenzen, die sich in ihrer Länge unterscheiden. Sirtuine sind vielversprechende Ansatzpunkte für die Behandlung zahlreicher Krankheiten, wie zum Beispiel Krebs, Stoffwechselkrankheiten, Diabetes und Alterung. Obwohl bereits einige Sirtuin-Inhibitoren und -Aktivatoren bekannt sind, ist der Mechanismus der Inhibition ungeklärt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Sirtuin-Inhibitoren zu identifizieren und deren in vivo Potential als Chemotherapeutika zu untersuchen. Dazu wurde ein fluoreszenz-basierter Assay etabliert, bei dem ein Methyl-Aminocoumarin-Acetyllysine (MAL) als Substrat verwendet wurde, der für High-throughput Screening geeignet ist. Für die Identifizierung von SirT1-Modulatoren wurden zwei Bibliotheken (500 und 18.000 Substanzen) gescreent, wobei 14 potentielle Inhibitoren, sowie 12 potentielle Aktivatoren identifiziert wurden. Von diesen Inhibitoren zeigten 9 auch Inhibition von SirT1-abhängiger Deacetylierung eines acetylierten p53-Peptids. Des weiteren konnten zwei dieser Substanzen auch SirT2 inhibieren. Beide SirT2 Inhibitoren waren auch in der Lage, die p53 Deacetylierung zu inhibieren. Weiterhin haben wir beobachtet, dass die ersten 220 Aminosäuren der N-terminalen Region von SirT1 einen Einfluss auf die Wirkung eines Inhibitors, der in dieser Arbeit identifiziert wurde, haben. Die potentiellen Aktivatoren zeigten keine Steigerung der SirT1 Aktivität bei der Deacetylierung des p53-Peptids. Erstaunlicherweise zeigte einer von ihnen starke Inhibition von SirT1 im p53 Deacetylierungs Assay (Hill 2012), sowie des ySir2 aus S. cerevisiae und von SirT2 mit MAL als Substrat. Im weiteren wurde das Potential der identifizierten Inhibitoren als Zytostatika mit unterschiedlichen in vivo Experimenten unter Verwendung der Lungenkrebszelllinien A549 und H1299 untersucht. Drei von ihnen, die der Lage waren, die Zellvitalität sowie die Zellteilung dosisabhängigen zu inhibieren wurden weiter untersucht. Interessanterweise verursachten sie einen zusätzlichen Anstieg der Apoptose nach kombinierter Behandlung mit dem Chemotherapeutikum Etoposide. Wir konnten zeigen, dass dieser Inhibitor-induzierte zusätzliche Anstieg der Apoptose zum Teil p53 abhängig war. Somit haben wir insgesamt einen SirT1-Inhibitor und zwei SirT2-Inhibitoren identifiziert, die ein Antiproliferationspotential aufweisen und für Krebstherapien weiterentwickelt werden können
Regulation of the effective anti-tumor CD4+ T cell immunity by agonistic CD137 antibody
No full textJüngste Erfolge bei der immuntherapeutischen Behandlung von entarteten Krebszellen durch Stimulation bestimmter Immunzellen wecken die Hoffnung, das Tumorwachstums lebenslang kontrollieren zu können. Allerdings sind die immunologischen Mechanismen, die den immuntherapeutischen Strategien zugrundeliegen, bis heute nicht vollständig geklärt.
In dieser Arbeit wurde die Kontrolle des Tumorwachstums durch CD4+ T Zellen in Anwesenheit des CD137 (4-1BB)-Agonisten untersucht. Als Tumorzelllinie wurden die immunogenen, FV induzierten FBL-3 Zellen verwendet, die stets in Abwesenheit von CD8+ T-Zellen untersucht wurden. CD137 ist ein Mitglied der Tumornekrosisfaktor-Rezeptor (TNFR) Superfamilie, welches bei der T Zellaktivierung und T-Zellfunktion, wie z.B. Expansion, Überleben und Zytokinproduktion, mitwirkt. In dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass die Behandlung mit dem CD137-Agonisten in CD8+ T-Zell-depletierten Mäusen zu einem vollständigen Rückgang des FBL-3 Tumorwachstums führte. Dabei zeigte sich, dass CD137 die Produktion von proinflammatorischen Zytokinen, wie IFN-γ, TNF-α und IL 2, und des zytotoxischen Moleküls Granzym B in tumorspezifischen CD4+ T Zellen induziert. In den vergangenen Jahren rückten regulatorische T Zellen (Tregs), welche eine supprimierende Population innerhalb der CD4+ T Zellen darstellen, in den Fokus der Forschung, da diesen eine funktionelle Plastizität zugesprochen wird. Interessanterweise wird CD137 nicht nur auf aktivierten Effektor T-Zellen, sondern auch konstitutiv auf CD4+Foxp3+ Tregs exprimiert. Wir konnten zeigen, dass die Bindung von CD137 an Tregs zu einer Expansion dieser bestimmten Tregs führte, welche hauptsächlich dem Thymus entstammen und als natürliche Tregs bezeichnet werden. Nach in vivo anti-CD137 Therapie war zu erkennen, dass Tregs einen stark aktivierten und differenzierten Phänotyp aufwiesen und eine vermehrte Proliferation zeigten. Zusätzlich stellte sich heraus, dass eine Subpopulation der CD4+ Foxp3+ Tregs durch Applikation des CD137-Agonisten umprogrammiert werden konnte, sodass diese daraufhin virusinfizierte Tumorzellen eliminieren konnte. Diese umfunktionierten Tregs exprimierten den für T-Helferzellen charakteristischen Marker (CD154). Zusätzlich produzierten sie das Zytokin TNF-α und waren positiv für Eomesodermin (Eomes) und Granzym B. Interessanterweise führte die Umprogrammierung dieser Tregs nicht zum Verlust der Foxp3 Expression. Es zeigte sich in vivo, dass die doppelt positiven Foxp3+Eomes+ CD4+ T-Zellen virusinduzierte Tumorzellen töten konnten.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine bestimmte Population der Foxp3+ CD4+ T Zellen über den CD137-Signalweg zu Anti-Tumor-Effektorzellen umgewandelt werden konnte. Daher könnte diese Manipulation von Tregs und CD4+ T-Zellen in vivo zur Entwicklung von neuen Medikamenten beitragen, welche dann zur immuntherapeutischen Bekämpfung von onkoviralen Krankheiten verwendet werden können.Recent successes in immune therapeutic strategies aimed to improve control over tumor growth have sparked the hope that long-lived control of cancer through stimulation of the immune system can be possible. However, the underlying immunological mechanisms that are induced by immunotherapeutic strategies are not well understood. Here, we used the highly immunogenic FV-induced FBL-3 tumor as a model to study the mechanisms of immunological tumor control by CD4+ T cells in the course of CD137 (4-1BB) agonist immunotherapy and in the absence of a visible CD8 T cell response. CD137 is a member of the Tumor Necrosis Factor Receptor (TNFR) superfamily, which is involved in T cell activation and function, including expansion, survival, and cytokine production of effector T cells. We demonstrate that treatment with a CD137 agonist resulted in complete FBL-3 tumor regression in CD8+ T cell deficient mice. CD137 signaling enhanced the production of pro-inflammatory cytokines, such as IFN-γ, TNF-α, and IL-2, and cytotoxic molecule granzyme B in tumor-specific CD4+ T cells. Over the last years the idea that Tregs, a suppressive subset of CD4+ T cells, can undergo functional plasticity has received growing attention. Interestingly, in addition to being expressed on activating effector T cells the CD137 molecule is constitutively expressed on CD4+Foxp3+ Tregs. In the current study, we showed that the engagement of CD137 on Tregs resulted in expansion of their numbers and that they were mostly thymic-derived nTregs. Additionally, the Tregs found following αCD137 therapy in vivo were highly activated, differentiated, and had high proliferation capacity. Moreover, a subset of CD4+Foxp3+ Treg cells was reprogrammed to eliminate virus-induced tumor cells in response to CD137 agonist treatment. These converted Tregs expressed a marker characteristic for T helper cells (CD154) and produced the cytokine TNF-α or the cytotoxic transcriptional factor Eomesodermin (Eomes) and granzyme B without loss of Foxp3 expression. Foxp3 Eomes double-positive CD4+ cells were capable of eliminating virus-induced tumor cells in vivo.
Our results reveal a unique population of Foxp3+ CD4+ T cells adopting the anti-tumor effector functions of conventional CD4+ T cells upon CD137 signaling. Therefore, this study might contribute to the development of new reagents to manipulate Tregs and CD4+ T cells in vivo that can be used for immunotherapy of malignancies caused by oncoviruses
Laserbasierte Synthese und Funktionalisierung von graphitischen Grenzflächen
No full textDer Fokus dieser Arbeit liegt auf laserbasierten Verfahren die die Synthese und Modifikation von graphitischen Materialien erlauben. Graphitische Materialien befinden sich im Fokus der aktuellen wissenschaftlichen Forschung und gewinnen zunehmend an Bedeutung in zahlreichen vielversprechenden Anwendungen. Neben mikro- und nanoelektrische Anwendungen sind graphitische Materialien z.B. vielversprechende Füllstoffe in Polymer-Kompositmaterialien. Ziel dieser Arbeit ist es zu demonstrieren das laserbasierte Verfahren für die die Synthese und die gezielte Oberflächenmodifikation von graphitischen Grenzflächen eingesetzt werden können. Aufgrund der geringen experimentellen Aufwand sowie die hohe Flexibilität von laserbasierten Verfahren können sich so neue Wege zur Herstellung, Modifizierung und Funktionalisierung graphitischer Grenzflächen für Anwendungen in der Energietechnik und Elektronik eröffnen. Konkret wird in dieser Arbeit die Synthese von graphitischen Grenzflächen auf SiC durch einen ultravioletten Dauerstrich-Laser vorgestellt. Durch das lokale Bearbeiten mit dem Laser könnten so lokale graphitische Strukturen aufgebaut werden, was insbesondere im Hinblick auf elektronische Schaltungen von Interesse sein kann. Weiterhin wird demonstriert, dass sich mithilfe von funktionellen, organischen Schichten in Kombination mit einem Laserverfahren die Oberflächeneigenschaften von graphitischen Materialien gezielt modifizieren lassen. Der letzte Teil der Arbeit zeigt die große Flexibilität sowie die Möglichkeit des einfachen Upscaling von laserbasierten Verfahren. Hier wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem es möglich ist, das Benetzungsverhalten von Graphit/Polymer-Kompositmaterialien anzupassen. Ziel war die Anpassung war die Verbesserung des Wassermanagment in einer PEM-Brennstoffzelle die aus diesem Material bestehen.The topic of this thesis is the laser-based synthesis and modification of graphitic materials. Graphitic materials are in the focus of the current scientific research and becoming increasingly important in many promising applications. Besides micro- and nanoelectronic applications graphitic materials are promising fillers in polymer composites. The aim of this thesis is to demonstrate that laser-based methods can be beneficial for the synthesis and selective surface modification of graphitic interfaces. Because of the small experimental effort and the high flexibility of laser-based methods, new ways of production, modification and functionalization of graphitic interfaces for applications in e. g. electronics are feasible. Specifically, the synthesis of graphitic interfaces on SiC single crystal by an ultraviolet continuous-wave laser (λ = 355 nm) is presented in this thesis. By laser processing local graphitic structures can be built up. These graphitic structures are characterized and the underlying mechanism is discussed. Furthermore, it is demonstrated that the surface properties of graphitic materials can be engineered via functional organic layers in combination with a laser induced process. First graphitic substrates (highly oriented pyrolytic graphite, HOPG) are coated with a self assembled monolayer (SAM). Subsequently through local induced bromination with an argon ion laser beam (λ = 514 nm) bromine groups are introduced into the SAMs. This can be the starting point for further chemical modifications. The last part of the thesis shows the great flexibility and the possibility of simple upscaling of laser-based methods. Here a method is presented, with which it is possible to adjust the wetting behaviour of graphite/polymer composites. The aim was to improve the water management in a PEM fuel cells which are produced out of this graphite/polymer compound. For this purpose, a combination of a coating routine and laser processing with a pulsed nanosecond laser (λ = 514 nm) is used
Computational modeling of protein ligand systems
No full textBiomoleküle können auf Basis ihrer Struktur, ihrer Dynamik oder der von
ihnen eingegangenen Wechselwirkungen bzw. Funktion betrachtet
werden. Die drei klassischen Verfahren der biomolekularen Modellierung,
die für solche Untersuchungen verwendet werden sind die Homologie
Modellierung, das Docking unddie Molekulardynamiksimulation (MD). In
dieser Promotionsarbeit sollen diese drei Verfahren etabliert, angewendet und mit anderen Verfahren, wie elektrostatischen Modellen,
Signifikanzanalysen, Clusteranalysen und Varianten der Molecular
Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area (MMPBSA) Methode,
weiterentwickelt werden, um die nachfolgenden Fragestellungen in drei
biomolekularen Systemen zu untersuchen. Im ersten Fall werden
verschiedene Glucose Dehydrogenase Isoenzyme des hyperthermophilen Archaeon Sulfolobus solfataricus untersucht und ihre Substratspezifität wird miteinander verglichen. Das Basisverfahren ist hier die Homologie Modellierung. Sie wird durch ein elektrostatisches Modell und ein Docking erweitert, um ein tieferes Verständnis ihrer Wechselwirkungen mit den Substraten zu erhalten. Im zweiten Fall wird die Chitinase B des Enterobakteriums Serratia marcescens mit bekannten Inhibitoren untersucht. Hier bildet das Docking die Grundlage und wird unter anderem mit dem MMPBSA Methode erweitert. Im letzten Fall werden verschiedene SH3 Domänen mit ihren Peptidliganden mittels MD
untersucht. Die Simulationen werden dabei mit Signifikanzanalysen
statistisch verglichen und geclustert. Daraus ergeben sich
Strukturmodelle, die mit höherer Wahrscheinlichkeit zutreffen als Modelle, die mit gängigen Verfahren erzeugt werden.Biomolecules can be analyzed with regard to their structure, dynamics,
interactions, and function. Three standard methods for the analysis of
these molecules are homology modeling, docking, and molecular
dynamics (MD) simulation. In this dissertation, these three methods are
established, tested and combined with additional techniques, such as
electrostatic models, significance analysis, cluster analysis, and variants of
the Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area (MMPBSA)
method. I examine with these computational modeling methods
three biomolecular systems: First, various glucose dehydrogenase
isoenzymes of the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus are studied and their respective substrate specificity are compared. Here, the main method is homology modeling. It is enhanced by electrostatic models and docking in order to obtain a deeper understanding of the interactions between enzymes and ligands. Second, chitinase B of the
enterobacterium Serratia marcescens is investigated, including
its interactions with known inhibitors. The results from an initial docking
simulations are refined by subsequent calculations with the MMPBSA
method. Third, different SH3 domains are examined in complex with their
peptide ligands by MD simulations. The simulations are compared
statistically with a significance analysis method and clustering. The
outcome of these analyses promise to be more realistic models than
models developed by conventional methods
Investigation of growth patterns for long-term forecasting of automobile markets in early development stages - the role of used car imports
No full textErfahrungswerte zeigen, dass das Bedürfnis nach individueller Mobilität mit voranschreitender wirtschaftlicher Entwicklung zunehmend gestillt wird. So ist mit wachsendem Bruttoinlandsprodukt auch eine Zunahme des Pkw-Bestands zu beobachten. Gegenstand der Forschung ist die Untersuchung, in welcher Weise das Bruttoinlandsprodukt und gegebenenfalls weitere Größen die Pkw-Dichte determinieren, um hieraus ein Wachstumsmuster abzuleiten. Ein solches Wachstumsmuster zeigt in der Regel einen S-förmig verlaufenden Zusammenhang und dient der Prognose einer zukünftigen Marktentwicklung. Es kann sich auf die bereits vollzogene Entwicklung eines einzelnen Landes stützen oder aber auch die in mehreren Ländern beobachteten Erfahrungswerte aggregieren und aus ihnen eine Art ‚Durchschnittsverlauf‘ ermitteln. In letzterem Fall wird zwar ein hoher Erklärungsgrad bzw. ein hohes Bestimmtheitsmaß erreicht, aber es repräsentiert nicht alle Staaten, vielmehr existieren auch deutliche Ausreißer abseits der Kurve.
Im Rahmen der Schätzung eines solchen Durchschnittswachstumsmusters werden in dieser Arbeit osteuropäische Staaten als sehr häufige starke Abweichler mit Lage oberhalb der Kurve identifiziert, während asiatische Staaten hier unterhalb der Kurve liegen. Gemäß Modellzusammenhang ist die Lage der Osteuropäer dahingehend zu interpretieren, dass dort gegenüber einem Durchschnittsland weniger finanzielle Mittel zum Erreichen einer gleich hohen Pkw-Dichte benötigt werden. Diese Beobachtung führt zunächst zur Hypothese, dass die privilegierte geographische Lage Osteuropas in direkter Nachbarschaft zu den volumenstarken reifen westeuropäischen Pkw-Märkten einen kostengünstigen Bezug von Gebrauchtwagenimporten ermöglicht, während im asiatischen Raum kein solches Angebot vorhanden ist und entsprechend höhere Motorisierungs-Einstandspreise anfallen. Eine detaillierte Falluntersuchung Polens, das zu den stärksten Abweichlern gehört, zeigt, dass etwa zehn Jahre lang zwei- bis dreimal so viele Pkw importiert wurden wie es Neuzulassungen gab. Diese Importe waren zu 90 Prozent älter als fünf Jahre, zu großen Teilen sogar älter als zehn, wodurch von sehr niedrigen Anschaffungspreisen auszugehen ist.
Zur Abklärung, für welche Entwicklungsmärkte ein ähnliches zukünftiges Entwicklungsmuster infrage kommt, werden die kaum oder noch wenig entwickelten Weltmärkte dahingehend untersucht, inwiefern sie durch Einfuhrrestriktionen ein solches Wachstumsmuster unterbinden oder begünstigen.
Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die Rolle von Gebrauchtwagenimporten für das Bestandswachstum keinesfalls als vernachlässigbar angesehen werden darf. Andererseits sind die Entwicklungsmärkte der Welt größtenteils bezüglich eines Höchstalters für Gebrauchtwagenimporte beschränkt. Als eine Ausnahme wird Mexiko identifiziert, welches das Wachstumsmuster Polens nachahmen könnte. Dasselbe gilt für aktuelle und zukünftige osteuropäische EU-Mitgliedsstaaten. In beiden Fällen unterbinden die Konventionen bestehender Freihandelszonen die Ausgestaltung entsprechender protektionistischer Maßnahmen und begünstigen somit ein Wachstums-muster nach polnischem Vorbild.Experience shows the increasing necessity of individual mobility being satisfied successively with growing economies. Thus, with growing gross domestic product, an increasing vehicle stock is observable. Research concentrates on how the gross domestic product and eventually additional factors determine the car density to deduce a growth pattern. Such a growth pattern usually shows a sigmoid shape and is an aid to forecast the future development of car markets. Either it’s based on historical data of one single market, or it rests on aggregated data that covers the experience from se¬veral countries to derive some kind of average curve from it. The conducted curve from the latter case fits quite well for many countries, but it is not universally applicable, as there are also noticeable dissenters beside the curve.
The estimation of such an average growth pattern leads to the insight, that there are deviations from the average pattern in different directions. While several countries of Eastern Europe lie above, the considered states from Asia are situated below the ave¬rage curve. The interpretation for a location above the curve is that less financial resources are needed to achieve the same car density level as in an average country. This observation suggests the hypothesis that the reason for this fact could be the privileged geographical location of Eastern European countries in the neighbourhood of mature Western European car markets with high stocks. Thus, there is the opportunity to source old used vehicles for comparably low prices, while developing countries in Asia are forced to buy new cars in the absence of an adequate supply of used cars. A detailed investigation of Poland – as one of the major dissenters from the average curve – shows that over the last decade the number of used car imports has been between two and three times higher than the registration of new cars. Moreover, 90 percent of the imported used cars were older than five years, many of them even older than ten years. Thus, those cars will have been available for low used car prices. To examine whether further emerging markets could grow with an equal unconventional pattern, this research investigates the used car import regulations of a wide range of developing countries to find out whether available conditions encourage or prevent to grow by a similar pattern following the example set by Poland.
One major result of this research is that on the one hand, the role of used car imports must not be neglected. On the other hand, developing markets predominantly restrict the market access by a maximum age for used car imports. Furthermore, Mexico is identified as one exception and could copy the Polish growth pattern as well as some actual or future member states of the European Union located in Eastern Europe. In both cases, current agreements referring to free trade contracts prevent protective measures and encourage by this to use the opportunity of growing by sourcing comparably cheap old used cars as Poland did
Psychologische und genetische Prädiktorvariablen der Noceboantwort nach der Einnahme von Ciclosporin A und Placebos
No full textNocebo-induced side effects play a significant role in drug discontinuation in clinical practice, thereby negatively affecting treatment efficacy as well as patient adherence and compliance. Due to the large interindividual variability in nocebo responses, the goal of this thesis was to identify nocebo predictors in order to minimize nocebo effects and increase medical treatment benefits for patients. Psychological predictors, such as beliefs about medicines and somatosensory amplifica- tion have previously been linked to nocebo responses; however, to this date there are no known biological predictors. Recently, genetic polymorphisms in the catechol-O-methyltransferase gene (COMT) Val158Met have been identified as potential biomarkers of placebo responses.
Utilizing the unique model of behaviorally conditioned immunosuppressive effects, intra-individual nocebo responses of 62 healthy male subjects were analyzed after the intake of an immunosuppressive medication (CsA) and “Placebos”. Psychological, immunological and neuroendocrine parameters were analyzed and CsA- specific and general side effects were assessed before and after medication or “Placebo” intake. The three COMT genotypes were analyzed with respect to their experienced side effects. Significantly more CsA-specific as well as general side effects were reported from Val/Val carriers during medication and “Placebo” treatment compared to the other genotype groups; and they had significantly higher scores in the somatosensory amplification scale (SSAS) and the BMQ (beliefs about medicine questionnaire).
Together these data demonstrate potential psychological and genetic nocebo predictor variables. They may be utilized in decreasing adverse nocebo effects within medical contexts by implementing personal treatment regimens for individuals with a heightened risk of developing nocebo responses.Durch den Noceboeffekt ausgelöste Nebenwirkungen spielen eine signifikante Rolle bei dem Unterbrechen der Einnahme von Medikamenten im klinischen Alltag. Dadurch kann die Behandlungseffizienz, sowie die Befolgung und Einhaltung einer klinischen Behandlung negativ beeinflusst werden. Aufgrund der großen interindividuellen Variabilität der Noceboantwort, war das Ziel dieser Dissertation, Noceboprädiktoren zu identifizieren, um Noceboeffekte zu vermindern und den medizinischen Nutzen der Behandlung für Patienten zu erhöhen. Psychologische Prädiktoren, wie Einstellungen gegenüber Medikamenten und die somatosensorische Amplifizierung wurden zuvor mit Noceboeffekten in Verbindung gebracht. Bisher gibt es jedoch keine biologischen Prädiktoren. Kürzlich wurden genetische Polymorphismen im Catechol-O-methyltransferase Gen (COMT) Val158Met als potentielle Biomarker der Placeboantwort identifiziert.
Das Studienmodel, welches behaviorale konditionierte immunsuppressive Effekte misst, wurde genutzt, um intraindividuelle Noceboantworten von 62 gesunden, männlichen Studienteilnehmern nach der Einnahme eines Immunsuppressivums (CsA) und „Placebos“ zu analysieren. Psychologische, immunologische und neuroendokrine Parameter wurden analysiert und CsA-spezifische und allgemeine Nebenwirkungen wurden vor und nach der Medikamenten- und Placeboeinnahme erhoben. Die drei COMT Genotypen wurden anhand ihrer berichteten Nebenwirkungen analysiert. Individuen mit der Val/Val Form berichteten signifikant mehr allgemeine, als auch CsA-spezifische Nebenwirkungen, sowohl nach der CsA- als auch nach der Placeboeinnahme. Bemerkenswerterweise waren die CsA-spezifischen Nebenwirkungen doppelt so hoch nach der Einnahme von Placebos. Zusätzlich hatten sie die höchsten Werte bezüglich der somatosensorischen Amplifizierung (SSAS), sowie die negativste Krankheitsgeschichte (BMQ; beliefs about medicine questionnaire).
Mit dieser Arbeit konnten nicht nur psychologische Prädiktorvariablen für den Noceboeffekt identifiziert, sondern auch zum ersten Mal gezeigt werden, dass Genpolymorphismen einen Einfluss auf die Noceboantwort haben können. Durch diese Prädiktoren identifizierte Individuen könnten eine personalisierte Behandlung erhalten, um die Effizienz von Medikamenten und das Wohlbefinden von Patienten zu verbessern