23232 research outputs found
Sort by
Structure-based drug design: evaluation of fragment docking protocols, analysis of structure-activity relationships of Mip inhibitors and screening for inhibitors of the vaccinia virus RNA polymerase
No full textFür die heutige Wirkstofffindung und -entwicklung sind computergestützte Methoden von großer Bedeutung. Seit ihrer Etablierung im letzten Jahrhundert konnten sie zeit- und kosteneffizientere Entwicklungsabläufe ermöglichen.
In der steten Weiterentwicklung der Computermethoden sind Validierungsstudien von großer Wichtigkeit. Sie sollen überprüfen, wie gut eine konkrete Methode auf einen experimentell untersuchten Datensatz angewendet werden kann. Da Computermethoden in der Regel an einem Trainingsdatensatz entwickelt werden, ist die Übertragbarkeit auf neue Zielstrukturen und Liganden nicht immer in vollem Umfang gewährleistet. Der strukturelle und chemische Raum, in dem eine Methode anwendbar ist, wird auch als „Applicability Domain“ (AD) bezeichnet. Validierungsstudien sollen daher auch eine Unterstützung sein, um geeignete Computermethoden für ein konkretes Entwicklungsprojekt identifizieren zu können. Ein umfassender experimenteller Datensatz zu Fragmentscreenings mit der Aspartylprotease Endothiapepsin ist aus der Literatur verfügbar. Er stellt einen exzellenten Ausgangspunkt für die Evaluierung von Fragmentdockings mit etablierten Dockingprogrammen wie GOLD und Glide dar.
Weiterhin können computergestützte Methoden das Verständnis von Bindemodi und Wirkmechanismen auf atomarer Ebene fördern. Vor allem wenn bemerkenswerte Aktivitäts-Unterschiede zwischen Liganden mit großer struktureller Ähnlichkeit auftreten, ist eine detaillierte Analyse zu deren Ursache von zentraler Bedeutung für weitere rationale Entwicklungen. Inhibitoren von Macrophage Infectivity Potentiator (Mip) -Proteinen der Bakterien Burkholderia pseudo¬mallei und Legionella pneumophila, sowie des einzelligen Parasiten Trypanosoma cruzi wiesen derartige Aktivitäts-Unterschiede bei großer struktureller Aktivität auf. Auf der Suche nach der molekularen Ursache dieser Beobachtung kommt der Auswahl geeigneter Computermethoden eine kritische Bedeutung zu.Computer-aided methods are of great importance for today's drug discovery and development. Since their establishment in the last century, they have enabled more time- and cost-efficient development processes. Validation studies are of great importance in the ongoing development of computer methods. They are intended to test how well a specific method can be applied to an experimentally analysed data set. As computer methods are generally developed on a training data set, transferability to new target structures and ligands is not always fully guaranteed. The structural and chemical space in which a method can be applied is also referred to as the ‘applicability domain’ (AD). Validation studies should therefore also support the identification of suitable computer methods for a specific development project. A comprehensive experimental data set on fragment screening with the aspartyl protease endothiapepsin is available from the literature. It represents an excellent starting point for the evaluation of fragment docking with established docking programmes such as GOLD and Glide. Furthermore, computational methods can improve the understanding of binding modes and mechanisms of action at the atomic level. Especially when remarkable differences in activity occur between ligands with high structural similarity, a detailed analysis of their cause is of central importance for further rational developments. Inhibitors of macrophage infectivity potentiator (Mip) proteins of the bacteria Burkholderia pseudomallei and Legionella pneumophila, as well as of the unicellular parasite Trypanosoma cruzi, showed such activity differences with high structural similarity. In the search for the molecular cause of this observation, the selection of suitable computer methods is of critical importance
Die Rolle von Sphingolipiden bei der Infektion
No full textChlamydia-like-bacteria (CLBs) (also chlamydia-like organisms (CLOs) or environmental chlamydia (EC)) are gram-negative obligate intracellular bacteria, which occur ubiquitously in the environment. They could be detected in a wide variety of host organisms, from protists, like amoebae, to eukaryotes, e. g. fish and humans. As different as their hosts are their ecosystems, they can be found from deep sea sediments to the plant root microbiome and spa pools. Simkania negevensis (Sne) is a CLB, which is also considered an emerging pathogen. It is linked to community acquired pneumoniae in immune compromised patients and children. Recent small cohort studies showed that Sne PCR-positive patients have a higher risk of lung transplant rejection. As a Chlamydiales order member Sne, exhibits the unique biphasic life cycle characteristic for such a member with the infectious form Elementary bodies (EBs) and a replicative form Reticulate bodies (RBs). EBs enter cells, where they differentiate into RBs and replicate within a tubular double membrane compartment termed the Simkania containing vacuole (SnCV). The SnCV membrane is lined by the Endoplasmic reticulum (ER) and in close contact to the ER and mitochondria. To form this vast replicative niche, Sne highly depends on host cell metabolites. In this work we closer investigated the role of sphingolipids during infection. Sphingolipids are a class of lipids characterized by their sphingoid base backbone. They are not only major building blocks for cell membranes, but also signaling molecules, which regulate cellular processes.
In the first part of this study, we analyzed the effect of different sphingolipid metabolism inhibitors on infection and progeny formation and performed in depth lipidomics analysis. Here we could see a major reduction in infection when acid sphingomyelinase (ASM) was inhibited through indirect FIASMA inhibition as well as through specific inhibition through ARC39. De novo ceramide (Cer) synthesis inhibition and CERT inhibition and genetic knockout showed in contrast to Chlamydia trachomatis (Ctr) no effect on infection. A massive change in SnCV morphology could be observed after acid ceramidase (AC) inhibition with the novel Fluoxitin derivative AKS466. These observations are in line with the obtained lipidomics data, which showed a change of different sphingolipid species ratios, SM/Cer ratio was decreased, whereas Cer/Sph and S1P/Sph ratios were increased.
4
Taking all data together we propose, that Sne utilizes host cell sphingolipids for infection and progeny formation. Here the interaction with the SM/Cer/Sph-axis and the salvage pathway is from great effect on infection. This is further reflected through three potentially Sne specific putative sphingolipid metabolism enzymes, two sphingomyelinases and one sphingosine kinase.
In the second part of this study, different functionalized sphingolipid and fluorescent dye derivatives were tested for confocal and live cell microscopy. Here it could be successfully shown that infected cells take up BODIPY-C12-Cer and a click- and UV- crosslinkable Cer analogue ω-N3-photo-C5-Cer. The second compound could also be UV-crosslinked and fixed. The test of different fluorescent dyes showed promising results of two candidates, one BODIPY and one HMSiR derivative for labelling of specific organelles and a specific subset of functionalized lipids in those.Chlamydien-ähnliche Bakterien (CLBs) (auch chlamydienähnliche Organismen (CLOs) oder Umweltchlamydien (EC)) sind gramnegative obligat intrazelluläre Bakterien, die in der Umwelt ubiquitär vorkommen. Sie konnten in einer Vielzahl von Wirtsorganismen nachgewiesen werden, von Protisten, wie Amöben, bis zu Eukaryoten, z. B. Fischen und Menschen. So unterschiedlich wie ihre Wirte sind auch ihre Ökosysteme. Man findet sie von Tiefseesedimenten über das Mikrobiom von Pflanzenwurzeln bis hin zu Schwimmbädern. Simkania negevensis (Sne) ist ein CLB, das auch als neuartiges Pathogen klassifiziert ist. Es wird mit ambulant erworbener Pneumonie bei immungeschwächten Patienten und Kindern in Verbindung gebracht. Kleine Kohortenstudien der letzten Jahre haben gezeigt, dass Sne-PCR-positive Patienten ein erhöhtes Risiko für eine Abstoßung einer Spenderlunge haben. Sne gehört zur Ordnung der Chlamydiales und weist einen, für dies Ordnung, einzigartigen biphasischen Lebenszyklus mit der infektiösen Form Elementarkörper (EBs) und einer replikativen Retikularkörperchen (RBs) auf. EBs dringen in Zellen ein, wo sie sich in RBs differenzieren und sich in einem röhrenförmigen Doppelmembrankompartiment, der „Simkania containing vacuole“ (SnCV), vermehren. Die SnCV-Membran is mit Endoplasmatischen Retikulum (ER) Membranen umgeben und steht in engem Kontakt mit dem ER und Mitochondrien. Um diese riesige replikative Nische zu bilden, ist Sne in hohem Maße von den Metaboliten der Wirtszelle abhängig. In dieser Arbeit haben wir die Rolle der Sphingolipide während der Infektion näher untersucht. Sphingolipide sind eine Klasse von Lipiden, die durch ihr Sphingoid-Grundgerüst gekennzeichnet sind. Sie sind nicht nur wichtige Bestandteile von Zellmembranen, sondern auch Signalmoleküle, die zelluläre Prozesse regulieren.
Im ersten Teil dieser Studie haben wir die Wirkung verschiedener Sphingolipid-Stoffwechselinhibitoren auf die Infektion und die Bildung infektiöse Nachkommen untersucht und eine detaillierte Lipidom-Analyse durchgeführt. Dabei konnten wir eine deutliche Verringerung der Infektion feststellen, wenn die saure Sphingomyelinase (ASM) sowohl durch indirekte FIASMA-Hemmung als auch durch spezifische Hemmung durch ARC39 gehemmt wurde. Die Hemmung der Ceramid (Cer)-De-novo-Synthese und die Hemmung von CERT sowie der genetische Knock-out zeigten im Gegensatz zu Chlamydia trachomatis (Ctr) keine Wirkung auf die Infektion. Nach Hemmung der sauren Ceramidase (AC) mit dem neuen Fluoxitin-Derivat AKS466 konnte eine massive Veränderung der SnCV-Morphologie beobachtet werden. Diese Beobachtungen stehen im Einklang mit den gewonnenen Lipidomics-Daten, die eine Veränderung der Verhältnisse verschiedener Sphingolipid-Spezies zeigten. Das SM/Cer-Verhältnis war verringert, während die Cer/Sph- und S1P/Sph-Verhältnisse erhöht waren.
Alle Daten zusammengenommen schlagen wir vor, dass Sne Sphingolipide der Wirtszelle für die Infektion und Bildung von infektiösen Nachkommen nutzt. Dabei ist die Interaktion mit der SM/Cer/Sph-Achse und dem Salvage pathway von großer Bedeutung für die Infektion. Dies wird auch durch drei potenziell Sne-spezifische putative Sphingolipid-Stoffwechselenzyme, zwei Sphingomyelinasen und eine Sphingosin-Kinase, deutlich.
Im zweiten Teil dieser Studie wurden verschiedene funktionalisierte Sphingolipid- und Fluoreszenzfarbstoff-Derivate für die konfokale und Lebendzellmikroskopie getestet. Hier konnte erfolgreich gezeigt werden, dass infizierte Zellen BODIPY-C12-Cer und ein click- und UV-crosslinkbares Cer-Analogon ω-N3-photo-C5-Cer aufnehmen. Letzteres konnte ebenfalls UV-crosslinked und fixiert werden. Der Test verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe zeigte vielversprechende Ergebnisse für zwei Kandidaten, ein BODIPY- und ein HMSiR-Derivat zur Färbung spezifischer Organellen und einer bestimmten Untergruppe funktionalisierter Lipide in diesen
Transkriptionelle Regulation von Aminosäuretransport und -abbau während des dunkel-induzierten Energiemangels
No full textPlants, like all living organisms, require a constant supply of energy to maintain essential life processes. Therefore, they normally use photosynthesis to meet their energy demands. Under adverse environmental conditions, such as shading, hypoxia, heat, cold, drought or salt stress, photosynthetic activity is limited and a massive adaptation of metabolic processes is required to ensure plant survival.
An established experimental system to study the response of plants to starvation conditions is extended night treatment, in which plants are subjected to a prolonged period of complete darkness. This results in dark-induced senescence (DIS). The phenotypic and metabolic changes associated with DIS are similar to those of natural leaf senescence. During the process of DIS, substrates such as lipids and proteins are metabolised to provide an alternative energy source for the plant. The main phenotypic characteristic of senescent leaves is progressive yellowing as a result of chlorophyll degradation.
The regulation of senescence processes is largely mediated by transcriptional and post-translational control of metabolic enzymes. In this context, the conserved central metabolic regulatory kinase Snf1-RELATED PROTEIN KINASE 1 (SnRK1) plays an important role. SnRK1 is active under starvation conditions and contributes to the maintenance of energy homoeostasis by inducing ATP-producing catabolic mechanisms while inhibiting energy-consuming anabolic processes. A major part of the SnRK1 function is mediated by phosphorylating and thereby modifying the activity of transcription factors (TFs). In particular, the C/S1 BASIC LEUCINE ZIPPER (bZIP) TFs have been identified as important mediators of SnRK1 signalling. It is proposed that during DIS, SnRK1 phosphorylates group C bZIP TFs such as bZIP63, which in turn increases their heterodimerization with group S1 bZIP TFs and recruits SnRK1 to target gene promotors. However, the functional role of individual S1 bZIP TFs in the plant response to DIS and starvation has not yet been elucidated.
The present work combines the observation of senescence-associated phenotypic changes during long-term extended night treatment of 4-week-old stable Arabidopsis S1 bZIP TF single- and higher-order knockout mutant lines with the analysis of underlying transcriptional adaptations during short-term extended night treatment. In contrast to previous studies suggesting a functional role of all S1 bZIP TFs in the activation of gene expression during starvation, it is shown that bZIP2, bZIP11 and bZIP44 are not required for the regulation of the DIS response, whereas bZIP1 and bZIP53 activate several dark-induced genes in a mostly redundant manner. During extended night, bzip2/11/44 triple mutants have a WT-like phenotype, whereas bzip1/53 double mutants show accelerated senescence, including leaf yellowing and wilting, and reduced survival rates during the subsequent recovery phase.
Genome-wide RNA sequencing (RNAseq) reveals that the transcriptional activation of several genes encoding for enzymes involved in amino acid metabolism, gluconeogenesis and amino acid transport is co-regulated by bZIP1 and bZIP53 during DIS. In particular, the catabolism of branched chain amino acids (BCAAs) and other energy-rich amino acids provides carbon backbones that can be used as alternative substrates for the mitochondrial tricarboxylic acid (mTCA) cycle and allows the transfer of electrons to the mitochondrial electron transfer chain (mETC) for ATP generation. Amino acid measurements during extended night show a direct influence of bZIP1- and bZIP53-dependent regulatory mechanisms on the levels of the respective amino acids.
In addition, a novel function of the S1 bZIP TFs in the adaptation of the carbon/nitrogen balance to starvation is disclosed. This involves the transcriptional regulation of GLUTAMINE AMIDOTRANSFERASE1_2.1 (GAT1_2.1), which catalyses the conversion of glutamine to glutamate, and ASPARAGINE SYNTHETASE 1 (ASN1), which catalyses the synthesis of asparagine from glutamine and aspartate, by bZIP1 and bZIP53. This mechanism contributes to a shift in plant nitrogen transport from glutamine, which is used during the day when carbon is abundant, to asparagine, which is used under carbon starvation conditions.
Glucose, which serves as a basic building block for the synthesis of more complex carbohydrates such as cellulose and is therefore essential for plant growth, is rapidly depleted when photosynthesis is inhibited. Co-regulation of the genes encoding for the gluconeogenesis-fuelling enzymes cytosolic PYRUVATE ORTHOPHOSPHATE DIKINASE (cyPPDK) and PYRUVATE CARBOXYKINASE 1/2 (PCK1/2) by bZIP1 and bZIP53 with amino acid catabolic genes indicates that amino acid degradation products are used for synthesis of glucose during starvation.
Amino acid transporters are essential to correct changes in the subcellular amino acid distribution and allow amino acids to be transported from source to sink tissues/organs. Consistent with the function of bZIP1 and bZIP53 in the regulation of amino acid metabolism during DIS, the putative amino acid transporters USUALLY MULTIPLE AMINO ACIDS MOVE IN AND OUT TRANSPORTER 33 (UMAMIT33) and Arabidopsis thaliana AMINO ACID VACUOLAR TRANSPORTER 6D (AtAVT6D) are also transcriptionally upregulated during extended night in a bZIP1- and bZIP53-dependent manner. Fluorescence microscopy of GFP-tagged UMAMIT33 reveals its localisation to the tonoplast of root cortex cells, where UMAMIT33 may contribute to the export of amino acids released from the degradation of root storage proteins during starvation.
In addition, this works links the functions of bZIP1 and bZIP53 to the SnRK1 kinase signalling pathway and the C/S1 bZIP transcription factor network. It is confirmed that the transcriptional induction of bZIP1 and bZIP53 target genes during extended night is dependent on nuclear SnRK1 kinase activity. Furthermore, phosphorylation of the group C bZIP TF bZIP63 by SnRK1 is shown to influence the dark-induced transcription of several of these target genes, although other (bZIP) TFs are also likely to be involved in their regulation.
Overall, this study provides new insights into how plants adapt to starvation and shows which of the S1 bZIP TFs are involved in the transcriptional regulation of the energy metabolism during DIS. Thereby the difficulty in identifying the function of individual bZIP TFs is apparent, as they are part of a large and highly interconnected TF network.
The results of this work are of agronomic importance, as they show ways to improve crop plant performance in carbon-limited situations. They may be important for agriculture in regions with low light conditions or short daylight hours. In addition, amino acid catabolism is directly related to plant protein content, which is an important parameter for the nutritional value and quality of food products.Pflanzen benötigen wie alle Lebewesen eine konstante Versorgung mit Energie, um essenzielle Lebensprozesse aufrechtzuerhalten. Zur Deckung des Energiebedarfs betreiben sie deshalb im Normalfall Fotosynthese. Wenn aufgrund von ungünstigen Umweltbedingungen wie zum Beispiel Beschattung, Sauerstoffmangel, Hitze, Trockenheit oder Salzstress die fotosynthetische Aktivität eingeschränkt ist, wird eine massive Anpassung des Metabolismus notwendig, um das Überleben der Pflanze zu sichern.
Ein etabliertes experimentelles System zur Untersuchung der pflanzlichen Reaktion auf Energiemangel ist die Behandlung mit verlängerter Nacht, wobei die Pflanzen für einen längeren Zeitraum vollständiger Dunkelheit ausgesetzt werden. Dies führt zur Auslösung von dunkel-induzierter Seneszenz (DIS). Die dabei auftretenden phänotypischen und metabolischen Veränderungen ähneln denen der natürlichen Seneszenz. Im Prozess der DIS werden Substanzen wie zum Beispiel Lipide und Proteine für die alternative Energieversorgung der Pflanze verstoffwechselt. Das auffälligste phänotypische Merkmal seneszenter Blätter ist eine voranschreitende Gelbfärbung als Folge von Chlorophyllabbau.
Die Steuerung von Seneszenzprozessen wird zu einem großen Teil durch transkriptionelle und posttranslationale Regulation metabolischer Enzyme vermittelt. In diesem Zusammenhang spielt die konservierte zentrale stoffwechselregulierende Kinase Snf1-RELATED PROTEIN KINASE 1 (SnRK1) eine wichtige Rolle. SnRK1 ist in Mangelsituationen aktiv und trägt zur Aufrechterhaltung der Energiehomöostase bei, indem sie ATP bereitstellende katabole Mechanismen aktiviert und gleichzeitig energieverbrauchende anabole Prozesse blockiert. Ein Großteil der SnRK1-Funktionen wird durch die Phosphorylierung und damit Modifikation der Aktivität von Transkriptionsfaktoren (TFs) vermittelt. Insbesondere C/S1 BASIC LEUCINE ZIPPER (bZIP) TFs wurden als wichtige Mediatoren in der SnRK1-Signalübertragung identifiziert. Es wird angenommen, dass SnRK1 während der DIS Gruppe C bZIP TFs wie z. B. bZIP63 phosphoryliert, was in Folge deren Heterodimerisierung mit Gruppe S1 bZIP TFs verstärkt und zur Rekrutierung von SnRK1 an Zielgenpromotore führt. Die funktionelle Bedeutung individueller S1 bZIP TFs für die pflanzlichen Reaktion auf DIS und Energiemangel wurde bisher allerdings noch nicht untersucht.
Die vorliegende Arbeit kombiniert die Beobachtung seneszenzassoziierter phänotypischer Veränderungen während der langfristigen Behandlung mit verlängerter Nacht von vier Wochen alten, stabilen Arabidopsis-S1-bZIP-TF-knockout-Einzel- und Mehrfachmutanten mit der Analyse der zugrundeliegenden transkriptionellen Anpassungen während der kurzfristigen Behandlung mit verlängerter Nacht. Im Gegensatz zu früheren Untersuchungen, welche eine funktionelle Bedeutung aller S1 bZIP TFs für die Aktivierung der Genexpression in Mangelsituationen nahelegen, wird gezeigt, dass bZIP2, bZIP11 und bZIP44 für die Regulation der DIS-Antwort nicht erforderlich sind, während bZIP1 und bZIP53 zahlreiche dunkelinduzierte Gene auf weitestgehend redundante Weise aktivieren. Während der verlängerten Nacht zeigen bzip2/11/44-Dreifachmutanten einen WT-ähnlichen Phänotyp, während bzip1/53-Doppelmutanten eine beschleunigte Seneszenz, einschließlich Gelbfärbung und Welken der Blätter, sowie verringerte Überlebensraten in der anschließenden Erholungsphase aufweisen.
Genomweite RNA-Sequenzierung zeigt, dass die transkriptionelle Aktivierung zahlreicher Gene, die für Enzyme des Aminosäurestoffwechsels, der Glukoneogenese und des Aminosäuretransports kodieren, während der DIS in Abhängigkeit von bZIP1 und bZIP53 ko-reguliert ist. Insbesondere der Abbau verzweigtkettiger Aminosäuren (BCAAs) und anderer energiereicher Aminosäuren liefert Kohlenstoffgerüste, die als alternative Substrate für den mitochondrialen Tricarbonsäurezyklus (mTCA) genutzt werden können und ermöglicht die Übertragung von Elektronen auf die mitochondriale Elektronentransportkette (mETC) zur ATP-Erzeugung. Aminosäuremessungen während der verlängerten Nacht zeigen einen direkten Einfluss bZIP1- und bZIP53-abhängiger Regulationsmechanismen auf die Höhe der entsprechenden Aminosäurespiegel.
Zusätzlich wird eine neue Funktion der S1 bZIP TFs für die Anpassung des Kohlenstoff- Stickstoff-Gleichgewichts an Mangelsituationen aufgedeckt. Dabei handelt es sich um die transkriptionelle Regulation der GLUTAMINE AMIDOTRANSFERASE1_2.1 (GAT1_2.1), welche die Umwandlung von Glutamin zu Glutamat katalysiert, und der ASPARAGINE SYNTHETASE 1 (ASN1), welche die Synthese von Asparagin aus Glutamin und Aspartat katalysiert, durch bZIP1 und bZIP53. Dieser Mechanismus ist beteiligt and der Umstellung des pflanzlichen Stickstofftransports von Glutamin, welches tagsüber, wenn Kohlenstoff im Überfluss vorhanden ist, verwendet wird, zu Asparagin, welches bei Kohlenstoffmangel genutzt wird.
Glukose, welche als Grundbaustein für die Synthese komplexer Kohlenhydrate wie z. B. Zellulose fungiert und daher zwingend erforderlich für das Pflanzenwachstum ist, wird bei Hemmung der Fotosynthese schnell aufgebraucht. Eine gemeinsame Regulation der Gene der Gluconeogenese-versorgenden Enzyme cytosolische PYRUVATE ORTHOPHOSPHATE DIKINASE (cyPPDK) und PYRUVATE CARBOXYKINASE 1/2 (PCK1/2) durch bZIP1 und bZIP53 mit Aminosäureabbau-Genen deutet darauf hin, dass in Mangelsituationen Aminosäure-Abbauprodukte für die Synthese von Glucose verwendet werden.
Aminosäuretransporter sind wichtig, um Veränderungen in der subzellulären Aminosäureverteilung auszugleichen und den Transport von Aminosäuren von bereitstellenden („source“) zu verbrauchenden („sink“) Geweben/Organen zu ermöglichen. In Übereinstimmung mit der Bedeutung von bZIP1 und bZIP53 für die Regulation des Aminosäuremetabolismus während der DIS, werden auch die potenziellen Aminosäuretransporter USUALLY MULTIPLE AMINO ACIDS MOVE IN AND OUT TRANSPORTER 33 (UMAMIT33) und Arabidopsis thaliana AMINO ACID VACUOLAR TRANSPORTER 6D (AtAVT6D) während der verlängerten Nacht in Abhängigkeit von bZIP1 und bZIP53 transkriptionell hochreguliert. Fluoreszenzmikroskopie von GFP-markiertem UMAMIT33 zeigt dessen Lokalisation im Tonoplast von Wurzelrindenzellen, wo UMAMIT33 möglicherweise am Export von Aminosäuren beteiligt ist, die beim Abbau von Wurzelspeicherproteinen unter Mangelbedingungen freigesetzt werden.
Darüber hinaus verknüpft diese Arbeit die Funktionen von bZIP1 und bZIP53 mit der SnRK1-Kinase-Signalgebung und dem C/S1 bZIP-Transkriptionsfaktornetzwerk. Es wird bestätigt, dass die transkriptionelle Aktivierung der bZIP1- und bZIP53-Zielgene während der verlängerten Nacht abhängig von SnRK1-Kinase-Aktivität im Zellkern ist. Zusätzlich wird gezeigt, dass die Phosphorylierung des Gruppe C bZIP TF bZIP63 durch SnRK1 die dunkel-induzierte Transkription vieler dieser Zielgene beeinflusst, obwohl wahrscheinlich auch andere (bZIP) TFs an deren Regulation beteiligt sind.
Insgesamt liefern diese Untersuchungen neue Erkenntnisse über die Anpassung von Pflanzen an Energiemangelsituationen und zeigen welche der S1 bZIP TFs an der transkriptionellen Regulation des Energiestoffwechsels während der DIS beteiligt sind. Dabei werden die Schwierigkeiten bei der Funktionsbestimmung einzelner bZIP TFs deutlich, da diese ein Teil eines großen, stark vernetzten TF-Netzwerks sind.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind von agronomischer Bedeutung, da sie Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung von Nutzpflanzen in Kohlenstoffmangelsituationen zeigen. Diese könnten für die Landwirtschaft in Regionen mit wenig Licht oder kurzen Tageslichtstunden von Bedeutung sein. Darüber hinaus steht der Abbau von Aminosäuren in direktem Zusammenhang mit dem pflanzlichen Proteingehalt, der ein wichtiger Parameter für den Nährwert und die Qualität von Lebensmitteln ist
Inclusive Transition from Preschool to Primary School: Theoretical Modelling - Empirical Analyses on Cooperation and School Readiness of Children with Disabilities according to Preschool Teachers
No full textDer Übergang zwischen Kindergarten und Grundschule ist eine bedeutender Meilenstein in der Bildungsbiographie eines Kindes, der weitreichende Konsequenzen für die Schullaufbahn hat. Dies gilt auch und insbesondere im Kontext der Inklusion. Welche Facetten den inklusiven Übergang kennzeichnen, ist bislang dennoch nicht hinreichend systematisiert. Ein Ziel der Dissertation lautete daher, den inklusiven Übergang vom Kindergarten in die Schule theoretisch zu modellieren. Auf dieser Basis wurde eine empirische Studie durchgeführt, in der – ausgehend von einem engen Inklusionsverständnis – der Übergang von Kindern mit Beeinträchtigungen in die Grundschule fokussiert wurde. Im Mittelpunkt standen die Einschulungsberatung der pädagogischen Fachkräfte, ihre (multi-)professionelle Kooperation und Überzeugungen zu Schulfähigkeit als bedeutende Facetten des Übergangsprozesses. Die Datenbasis bildeten qualitative leitfadengestützte Interviews mit n=22 pädagogischen Fachkräften in Kindertageseinrichtungen, in deren Rahmen auch Verfahren der Strukturlegetechnik zum Einsatz kamen. Die Datenauswertung erfolgte nach den Regeln der inhaltlich-strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse. Zusätzlich wurden eine Typenbildung, eine komparative Analyse und ein holistischer Vergleich der Strukturbilder durchgeführt. Die Ergebnisse zur Elternberatung beim Übergang von Kindern mit Beeinträchtigungen zeigen, dass pädagogische Fachkräfte die eigene Sicht (z.B. auf das Kind) in der Beratung überwiegend als akkurater einschätzen als die elterliche Perspektive und kaum bestrebt sind, strikt partnerschaftliche Beziehungen zu den Eltern zu pflegen. Die Befunde zur (multi-)professionellen Kooperation machen deutlich, dass pädagogische Fachkräfte beim Übergang von Kindern mit Beeinträchtigungen mit einer Vielzahl an Professionen (v.a. kurativer Prägung) kooperieren. Die Kooperationsaktivitäten umfassen Maßnahmen zur (1) Kommunikation, (2) abgestimmten pädagogischen Begleitung und Unterstützung des Kindes und (3) gemeinsamen Professionalisierung. In Einrichtungen mit inklusivem Profil wird dabei umfassender individualisiert kooperiert. Die Befunde zu den schulfähigkeitsbezogenen Überzeugungen der Fachkräfte bei Kindern mit Beeinträchtigungen verweisen auf die hohe Bedeutung, die Fachkräfte der sozial-emotionalen und kognitiven Entwicklung des Kindes für den Besuch einer Grundschule zuschreiben. Auch strukturelle Aspekte der schulischen Umwelt sind in den Augen der Fachkräfte relevant. Dabei konstruieren die Fachkräfte spezifische Beziehungen zwischen den Kriterien und sehen diese u.a. in einem kompensatorischen Verhältnis.The transition from preschool to primary school is a major milestone in the educational biography of a child with far-reaching consequences for the child’s further school trajectory. This is also and especially true in the context of inclusion. However, the facets that characterize the inclusive transition have not yet been sufficiently systematized. Therefore, one aim of the dissertation was to conceptualize the inclusive preschool-to-school-transition within a theoretical model. Based on this model, an empirical study was conducted. Following a narrow understanding of inclusion, the study focused on the preschool-to-primary-school transition of children with disabilities. The focus was on preschool teachers’ transition-related parent-teacher meetings, their (multi-)professional cooperation, and their beliefs towards school readiness of children with disabilities as important facets of the transition process. The data base consisted of qualitative guideline-based interviews with n=22 preschool teachers in preschools. Within the interviews, the preschool teachers additionally created structure pictures. The data were analyzed using thematic qualitative content analysis. Moreover, type-building methods as well as a comparative analysis were conducted. Furthermore, the structure pictures were compared holistically. The results regarding parent-teacher meetings in the transition of children with disabilities show that, in those meetings, preschool teachers predominantly consider their own perspective (e.g., on the child) to be more accurate than the parental perspective. The teachers are hardly engaged in establishing strictly partnership-based relationships with parents. The findings on (multi-)professional cooperation reveal that preschool teachers cooperate with a variety of professions (especially curative professions such as remedial teachers) in the transition of children with disabilities. The cooperation activities can be divided into three groups: (1) communication, (2) coordinated educational guidance and support of the child, and (3) joint professionalization. Cooperation practices are more individualized among teachers in preschools with an inclusive profile. The findings on preschool teachers’ beliefs towards school readiness regarding children with disabilities suggest that teachers deem a child’s social-emotional and cognitive development to be especially relevant for mainstream primary school attendance. According to the teachers, structural aspects of the school environment are important, too. The teachers construct specific relationships between the criteria and see them, for example, as compensating for one another
A novel incident circular polarized light Raman optical activity (ICP‐ROA) spectrometer with advanced polarization control
No full textThe design and setup of a novel and simple backscatter Raman optical activity (ROA) spectrometer with incident light circular polarization (ICP) is presented, constructed from commercially available components. Incident light polarization is controlled using a combination of waveplates, compensating for unwanted birefringence and beam offsets. Realignment of the spectra in post‐processing reduced artifacts caused by spatial offsets. Spurious signals from achiral solvents like toluene and water are almost completely removed. The setup was validated by measuring references samples, including α‐pinene, carvone, and glucose in aqueous solution. The spectra show very good agreement with previously published results
Quality of Life on Vestibular Schwannoma: The Impact of Disease- and Treatment-Specific Symptoms
No full textEINLEITUNG: Das Vestibularisschwannom (VS), ein gutartiger Tumor im Kleinhirnbrückenwinkel, hat in der Diagnostik und Therapie erhebliche Fortschritte gemacht. Dank moderner Behandlungsmethoden sind Operationsrisiken und Folgeschäden deutlich gesunken, wodurch die Lebensqualität (LQ) der Patienten zunehmend in den Fokus rückt. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss klinischer Symptome auf die LQ nach retrosigmoidaler Operation zu untersuchen.
METHODIK: 59 Patienten (27 männlich, 32 weiblich) wurden vor der Operation, nach 5–7 Tagen und nach ca. 3 Monaten (Follow-Up) untersucht. Erfasst wurden Symptomatik, Hörvermögen, Geschmack und Tränenproduktion. Die LQ wurde mit SF-36, NHP und PANQOL-Fragebögen gemessen. Die statistische Auswertung erfolgte mit SPSS.
ERGEBNISSE: Es wurden 5 kleine, 22 mittelgroße und 32 große Tumoren untersucht. Die LQ war präoperativ in der psychischen Skala bei 40,5 und in der physischen bei 50,4 Punkten (SF-36), postoperativ bei 42,9 bzw. 34,1 und im Follow-Up bei 43,6 bzw. 41,3. Patienten zeigten durchgehend signifikant schlechtere Werte als die Normalbevölkerung. Die stärksten Korrelationen zur LQ zeigten Schwindel (26/63 Subscores, 6/12 Gesamtscores) und Gang-/Gleichgewichtsstörung (32/63, 8/12), gefolgt von Tinnitus (12/63, 1/12). Hörverlust, Fazialis-, Intermedius-, Tränen- und Geschmacksstörungen zeigten deutlich schwächere Zusammenhänge.
DISKUSSION: Vestibuläre Symptome beeinflussen die LQ am stärksten, Tinnitus zeigt mittelfristige Effekte. Der PANQOL reagierte am sensitivsten auf die Symptome, gefolgt vom SF-36. Subjektiv empfinden Patienten Gleichgewichts- und Hörstörungen als besonders belastend. Die postoperative LQ ist zunächst eingeschränkt, verbessert sich aber im Verlauf. Die Ergebnisse unterstreichen die Relevanz subjektiver Wahrnehmung für die Therapie und die Notwendigkeit weiterer Forschung zu langfristigen Behandlungsfolgen.INTRODUCTION: Vestibular schwannoma (VS), a benign tumor in the cerebellopontine angle, has seen major advances in diagnosis and treatment. Modern therapies have lowered surgical risks and complications, shifting the focus toward improving patients’ quality of life (QoL). This study aimed to analyze how clinical symptoms influence QoL following retrosigmoid surgery.
METHODS: 59 patients (27 male, 32 female) were assessed preoperatively, 5–7 days postoperatively, and at follow-up (approx. 3 months). Symptom history, clinical exams, audiometry, gustatory testing, and Schirmer I tests were performed. QoL was measured using SF-36, NHP, and PANQOL questionnaires. Data analysis was done with SPSS.
RESULTS: The study included 5 small (T1/2), 22 medium (T3A), and 32 large (T3B/4) tumors. SF-36 scores showed 40.5 (MCS) and 50.4 (PCS) pre-op, 42.9 and 34.1 post-op, and 43.6 and 41.3 at follow-up. Patients scored significantly lower than the general population. PANQOL scores were 67.0 pre-op, 59.8 post-op, and 61.5 at follow-up; NHP scores were 85.3, 67.9, and 83.1 respectively.
QoL correlated most with vestibular symptoms: vertigo (26/63 subscales, 6/12 total scores) and balance/gait disturbances (32/63, 8/12). Tinnitus showed moderate correlation (12/63, 1/12). Hearing loss, facial nerve function, tear, and taste function had weaker or inconsistent associations.
SUMMARY: Vestibular symptoms, especially vertigo and balance issues, have the strongest negative impact on QoL. Tinnitus has moderate effects; other symptoms like facial or intermedius nerve dysfunction are less influential. PANQOL proved most sensitive in detecting QoL changes. Patients subjectively find balance and hearing issues most burdensome, though only vertigo reached statistical significance. Post-op QoL initially declines but improves over time. Findings underline the importance of subjective symptom perception and the need for long-term outcome research
Experiencing algorithms in virtual reality
No full textAlgorithmic thinking is an important prerequisite for learning programming and enables a better understanding of the digital world. Specific programs are understood as implementations of an algorithm in a specific programming language. However, the abstract nature and actual understanding of algorithms often play a secondary role when programming is learnt using specific environments and programming languages. Instead of recognising the underlying patterns, learners often only acquire the ability to solve specific problems in a specific programming language. The question therefore arises as to how abstract algorithms can be made tangible and understandable, independent of a specific programming language.
Robot Karol is a learning environment often used in schools, in which a robot can be programmed and controlled using a small set of commands. Based on existing 2D versions of Robot Karol, the approach presented in this paper involves users performing various tasks in the style of Robot Karol in an environment implemented with virtual reality (VR). In contrast to existing desktop versions, the VR approach chosen does not include a syntactic component. The user’s actions are implemented and visualised directly, which should make the essential algorithmic processes more easily graspable. A subsequent study will investigate whether this direct interaction and an increased level of immersion through different perspectives enable a more authentic learning experience
Optimization and validation of the analysis of sex (pro)hormones and metabolites thereof in biological matrices and application to plasma derived from pre- and postmenopausal women and from men
No full textSexualhormone sind mit der Entstehung zahlreicher hormonabhängiger Erkrankungen assoziiert. Für die Untersuchung endokriner Störungen und Fehlregulationen ist es von zentraler Bedeutung, ein umfassendes Profil der zirkulierenden Sexualhormone inklusive Prohormone, biologisch aktive oxidative Metabolite sowie Sulfat- und Glucuronid-Konjugate zu erfassen.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde deshalb aufbauend auf einer bestehenden Methode zur Analyse von Estrogenen eine umfassende Massenspektrometrie-basierte Multimethode zur empfindlichen Erfassung und Quantifizierung von Sexual(pro)hormonen in Humanplasma entwickelt. Zur Erweiterung des Analytspektrums um Androgene, Prohormone und oxidative Metabolite wurde für die Messung mittels Gaschromatographie-Tandem-Massen¬spektro-metrie die Derivatisierung sowie das Messprogramm optimiert. Die Empfindlichkeit der Detektion von polaren Konjugaten wurde durch Kombination der direkten Erfassung von in höheren Konzentrationen vorliegenden Glucuroniden und Sulfaten (mittels Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie) mit der indirekten Erfassung von in niedrigeren Konzentrationen vorliegenden Glucuroniden nach selektiver Hydrolyse mit β Glucuronidase aus Escherichia coli (mittels Gaschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie) verbessert.
Zudem wurde untersucht, ob neben Sexual(pro)hormonen und deren polaren Konjugaten auch unpolare Fettsäureester in die Methode integriert werden können. Durch i) die direkte Detektion nach Derivatisierung von Estern mit phenolischen Hydroxy-Gruppen und ii) die indirekte Erfassung nach alkalischer Hydrolyse der Ester wurden Referenzsubstanzen von Estrogen-Fettsäureestern erfolgreich detektiert. Für die Erfassung endogener Konzen-trationen in biologischen Matrices ist jedoch eine weitere Optimierung erforderlich, sodass keine Integration dieser Metabolite in die Methode erfolgte.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Methode durch den Einsatz stabilisotopen-markierter Standards und durch die Kombination von linearen und nichtlinearen Regressionen für die Bestimmung von 34 Sexual(pro)hormonen in Humanplasma kalibriert und validiert. Anhand der ermittelten Richtigkeit (Median 101,1%) und Präzision (Median zwischen verschiedenen Tagen 8,1%) wurde die Genauigkeit der Quantifizierung gezeigt.
Bei der Anwendung der Methode auf Plasma von je zehn prä- und postmenopausalen Frauen und Männern wurden 31 Analyten oberhalb der Nachweisgrenze detektiert. Somit wurde das bisher umfassendste Profil von Sexual(pro)hormonen mit biologischer Aktivität in humanem Plasma bestimmt. Dabei wurden fünf Analyten erfasst, die in der Literatur bisher nicht für alle untersuchten Populationen beschrieben waren. Der Vergleich zwischen den drei Populationen zeigte nicht nur Unterschiede in den Konzentrationen von 25 Sexual(pro)hormonen, sondern auch hinsichtlich des Verhältnisses von Glucuroniden zu Sulfaten. Im Gegensatz zu publizierten Methoden, die ein kleineres Analytspektrum abdecken und/oder Sulfate und Glucuronide als Summe quantifizieren, ermöglicht die Multimethode mit spezifischer Erfassung von Sulfaten und Glucuroniden die Untersuchung individueller Stoffwechselwege und deren Regulation.
Interferenzen durch ungewollte chemische oder enzymatische Reaktionen oder unvollständige Entfernung potenziell störender Analyten können die Quantifizierung verfälschen und selbst richtlinienkonforme Validierungsexperimente erfassen diese Effekte nicht vollumfänglich. Daher wurde das Ausmaß der von der Kalibrierstrategie nicht berücksichtigten Prozesse systematisch untersucht. Die resultierenden maximalen Über- oder Unterschätzungen der Analytkonzentrationen wurden für jede Plasmaprobe individuell bewertet und betrugen weniger als 20%.
Somit wird die entwickelte Methode in zukünftigen Studien umfassende Einblicke in das Profil humaner Sexual(pro)hormone ermöglichen und zu einem besseren Verständnis der Steuerung der Steroidogenese und des Sexualhormonmetabolismus beitragen.Sex hormones are associated with the etiology of numerous hormone-dependent diseases. For the investigation of endocrine disorders and dysregulations, it is crucial to assess a comprehensive profile of circulating sex hormones including prohormones, biologically active oxidative metabolites as well as sulfate and glucuronide conjugates.
Therefore, in the first part of this work a comprehensive mass spectrometry-based multimethod for the sensitive detection and quantification of sex (pro)hormones in human plasma was developed based on an existing method for the analysis of estrogens. To integrate androgens, prohormones and oxidative metabolites, the derivatization and measurement conditions for the analysis by gas chromatography-tandem mass spectrometry were optimized. The sensitivity of the analysis of polar conjugates was improved by combining the direct detection of glucuronides and sulfates present in higher concentrations (using liquid chromatography-tandem mass spectrometry) with the indirect detection of glucuronides present in lower concentrations after selective glucuronide hydrolysis with β-glucuronidase from Escherichia coli (using gas chromatography-tandem mass spectrometry). Moreover, different strategies for the integration of the analysis of fatty acid esters of sex (pro)hormones into the method were examined and reference substances of estrogen fatty acid esters were successfully detected. However, further optimization is required for the detection of endogenous concentrations in biological matrices and the analysis of fatty acid esters was not included in the method.
In the second part of this work the method was successfully calibrated and validated (median accuracy 101,1%, median inter-day precision 8,1%) for the quantification of 34 sex (pro)hormones in human plasma by using stable isotope-labeled internal standards and a calibration approach combining linear and nonlinear regression. Applying the method to plasma samples derived from ten pre- and postmenopausal women and men each, 31 analytes were present above the detection limit including five analytes that had not previously been accounted for in the literature for individual populations. Thus, the most comprehensive profile of sex (pro)hormones exhibiting biologic activities was determined in human plasma to date. Differences among the three populations were observed not only in the concentrations of 25 sex (pro)hormones but also in the ratios of sulfates to glucuronides. Unlike published methods with a smaller analyte range and/or quantification of glucuronides and sulfates as a sum, the multimethod with specific detection of glucuronides and sulfates enables the investigation of distinct metabolic pathways and their regulation.
The extent of potential interferences between analytes due to processes such as unintended chemical or enzymatic reactions, which can falsify the quantification, was systematically investigated. The resulting maximum over- or underestimations of analyte concentrations were assessed for individual plasma samples and amounted to less than 20%.
Thus, the developed method will provide comprehensive insights into the human sex (pro)hormone profile and enhance understanding of steroidogenesis and sex hormone metabolism in future studies
Interessante Bilder, irreführende Inschriften: Fragmente eines Astrolabs aus dem 16. Jahrhundert
No full textPublikation und kritische Erklärung der Fragmente eines Astrolabs aus dem 16. Jahrhundert, Datierung mithilfe kunsthistorischer, technikgeschichtlicher und astronomischer Kriterien
Biomarker combinations from different modalities predict early disability accumulation in multiple sclerosis
No full textObjective:
Establishing biomarkers to predict multiple sclerosis (MS) disability accrual has been challenging using a single biomarker approach, likely due to the complex interplay of neuroinflammation and neurodegeneration. Here, we aimed to investigate the prognostic value of single and multimodal biomarker combinations to predict four-year disability progression in patients with MS.
Methods:
In total, 111 MS patients were followed up for four years to track disability accumulation based on the Expanded Disability Status Scale (EDSS). Three clinically relevant modalities (MRI, OCT and blood serum) served as sources of potential predictors for disease worsening. Two key measures from each modality were determined and related to subsequent disability progression: lesion volume (LV), gray matter volume (GMV), retinal nerve fiber layer, ganglion cell-inner plexiform layer, serum neurofilament light chain (sNfL) and serum glial fibrillary acidic protein. First, receiver operator characteristic (ROC) analyses were performed to identify the discriminative power of individual biomarkers and their combinations. Second, we applied structural equation modeling (SEM) to the single biomarkers in order to determine their causal inter-relationships.
Results:
Baseline GMV on its own allowed identification of subsequent EDSS progression based on ROC analysis. All other individual baseline biomarkers were unable to discriminate between progressive and non-progressive patients on their own. When comparing all possible biomarker combinations, the tripartite combination of MRI, OCT and blood biomarkers achieved the highest discriminative accuracy. Finally, predictive causal modeling identified that LV mediates significant parts of the effect of GMV and sNfL on disability progression.
Conclusion:
Multimodal biomarkers, i.e. different major surrogates for pathology derived from MRI, OCT and blood, inform about different parts of the disease pathology leading to clinical progression