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Comparison between Roux-en-Y gastric bypass and the pharmacological intervention consisting of GLP-1 receptor agonist liraglutide and peptide YY on weight loss, food intake and food preference, as well as fat and liver metabolism
No full textNach aktuellem Wissensstand ist der RYGB eines der am besten klinisch evaluierten Verfahren, welches zu einem langfristigen Gewichtsverlust, Verbesserung der Adipositas-assoziierten Morbidität, Lebensqualität und Langzeitüberleben führt. Durch die anatomische Umstellung werden eine Vielzahl von metabolomischen, neuroendokrinen, sowie histologischen und funktionellen Veränderungen von Fett- und Lebergewebe induziert. Es wurde postuliert, dass der Wirkungsgrad dieses Verfahrens wesentlich durch postoperativ erhöhte, anorektisch wirksame Enteropeptide wie das GLP-1 und PYY vermittelt wird. Dies hat dazu geführt, dass verschiedene Enteropeptid-basierte Mono- und Kombinationstherapien mehr und mehr präklinisch getestet werden und nunmehr auch als Therapeutika zugelassen sind. In dieser tierexperimentellen Studie wurde erstmalig der RYGB direkt mit einer pharmakologischen Interventionsgruppe bestehend aus einer Kombinationstherapie mit GLP-1 und PYY-Agonisten verglichen. Diese Arbeit zeigt, dass sowohl der RYGB als auch die die pharmakologische Kombination aus Liraglutid und PYY die Nahrungsaufnahme verringern und so zu einem relevanten Verlust an Körpergewicht führen. Auch die bereits beschriebene Änderung der Nahrungspräferenz hin zu niedrigkalorischer Nahrung nach RYGB kann unter pharmakologischer Intervention mit der Kombinationstherapie gezeigt werden. Für all diese Parameter zeigt sich die RYGB-Gruppe jedoch im Wirkungsgrad effektiver als die pharmakologische Kombinationsgruppe. Der postprandial erhöhte Spiegel von GLP-1 und PYY stellt hierbei nur einer von vielen möglichen Wirkungsweisen der Operation (z.B. Gallensäuren, Mikrobiom, weitere anorektisch wirksame Peptidhormone, etc.) dar. Interessanterweise zeigten die erhöhten Sekretin Spiegel die stärkste Korrelation zum erreichten Gewichtsverlust. Sekretin ist im Kontext der bariatrischen Chirurgie bisher wenig untersucht, aber ein möglicher Treiber der Diät-induzierten Thermogenese und einer einhergehenden möglichen Umwandlung von weißem Fettgewebe in aktives braunes Fettgewebe (sogenanntes „browning“). Veränderungen im histomorphologischen Erscheinungsbild von Leber – und Fettgewebe können ebenfalls in beiden Gruppen gezeigt werden. Ein Rückgang der Zellgröße und die Veränderung der Form können als morphologisches Korrelat einer rückläufigen Entzündungsreaktion gewertet werden. Ebenso zeigt sich histologisch ein Rückgang der Lipidbelastung der Hepatozyten. Auch bei diesem Vergleichsparameter zeigt sich der RYGB der Kombinationsgruppe in der Wirkung überlegen. Dies legt nahe, dass der komplexe Wirkmechanismus des RYGB weiterhin nicht vollständig erfasst und pharmakologisch imitiert werden kann. Die Notwendigkeit für eine einfach zugängliche, effektive, kostengünstige und vor allem nachhaltig wirksame Alternative ergibt sich allein durch die abzuarbeitende Prävalenzreserve, die bei der aktuellen Prävalenzlage und 643,897 bariatrischen Eingriffen/Jahr weltweit eine Zeitspanne von 43 Jahren in Anspruch nehmen würde. Der Versuch den RYGB medikamentös zu imitieren, liegt hier nicht fern. Jedoch muss der Effekt der medikamentösen Therapie über den reinen Gewichtsverlust hinausgehen und ebenso die RYGB induzierten metabolomischen, neuroendokrinen sowie histologischen und funktionellen Veränderungen am Fett- und Lebergewebe imitieren können. So bleibt Sekretin und die dadurch vermittelten Effekte im Kontext des RYGB ein interessanter Ansatzpunkt, der weitere wissenschaftlich verfolgt werden sollte. Ebenso erscheinen die weitreichenden metabolischen Veränderungen nach operativer und pharmakologischer Intervention wie Veränderungen der Gallensäuren oder Veränderungen des Metaboloms interessante und zukunftsträchtige Ansätze. Die aktuelle Möglichkeit den Gewichtsverlust nachhaltig pharmakologisch zu imitieren,stellt jedoch einen wichtigen Schritt in Richtung eines medikamentösen Bypasses dar.According to current data, the Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) is one of the most thoroughly clinically evaluated and effective procedures, leading to long-term weight loss, improvements in obesity-associated morbidity, quality of life, and long-term survival.
Due to the anatomical alteration, a variety of metabolomic, neuroendocrine, histological, and functional changes in adipose and liver tissue are induced. It has been postulated that the efficacy of this procedure is largely mediated by postoperatively increased anorexigenic enteropeptides such as GLP-1 and PYY.
This has led to an increase in preclinical testing—and now therapeutic approval—of various mono- and combination therapies based on these enteropeptides. In this experimental study, for the first time, RYGB was compared directly to a pharmacological combination therapy.
The study demonstrates that both RYGB and the pharmacological combination of liraglutide and PYY reduce food intake and lead to a significant loss of body weight. The previously described shift in food preference toward low-calorie foods after RYGB can also be observed under pharmacological intervention with the combination therapy. However, for all these parameters, the RYGB group proves to be more effective than the pharmacological combination group.
The postprandial increase in GLP-1 and PYY represents only one of many potential mechanisms of the RYGB e.g., bile acids, microbiome, other anorexigenic peptide hormones, etc.). Interestingly, increased postprandial secretin levels showed the strongest correlation with achieved weight loss. Secretin has thus far been little studied in the context of bariatric surgery, but may be a potential driver of diet-induced thermogenesis and the associated conversion of white adipose tissue into metabolically active brown adipose tissue (so-called "browning").
Changes in the histomorphological appearance of liver and adipose tissue were also observed in both groups. A reduction in cell size and changes in cell shape may be considered morphological correlates of a regressing inflammatory response. Likewise, histological analysis showed a decrease in lipid accumulation in hepatocytes. Again, RYGB was superior to the combination group in terms of effect.
This suggests that the complex mechanisms underlying the RYGB are still not fully understood and cannot yet be pharmacologically replicated. The need for an accessible, effective, cost-efficient, and above all, sustainable alternative is evident from the treatment backlog alone—which, given current prevalence rates and 643,897 bariatric procedures per year globally, would take 43 years to address.
It is therefore unsurprising that efforts are being made to pharmacologically mimic the effects of RYGB. However, the effects of such drug-based therapies must extend beyond mere weight loss and must also replicate the metabolomic, neuroendocrine, histological, and functional changes in adipose and liver tissue induced by RYGB.
In this context, secretin and its associated effects represent an interesting avenue for further scientific investigation. Additionally, the broad metabolic changes observed following surgical and pharmacological intervention—such as alterations in bile acid profiles or the metabolome—appear to be promising future approaches.
However, the current ability to- at least partially - mimic weight loss pharmacologically marks an important step toward a pharmacological bypass
Tracht- und Schmuckbestandteile aus Knochen aus dem glockenbecherzeitlichen Bestattungsplatz Buchhofen-Westag-Siedlung, Lkr. Deggendorf (Niederbayern)
No full textIm Rahmen von bauvorgreifenden Untersuchungen, durchgeführt von der Firma ArcTron, Altenthann unter Beauflagung der Kreisarchäologie Deggendorf, konnten in den Jahren 2021 und 2022 im nordöstlichen
Bereich des Neubaugebietes „Westag-Siedlung“ in der Ortschaft Buchhofen, Lkr. Deggendorf, glockenbecherzeitliche Gräber aufgedeckt werden, die hier hinsichtlich ihrer Grabbeigaben aus Knochen
ausführlich besprochen werden. Bei den Grabbeigaben handelt es sich um bogenförmige Anhänger, einen v-förmig durchbohrten Knopf, einen dreieckigen Knochenanhänger sowie zwei durchbohrte Carnivoren-Eckzähne, die als Schmuck und Trachtbestandteile den Toten mit ins Grab gegeben wurden. Die Gräber datieren in die Phasen B1 und B2 und stammen somit aus der späten bis jüngsten Phase der
Glockenbecherkultur.In the course of preventive investigations carried out by the company ArcTron, Altenthann, on behalf of the Deggendorf District Archaeological Department, graves from the Bell Beaker period were uncovered in 2021 and 2022 in the north-eastern part of the development area ‘Westag-Siedlung’ in the village of Buchhofen, district of Deggendorf. The graves will be discussed in detail here with special regard to the grave goods made of bone. The grave goods include decorated bow-shaped pendants, a v-perforated button, a triangular bone pendant and two perforated carnivore canines, which were given to the dead as ornaments and costume components. The graves date to phases B1 and B2 and thus belong to the late to latest phase of the Bell Beaker Culture
Low tumour burden is associated with observation after surgery in patients with grade 2 astrocytoma and oligodendroglioma: results from the prospective multicentre LoG-Glio registry
No full textPurpose
Recent evidence-based guidelines recommend adjuvant therapy following surgery for most patients with WHO grade 2 and 3 gliomas. However, deviations from these recommendations are frequently observed in clinical practice. This study aimed to evaluate patterns of postoperative management across Germany, using multicentre registry data from certified neuro-oncology centres.
Methods
We analysed data from the ongoing multicentre registry study, which prospectively collects adult patients with IDH-mutant WHO grade 2 and 3 diffuse gliomas. Patients treated at 14 certified neuro-oncology centres were included. Multivariate logistic regression was used to identify factors associated with observation, chemotherapy, or radiotherapy. We assessed concordance between guideline recommendations and actual treatment during the first year after surgery.
Results
A total of 217 patients with astrocytoma or oligodendroglioma were included, of whom 169 (78%) had WHO grade 2 tumours. Observation alone was selected in 90 (53%) patients with grade 2 tumours. Gross total resection was independently associated with observation (OR 0.10; 95% CI, 0.04–0.22; p < 0.001). In patients aged ≥ 40 years, adjuvant treatment decisions deviated from current guidelines (OR 3.15; 95% CI, 1.70–5.95; p = 0.001), although age itself was not an independent predictor of treatment choice in multivariate models.
Conclusion
The presence of residual tumour after surgery was the principal determinant of postoperative management in patients with WHO grade 2 gliomas. Age ≥ 40 years did not independently influence clinical decision-making. These findings highlight a gap between guidelines and real-world practice and underscore the need for more flexible, individualised treatment frameworks
Knochenprellungen – ein selten beobachtetes Phänomen bei Autopsien
No full textBone bruises or occult bone lesions, are well-documented in sports medicine and trauma surgery but were so far not in the focus of forensic diagnostic methods and received only marginal attention in forensic practise. This is surprising as these microtrabecular fractures caused by compressive forces, can provide crucial forensic evidence, particularly in cases where external injuries are minimal or absent. Despite their potential significance in trauma reconstruction, forensic reports of bone bruises remain limited. We investigated five cases with evidence of bone contusions under different circumstances. An unidentified mummified and putrefied male found in an abandoned area (case 1); a young male homicide victim with fatal craniocerebral trauma (case 2); a young male who sustained a fatal head injury in a head-on motorcycle collision with a highway pole (case 3); a male railway accident victim with multiple injuries (case 4) and a young male, side passenger in a hatchback, involved in a fatal head-on collision with a loaded truck on a busy highway (case 5). While bone bruises were identified on the skull in cases 1, 2 and 3, well-marked femoral bruises were detected in cases 4 and 5. The bruises showed dark focal discolorations of the bone surface with associated linear fissures or fractures at autopsy. This case series demonstrates the forensic utility of bone bruises and their great potential in reconstruction of trauma events and direction of impact sites with greater accuracy. Further studies using standardized protocols and including additional techniques such as diaphanoscopy, micro-CT or histopathology are needed to better understand the reconstructive significance of bone bruising in the forensic investigation of trauma.Knochenkontusionen oder okkulte Knochenläsionen sind in der Sportmedizin und Unfallchirurgie gut dokumentiert, standen aber bisher nicht im Zentrum der forensischen Diagnostik und fanden in der forensischen Praxis nur wenig Beachtung. Dies überrascht umso mehr, da Mikrotrabekelfrakturen, die durch Druckkräfte verursacht werden, entscheidende forensische Beweise liefern können, insbesondere in Fällen, in denen äußere Verletzungen minimal oder nicht vorhanden sind. Trotz ihrer potenziellen Bedeutung für die Traumarekonstruktion gibt es nur wenige forensische Berichte über Knochenprellungen. Wir stellen fünf Fälle vor, bei denen unter verschiedenen Umständen Knochenkontusionen festgestellt wurden: Ein nicht identifizierter, mumifizierter Mann, der in einem verlassenen Gebiet gefunden wurde (Fall 1); ein junges männliches Mordopfer mit tödlichem Schädel-Hirn-Trauma (Fall 2); ein junger Mann, der bei einem Frontalzusammenstoß mit einem Autobahnmast tödliche Kopfverletzungen erlitt (Fall 3); ein männliches Opfer eines Eisenbahnunfalls mit multiplen Verletzungen (Fall 4); ein junger Mann, Beifahrer in einem Schräghecklimousine, der in einen tödlichen Frontalzusammenstoß mit einem beladenen Lastwagen auf einer stark befahrenen Autobahn verwickelt war (Fall 5). Während in den Fällen 1, 2 und 3 Knochenkontusionen am Schädel festgestellt wurden, wurden in den Fällen 4 und 5 jeweils gut sichtbare Kontusionen am Femur entdeckt. Die Prellungen wiesen bei der Autopsie dunkle fokale Verfärbungen der Oberfläche mit zugehörigen linearen Rissen oder Frakturen auf. Die vorliegende Fallserie zeigt den forensischen Nutzen von Knochenprellungen und ihr großes Potenzial bei der Rekonstruktion von Traumata und der Aufprallstellen. Weitere Studien mit standardisierten Protokollen und unter Einbeziehung zusätzlicher Verfahren wie Diaphanoskopie, Mikro-CT oder Histopathologie sind erforderlich, um die rekonstruktive Bedeutung von Knochenprellungen bei der forensischen Untersuchung von Traumata besser zu verstehen
Tinnitus Measured in Everyday Life: A Literature Review of Ecological Momentary Assessment Studies
No full textTinnitus, a common auditory phenomenon, often presents with considerable between-person heterogeneity and within-person fluctuations. To understand the pathophysiological mechanisms and advance patient-centred care, it is essential to recognise these variations. Ecological Momentary Assessment (EMA) is a (close-to) real-time data collection method that offers insights into short- and long-term fluctuations of subjective symptoms and their interaction with psychological, environmental, and physiological factors. EMA applied in tinnitus research has shown promise in capturing the nuances of tinnitus experience in naturalistic settings, minimizing recall bias inherent in traditional retrospective methods. This narrative literature review aims to provide a comprehensive up-to-date picture of EMA in tinnitus research by describing previous and current applications, summarising scientific findings, and identifying research gaps by drawing lessons from adjacent mental health fields. 28 publications were identified and assigned to six different topics based on thematic and methodological matters. We highlight contributions of EMA methodology for tinnitus research such as findings on momentary and longitudinal symptom interactions, circadian rhythms, individual differences in symptom patterns and its contributions to treatment evaluation. Emerging technologies, including machine learning, are opening new avenues for personalised tinnitus understanding and management. Despite promising advances, challenges such as data reliability, participant compliance, and integration with sensor-based passive data collection remain areas for further exploration. Drawing lessons from adjacent mental health fields, we propose future directions for EMA in tinnitus research, emphasizing the integration of multimodal data, advanced analytics, and ecological validity to enhance the understanding and management of chronic tinnitus
Status und Anerkennung: Der Globale Süden, Indien und der Widerstand gegen die exklusive Ordnung des UN-Sicherheitsrats
No full textWie kämpfen Staaten des Globalen Südens um Anerkennung in einer exklusiven, westlich geprägten Weltordnung? Ausgehend von der Kritischen Theorie der Anerkennung entwickelt Timo Lowinger ein neues Statusmodell globaler Anerkennung, das den Widerstand des Globalen Südens theoretisch wie empirisch fassbar macht. Dabei stellt er als Beispiel für den Ruf nach Gerechtigkeit und einer inklusiveren Weltpolitik Indiens Kampf um einen ständigen Sitz im UN-Sicherheitsrat ins Zentrum seiner Analyse, was besonders vor dem Hintergrund einer zunehmend hindunationalistisch geprägten Außenpolitik von besonderer Relevanz ist – eine kritische Perspektive für alle, die globale Machtstrukturen verstehen und kritisch hinterfragen wollen
Is the application of digital technologies the game changer for surgical training of the future? A Germany-wide analysis
No full textHintergrund
Der Einsatz digitaler Technologien gewinnt in der Medizin zunehmend an Bedeutung und beeinflusst maßgeblich die Entwicklungen in der Chirurgie. In der chirurgischen Aus- und Weiterbildung besteht jedoch ein großer Nachholbedarf, um junge Chirurg:innen adäquat auf die damit verbundenen Herausforderungen vorzubereiten.
Ziel der Arbeit
Ziel der vorliegenden Studie ist die Analyse von Bedeutung, Einsatz und Einfluss des Einsatzes digitaler Technologien auf die Attraktivität als Weiterbildungsstandort in der Chirurgie in Deutschland.
Material und Methoden
Von April bis September 2024 erfolgte die Durchführung einer Onlinebefragung mit insgesamt 12 offenen (n = 2) und standardisierten (n = 10) Fragen. Die geschlossenen Fragen konnten auf einer Likert-Skala von ein 1 (trifft vollkommen zu) bis 5 (trifft überhaupt nicht zu) beantwortet werden. Der Fragebogen wurde über den E‑Mail-Verteiler der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie (DGCH) und deren Social-Media-Kanäle versandt.
Ergebnisse
Insgesamt 97 Antwortdatensätze wurden analysiert. Die Mehrzahl der Teilnehmenden war zum Analysezeitpunkt in der Viszeralchirurgie tätig, (n = 54, 64 %) überwiegend an nichtuniversitären Kliniken (n = 49, 58 %). 19 % befanden sich in Weiterbildung. Bei der Wahl der aktuellen Tätigkeitsstätte legten 44 % viel Wert auf eine fortgeschrittene Digitalisierung. 61 % gaben an, generative KI noch gar nicht genutzt zu haben. Zugang zu einer kurrikulären Weiterbildung an OP-Robotern haben nur 9 % der Ärzt:innen in Weiterbildung (ÄiW). Ein Standortwechsel zu einem Standort mit mehr Medizintechnik kommt für 19 % in Betracht. Während 26 % der Studienteilnehmer:innen sich selbst von einem KI-basierten Roboter operieren lassen würden, können sich 46 % der Teilnehmenden vorstellen, diese Technik bei ihren Patient:innen zu nutzen.
Diskussion
Die vorliegende Analyse gibt einen Einblick über die Bedeutung und den Einsatz digitaler Technologien in der Chirurgie in Deutschland. Es zeigen sich insbesondere Defizite bei der Anwendung KI-basierter Methoden, einer flächendeckenden Versorgung mit digitalen Technologien sowie dem Zugang von ÄiW zu einer innovativen kurrikulären Weiterbildung. Die Ergebnisse bestätigen zudem die Notwendigkeit, das Bewusstsein für die Thematik weiter zu steigern und die Reichweite der DGCH über die sozialen Medien zu erhöhen.Background
The use of digital technologies is becoming increasingly important in medicine and is having a significant impact on developments in the surgical field. However, there is a great need to improve and implement those new techniques in surgical education and training in order to adequately prepare young surgeons for associated challenges.
Objectives
The aim of this study is to analyze the importance, use, and influence of digital technology on the success of future surgical training in Germany.
Materials and methods
An online survey was conducted from April–September 2024 with a total of 12 open (n = 2) and standardized (n = 10) questions. The closed questions could be answered on a Likert scale from 1 (strongly agree) to 5 (strongly disagree). The questionnaire was sent out via the email distribution list of the German Society of Surgery and its social media channels.
Results
A total of 97 response datasets were analyzed. At the time of analysis, the majority of participants were working in general surgery (n = 54, 64%) and at a nonuniversity clinic (n = 49, 58%). In all, 19% of the respondents were residents. When choosing their current workplace, 44% prioritized advanced digitalization, while 61% stated that they had not yet used generative AI at all. Only 9% of trainees had access to curricular training on robotic systems. A change to a location with more advanced medical technology was considered by 19%. While 26% of study participants would consider being operated on by an AI-assisted robotic system, 46% of the participants could imagine using this technology on their patients.
Conclusion
This analysis provides insight into the importance and use of digital technology in surgery in Germany. In particular, it reveals deficits in the use of AI-based methods, comprehensive provision of digital technologies, and the access of trainees to innovative training. The results also confirm the need to further raise awareness of the topic
Parathyroid glands and their anatomical positional variations
No full textDas Auffinden von Nebenschilddrüsen bei Halsoperationen kann aufgrund ihrer Lagevariabilität herausfordernd sein. Kenntnisse über embryonale Wanderung, typische Lokalisationen und Gefäßversorgung sind deshalb für die erfolgreiche Chirurgie der Nebenschilddrüsen entscheidend. In diesem narrativen Übersichtsartikel wird unter Einbezug einer systematischen Literaturrecherche auf diese Aspekte eingegangen. Die anatomische Orientierung am N. laryngeus recurrens und der A. thyreoidea inferior als Leitstrukturen gefolgt von der systematischen zervikalen Exploration hilft beim Auffinden von Nebenschilddrüsen. Die Lagevariabilität der unteren Nebenschilddrüsen ist insgesamt höher als die der oberen Nebenschilddrüsen. Beim primären Hyperparathyreoidismus ermöglicht eine präoperative Lokalisationsdiagnostik mittels hochauflösenden Ultraschalles und funktioneller Bildgebung (z. B. Cholin-PET/CT [Positronenemissionstomographie/Computertomographie]) fokussierte Parathyreoidektomien mit reduzierter Operationsdauer und Komplikationsrate.The identification of the parathyroid glands during neck surgery can be challenging due to their variable anatomical location. Knowledge of embryonic migration, typical positions and vascular supply is therefore essential for successful surgery of the parathyroid glands. This narrative review article, supported by a systematic literature search, addresses these aspects in detail. Anatomical orientation along the recurrent laryngeal nerve and the inferior thyroid artery as key landmarks, followed by systematic cervical exploration, improves intraoperative detection rates of parathyroid glands. The anatomical variability is higher for the inferior than for the superior parathyroid glands. In cases of primary hyperparathyroidism, preoperative localization using high-resolution ultrasound and functional imaging techniques (e.g., choline positron emission tomography/computed tomography, PET/CT) enables focused parathyroidectomy, leading to a significant reduction of operation times and complication rates
Strukturbestimmung des aus mehreren Domänen aufgebauten bakteriellen Virulenzfaktors Lymphostatin mittels Kryoelektronenmikroskopie
No full textPathogenic bacteria have developed sophisticated mechanisms to overcome defence responses deployed by host organisms. The ability of these bacteria to act on the vertebrate immune response is often conveyed through large toxins encompassing multiple functionalities. These factors can specifically target the cell-mediated immune response to ensure prolonged colonisation of the respective ecological niche within the host. The large toxin lymphostatin has been described as a multifunctional virulence factor inhibiting the activity and proliferation of T lymphocytes while also being involved in bacterial adhesion and the disruption of the epithelial barrier inside the small intestine of the mammalian host. Lymphostatin is a 366 kDa protein with an L-shaped appearance exhibiting two distinctive arms. Its toxic function on lymphocytes is based on a glycosyltransferase (GT) 44 domain as well as an C58_PaToxP-like protease domain; however, the role of the other domains, potential synergic interactions between them as well as the pathogenic mechanism of lymphostatin are still unclear. Concomitant structural data is limited to low resolution, and domains are assigned based on sequence comparisons hampering the development of a comprehensive model for the functionality of lymphostatin.
In the study at hand, structural investigations on full-length lymphostatin (LifA) from enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) were done by means of electron cryomicroscopy (cryo-EM). Based on the high-resolution structures obtained, six different domains could be determined within the two arms of lymphostatin, which were shown to be structurally distinctive. Adding to the known domains, a second GT domain, a vertex domain, a delivery domain, and an ADP-ribosyltransferase (ART) domain could be assigned. Moreover, two distinct co-existing conformations of LifA were discovered, that are achieved by a rearrangement of the C terminal arm. Both conformations could be observed under different pH values, suggesting functional divergence from other large toxins like the Large Clostridial Toxins (LCTs) that undergo structural changes based on changes in pH alone. Hence, functional similarities of LifA to the LCTs seem to be limited to the two GT44 domains found in the N-terminal arm of LifA. Furthermore, localisation experiments using fluorescent-labelled LifA on HEK-293T cells demonstrated the cluster-forming ability of LifA on membranes of living mammalian cells indicating functional significance of this observation in the context of real-life infection scenarios.
Furthermore, structural analyses of the N-terminal arm of LifA revealed inaccessible entry sites for both known functional domains – GT44 and C58 PaToxP-like protease – whose respective active sites are shielded from the surrounding solution by loops. For functional activity, structural rearrangements or other processing of LifA must be induced beforehand allowing for the entry of possible substrates. Adding to that, the binding spot of the sugar substrate inside the active site for the known GT44 domain is occupied by another loop. These observations suggest that full-length LifA is delivered in an inactive transport form with its catalytic activity temporarily silenced.
LifA is characterised by its exceptionally large size and the presence of six distinct structural domains, surpassing almost all other bacterial toxins in these regards. It shares significant conservation with other toxins in both the GT domains and the protease domain while also exhibiting largely unique parts. Thus, its multifunctionality was likely achieved by integrating parts of different toxins into one protein by means of horizontal gene transfer.Pathogene Bakterien haben komplexe Mechanismen entwickelt, um Abwehrreaktionen von Wirtorganismen zu überwinden. Große Toxine, die mehrere Funktionen erfüllen, sorgen für die Fähigkeit dieser Bakterien auf die Immunantwort von Wirbeltieren einzuwirken. Diese Faktoren beeinflussen gezielt die zelluläre Immunantwort, um eine dauerhafte Besiedlung der jeweiligen ökologischen Nische im Wirt zu gewährleisten. Das große Toxin Lymphostatin ist als multifunktioneller Virulenzfaktor bekannt, der die Aktivität und Proliferation von T-Lymphozyten hemmt, aber auch an der Adhäsion der Bakterien sowie der Störung der Epithelbarriere im Dünndarm des Säugetierwirtes beteiligt ist. Es handelt sich um ein 366 kDa großes Protein mit einer L-förmigen Erscheinung und zwei charakteristische Armen. Die toxische Wirkung auf Lymphozyten beruht auf einer Glykosyltransferasedomäne (GT44-Familie) sowie einer Proteasedomäne (C58_PaToxP-Familie); die Rolle der anderen Domänen, mögliche synergetische Wechselwirkungen zwischen diesen sowie der Pathogenitätsmechanismus von Lymphostatin sind jedoch unklar. Einschlägige Strukturdaten haben nur eine geringe Auflösung und die Domänen wurden anhand von Sequenzvergleichen zugeordnet, was die Entwicklung eines umfassenden Modells zur Funktionsweise von Lymphostatin erschwert.
Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit wurden Strukturuntersuchungen an Lymphostatin (LifA) aus enteropathogenen Escherichia coli (EPEC) mittels Kryoelektronenmikroskopie durchgeführt. Anhand der erhaltenen hochaufgelösten Strukturen konnten sechs verschiedene Domänen in den beiden Armen von Lymphostatin beschrieben werden; zudem konnte die Verschiedenartigkeit der beiden Arme verdeutlicht werden. Zusätzlich zu den bekannten Domänen konnten so eine zweite Glykosyltransferasedomäne, eine Scheiteldomäne, eine Anheftungsdomäne sowie eine ADP-Ribosyltransferasedomäne zugeordnet werden. Darüber hinaus wurden zwei unterschiedliche, nebeneinander existierende Konformationen von LifA entdeckt, die sich durch verschiedene Anordnungen des C-terminalen Armes voneinander unterschieden. Beide Konformationen konnten bei unterschiedlichen pH-Werten beobachtet werden, was einen Unterschied in der Funktionsweise von Lymphostatin im Vergleich zu anderen großen Toxinen wie den großen Exotoxinen von Clostridioides-Arten nahelegt, da bei diesen die pH-Änderungen alleine ausreichend sind, um strukturelle Veränderungen herzustellen. Die funktionellen Ähnlichkeiten von LifA zu den Clostridientoxinen scheinen also auf die beiden GT-Domänen im N-terminalen Arm von LifA beschränkt zu sein. Zudem zeigten Fluoreszenzexperimente mit HEK-293T-Zellen, dass sich LifA in Haufen auf den Membranen von Säugetierzellen anheftet. Im Kontext tatsächlicher Infektionsszenarien hat diese Beobachtung wahrscheinlich eine funktionelle Bedeutung.
Strukturanalysen zeigten, dass die beiden bekannten funktionellen Domänen – GT44 und C_58 PaToxP-ähnliche Protease - nicht zugänglich sind, da die jeweiligen aktiven Zentren durch variable Schleifen von der Umgebungslösung abgeschirmt sind. Funktionelle Aktivität setzt hierbei strukturelle Umlagerungen oder eine Prozessierung von LifA voraus, um den Eintritt potenzieller Substrate zu ermöglichen. Darüber hinaus ist die Bindestelle des Zuckersubstrates innerhalb des aktiven Zentrums der bekannten GT44 Domäne durch eine weitere variable Schleife blockiert. Diese Beobachtungen implizieren, dass LifA als inaktive Transportform ohne katalytische Aktivität sekretiert wird.
Charakteristisch für LifA sind seine außergewöhnliche Größe, sowie das Vorhandensein von sechs unterschiedlichen Strukturdomänen, was es von den meisten anderen bakteriellen Toxinen unterscheidet. Der Vergleich mit anderen Toxinen zeigt, dass sowohl die beiden GT-Domänen als auch die Proteasedomäne merklich konserviert sind, während andere Teile einzigartige Charakteristika aufweisen. Wahrscheinlich wurde die vielseitige Funktionalität durch die Integration von Teilen verschiedener Toxine innerhalb eines Proteins erreicht, vermittelt über horizontalen Gentransfer
Reversible doping and fine-tuning of the Dirac point position in the topological crystalline insulator Pb1−xSnxSe via sputtering and annealing process
No full textIn this study, we utilize scanning tunneling microscopy and spectroscopy to detail a sputter- and annealing methodology for preparing atomically clean PbSnSe(001) surfaces. We examine the impact these processes have on the surface quality, the composition, and the electronic properties. Our findings demonstrate that annealing temperatures between 250 °C and 280 °C produce smooth surfaces while maintaining the topological properties of PbSnSe. Fine control of the annealing temperature also allows for a reversible tuning of the doping level, enabling a positive or negative shift of the Dirac point energy with respect to the Fermi level. Our results highlight the effectiveness of these cleaning methods and demonstrate their potential for future research and applications in topological crystalline insulator materials