Mammalian mating systems are diverse and reflect ecological and sociobiological factors, which in turn shape mating behavior and reproductive success. Among mammals, bats are notable for their diversity in social systems, reproductive strategies and acoustic communication. While bats are generally well studied, detailed knowledge of the mating behaviour and social communication on a species-level is still limited, likely due to their nocturnal activity. This is also true for the Greater Mouse-eared Bat (Myotis myotis), a widespread species across large parts of Europe. In this thesis I investigate the mating behavior and acoustic communication of M. myotis, focusing on the male-dominated mating roosts. The processes that shape male mating success, female choice, and territory establishment, including the role of vocalizations, remain poorly understood. In Chapter I, I provide a detailed description of the mating system and copulatory behavior based on in-person observations conducted over two mating seasons. The results show that males defend territories, females stay for prolonged visits at male display sites and that mating events include repeated copulations. These patterns align with a lek-mating system where female choice is a key characteristic. In addition, social vocalizations appear to be central to both male-male competition and female mate choice. Chapter II offers the first in-depth analysis of the male vocal repertoire in mating roosts. Through sound recordings and behavioral observations, I classified 14 distinct vocalization types and documented seasonal variation in vocal output. Trill-like courtship vocalizations contain individual vocal signatures, suggesting that vocal communication is important for both territory defense and mate attraction. Chapter III analyses how male trill vocalizations vary at several scales, including the individual, roost, regional and geographic scale. Data from 42 males reveal how individual identity, social interactions and geographic factors shape courtship vocalizations at both small and large scales. Individual vocal signatures contribute to acoustic distinctiveness, while patterns of acoustic partitioning show that males occupy distinct regions within acoustic space to minimize overlap, likely influenced by the lek mating system. Chapter IV examines the syntactical patterns and hierarchical structure in vocalizations of M. myotis, providing insight into the organization and complexity of social vocalizations. Taken together, these studies improve the understanding of the mating and social behavior of M. myotis, emphasizing the role of communication in shaping mating strategies. The results have direct implications for conservation, particularly for protecting male display sites during critical reproductive periods and they additionally provide a comprehensive perspective on the social organization and communication in a European bat species.

Phenotypic plasticity, the ability of a genotype to produce different phenotypes under varying environmental conditions, is frequently observed in social groups with low reproductive skew. It is therefore often assumed that species with a high reproductive skew, as is the case in the naked mole-rat (Heterocephalus glaber), possess only limited scope for such flexibility. This doctoral thesis was conducted to characterise the reproductive organisation of the naked mole-rat more precisely and to examine under which conditions reproductive flexibility in this system can arise or be constrained. The work focused on three central questions: first, whether the queen reproduces with one or with several males (Chapter 2); second, which maternal, individual and social factors influence pup survival during the first days of life (Chapter 3); and third, under which conditions this flexibility arises or is limited (Chapters 4 and 5), and how the underlying evolutionary processes – limited control versus reproductive concession – are reflected in the observed patterns. Answering these questions was made possible because the study is embedded in a long-term project that has been running for 17 years at the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research (IZW) in Berlin, enabling continuous breeding and research under standardised housing conditions. This allowed access to extensive reproductive data from several hundred individually known animals. Analysis of data from two of these IZW colonies and two external colonies showed that queens, despite the temporary presence of several sexually mature males, reproduced exclusively with one and the same male during each observation period (Chapter 2), a finding consistent with genetic monogamy and illustrating the pronounced reproductive skew of this species. Although reproduction in the studied colonies was monopolised by a single queen, pup survival during the first days of life varied considerably. My analyses revealed that not only maternal but also individual and social factors significantly affected pup survival (Chapter 3). Higher birth mass and a larger number of maternal mammae had a significant positive effect on survival, whereas higher maternal body mass and larger colony size had a negative effect. These findings raised the question of whether, within this highly skewed reproductive system, reproductive flexibility could nonetheless occur. To address this question, I examined under which early-life and context-dependent conditions subordinate females could undergo reversible reproductive activation (vaginal perforation) despite the presence of a dominant queen (Chapter 4). Early developmental traits, such as litter identity, and short-term social contexts, such as the queen’s pregnancy status, the colony sex ratio, and individual body mass, significantly increased the likelihood of activation in subordinate females. This demonstrates that sexual suppression in this system is not absolute and does not affect all subordinate females equally, but depends on the individual and the social context. Building on these findings regarding context-dependent reproductive activation in subordinate females, I analysed four rare cases of plural breeding (two in captivity and two in the wild) and compared them with the few cases previously described in the literature (Chapter 5). My observed four cases proved to be genuine exceptions within the otherwise strongly skewed reproductive system. In the four colonies studied, as in most other reported cases, plural breeding typically involved closely related females reproducing simultaneously, although with considerable variation in pup-rearing success. The observed cases occurred mainly during phases of social instability (colony establishment or internal fission) and ended after a short period, sometimes in connection with subsequent conflicts between the reproductive females. Overall, the findings indicate a dynamic balance between limited control and temporary tolerance/concession, in which reproductive flexibility is briefly permitted without fundamentally altering the predominantly monogamous structure of the system. In summary, the results show that naked mole-rats, despite their high reproductive skew, exhibit context-dependent reproductive flexibility. This capacity enables them to maintain reproduction and social stability under unpredictable or rapidly changing ecological or social conditions. It illustrates how cooperation and control are closely intertwined in the evolution of complex social systems.

Die Dystonie als hyperkinetische Bewegungsstörung ist durch anhaltende oder intermittierende Muskelkontraktionen charakterisiert, die ungewöhnliche, oft repetitive Bewegungen und/oder Haltungen verursachen. Dystone Bewegungen sind typischerweise drehend, und können spezifischen Bewegungsmuster ähneln und mit einem Tremor vergesellschaftet sein. Willkürbewegungen können die Dystonie initiieren oder verschlimmern und sind oft mit einem sogenannten ´Overflow´ auf benachbarte Muskelgruppen assoziiert. Die jährliche Periodenprävalenz der isolierten Dystonie wurde 1996-1997 mit 152 pro einer Million angegeben. Obgleich die Dystonie bereits seit über 100 Jahren bekannt ist, sind Angaben zur Prävalenz und Inzidenz selten, unscharf und basieren zumeist auf retrospektiven Analysen zugewiesener Klinikpopulationen. Tatsächlich stellen Patient*innen mit einer Dystonie rund 20% der Patient*innen in Kliniken für Bewegungsstörungen dar. Da es sich bei der klassischen isolierten Dystonie zunächst um eine klinische Diagnose ohne begleitende Pathologien in der zerebralen Bildgebung oder abweichende Laborparameter handelt, ist davon auszugehen, dass die Erkrankung unterdiagnostiziert ist: Selbst in Familien mit diagnostizierten Dystoniepatient*innen fanden sich ≥ 25% weitere an einer Dystonie erkrankte Familienmitglieder, die nicht diagnostiziert waren. Zugleich ist die Zeit bis zur endgültigen Diagnosestellung oft protrahiert, und es kommt zu einem signifikant erhöhten Anteil von Fehldiagnosen mit einem relevanten Anteil an vermuteten psychiatrischen oder funktionellen Ursachen der Erkrankung. Die symptomatische Behandlung von Dystonien richtet sich zunächst primär nach ihrem Verteilungsmuster. Therapie der ersten Wahl bei fokalen Dystonien stellt die lokale Injektion von Botulinumtoxin (BoNT) in die betroffene Muskulatur dar. Im Falle segmentaler und generalisierter Dystonien werden primär medikamentöse Behandlungsstrategien wie die Anticholinergika Trihexyphenidyl und Biperiden eingesetzt, und Botulinumtoxin kann unterstützend, in die am schwersten betroffenen Körperregionen, injiziert werden. In der Behandlung fokaler Dystonien, in denen BoNT und oral-medikamentöse Therapieversuche sich als nicht wirksam erweisen, kann eine operative periphere Denervierung indiziert sein. Jedoch hat sich sowohl in einer Vielzahl von fokalen Dystonien, als auch in ansonsten Therapie-refraktären segmentalen und generalisierten Dystonien die Tiefe Hirnstimulation (THS) im Globus pallidus (GPi) als sicheres, effektives und langanhaltendes Therapieverfahren etabliert. In der vorliegenden kumulativen Habilitationsschrift werden verschiedene Untersuchungen zur Behandlung unterschiedlicher dystoner Syndrome mittels Tiefer Hirnstimulation vorgestellt. Angesichts einer vergleichsweise jungen Patient*innen-Kohorte mit einer chronischen Bewegungsstörung und der Notwendigkeit einer lebenslangen Therapie liegt ein Hauptfokus der Arbeiten auf der Langzeitwirksamkeit und –verträglichkeit der chronischen Neuromodulation. Ein weiterer Schwerpunkt bildet die getrennte Analyse der THS-Responsivität verschiedener dystoner Syndrome u.a. in Abhängigkeit von Ätiologie, Erkrankungsalter und Genstatus, um aus den gewonnenen Erkenntnissen mögliche Prädiktoren für ein gutes THS-Ansprechen und optimale THS-Kandidat*innen deduzieren zu können. Über die rein motorischen Therapieergebnisse hinaus werden in der Mehrzahl der Arbeiten dieser Schrift auch lebensqualitative Daten inklusive Schmerz als Kernsymptom der Dystonie und Erhebungen zum Einfluss der THS-Ergebnisse auf die Stimmung und Kognition erhoben, da die erfolgreiche Behandlung der Dystonie sich neben einer reinen Verbesserung in motorischen Krankheitsskalen durch eine Reduktion von Stigma, Schmerz und eine Zunahme an Partizipation auszeichnet.

Unser Wissen über die Wirkungsweise von Krebsmedikamenten beruht zu einem sehr großen Teil auf Ergebnissen aus experimentellen Modellen, die den Wirkmechanismus in vivo nur unzureichend reproduzieren. Diese Arbeit beleuchtet die essenzielle Rolle des experimentellen und biologischen Kontexts für das Verständnis zellulärer Prozesse und die Entwicklung von Krebsmedikamenten. Sie zeigt auf, wie ungeeignete In-vitro-Modelle und statische Messmethoden zu fundamentalen Fehlinterpretationen in der pharmakologischen Forschung führen können und, umgekehrt, die Forschung im direkten Gewebskontext zur Entwicklung neuer Biomarker und einem besseren Verständnis der Wirkungsweise von Medikamenten führt: • Methodische Verzerrungen: Am Beispiel der mitotischen Spindelbildung zeigten wir mittels mathematischer Modellierung und Zeitraffer-Experimenten, dass isolierte Endpunktmessungen – wie sie oft in großen Screeningstudien verwendet werden – dynamische Prozesse in der Biologie verfälscht wiedergeben und dies zu fundamental falschen mechanistischen Modellen führen kann. • Wirkmechanismen von MTMs: Die klinische Wirksamkeit von Mikrotubuli-bindenden Medikamenten (MTMs) wird klassischerweise durch eine gezielte Induktion von Apoptose in sich teilenden (mitotischen) Krebszellen erklärt. Mithilfe neu etablierter In-vivo-Pipelines und von 3D-Zellkulturmodellen (Sphäroide) konnten wir zeigen, dass MTMs im komplexen Gewebekontext spezifische, nicht-mitotische Anti-Tumor-Effekte entfalten, die in konventionellen 2D-Kulturen nicht nachweisbar sind. • Klinische Biomarker: Im Bereich der klinisch orientierten Anwendung wird in Untersuchungen an Patientinnengewebe das Surrogatprotein Rad51 als verlässlicher prädiktiver Biomarker bestätigt, um die Wirksamkeit neoadjuvanter Chemotherapien bei dreifach negativem Brustkrebs (TNBC) vorherzusagen. Die Ergebnisse unterstreichen einen notwendigen Paradigmenwechsel in der Onkologie – weg vom reinen molekularen Reduktionismus hin zur Systembiologie. Das Verhalten von Tumoren wird maßgeblich durch ihr Mikromilieu (Microenvironment) bestimmt. Für eine erfolgreiche translationale Forschung sind daher dynamische Messungen, 3D-Organoidmodelle und moderne räumlich augelöste („spatial“) Technologien unerlässlich. Diese Entwicklung markiert zugleich eine Renaissance der experimentellen Pathologie mit dem Schwerpunkt der Erforschung der Gewebearchitektur als integratives Bindeglied zwischen Klinik und Molekularbiologie.

CRISPR-based gene editing technologies offer promising approaches for cause-oriented therapies to cure monogenic diseases by deletion, insertion or replacment of sequences in the genome of proliferating cells. While most types of edits can be also installed in post-mitotic cells, such as human cardiomyocytes, large-scale sequence replacement is not possible in these cells. The reason for this gap is the low activity of the homology directed repair (HDR) pathway in non-proliferating cells, which is essential for the replacement of larger sequences. However, Homology Independent Replacement of Sequences (HIROS) and Prime Editing (PE) stand out from the other CRISPR-based technologies in that they function independently of HDR. Both technologies could therefore also perform genomic replacements in post-mitotic cells, making them particularly attractive for correcting pathogenic variants in cells and organs that are unable to proliferate, such as the human heart. Although congenital heart defects, such as dilated cardiomyopathy (DCM), count to the most common and severe diseases, the suitability of HIROS and PE for correcting patient-derived mutations in a post-mitotic human cardiac model has not yet been adequately investigated. This study explores the potential of HIROS and PE to correct patient-derived mutations in the LMNA (c.348dup) and RBM20 (c.1898C>T and c.1901G>A) genes in human induced cardiomyocytes (hi-CMs), the variants most often detected in patients with hereditary DCM. HIROS corrected the LMNAc.348dup-mutation in 13% of alleles, thereby rescuing the expression of the Lamin proteins A and C (Lamin A/C), but was unable to target the RBM20 locus. In contrast, PE corrected the RBM20c.1898C>T-mutation in 34.8% of reads in hi-CMs , which restored RBM20’s nuclear localization and normalized cardiac splicing of the calcium/calmodulin-dependent protein kinase II delta (CAMK2D) transcript. Simultaneously, PE efficiency of the LMNAc.348dup- and RBM20c.1901G>A mutations remained low (1.05% and 4.6 %). Altogether, this work provides evidence for the feasibility of HIROS and PE to install therapeutic genetic edits in non-proliferating hi-CMs, a physiologically relevant, post-mitotic human model for DCM. The variance in editing efficiencies between the two technologies highlights their complementarity, thereby expanding the spectrum of correctable mutations. Finally, the step-by-step pilot experiment series described in this work provides a blueprint for establishing HIROS and PE in primary cells, paving the way for treating LMNA and RBM20-associated DCM and other hereditary cardiac diseases.

Thylakoid-bound ascorbate peroxidase (tAPX) is a core component of the chloroplast antioxi-dant network and is localized to the stromal side of the thylakoid membrane. In addition to its established role in hydrogen peroxide detoxification, tAPX has been linked to NDH-dependent cyclic electron transport. However, its molecular interaction landscape, diurnal regulation, and spatial organization within thylakoid membrane domains remain largely unresolved. This dissertation investigates the interaction-dependent regulation and spatial organization of tAPX by integrating proximity proteomics, targeted interaction analyses, diurnal protein and transcript profiling, and native complex fractionation. A workflow combining thylakoid isola-tion, DSP-mediated crosslinking, affinity purification, and mass spectrometry identified a high-confidence set of tAPX-associated proteins. From this set, PIFI, HCEF1, CLPP1, and CLPP4 were selected for further analysis. Yeast two-hybrid assays demonstrated direct interactions between tAPX and all four candidates, while native in planta reverse pull-down experiments confirmed stable tAPX-PIFI and tAPX-HCEF1 complexes in thylakoids of Arabidopsis thali-ana. Reciprocal recovery of HCEF1 and PIFI further supports the presence of an associated subcomplex, consistent with an overlapping interaction module involving all three proteins. Diurnal analysis revealed that tAPX transcript abundance remains largely constant throughout the day, whereas tAPX protein abundance increases during the light phase and declines there-after, indicating post-transcriptional regulation. Analysis of interaction partner-deficient mu-tants revealed distinct tAPX-associated phenotypes. In pifi mutants, the distribution of tAPX across native thylakoid fractions was altered, whereas clpp4 mutants showed changes in overall tAPX protein abundance. Sucrose density gradient fractionation and native gel analyses demon-strated that tAPX is distributed across multiple thylakoid membrane complex populations and partially co-fractionates with PIFI and HCEF1. Notably, this distribution is dynamically regu-lated over the diurnal cycle, with the broadest association observed around mid-day. Together, these findings support a model in which tAPX is not a static component of the thylakoid membrane but a spatially dynamic redox enzyme whose association with native thylakoid complexes is modulated by specific interaction partners. This work positions tAPX at the interface between antioxidant defense and cyclic electron transport and highlights spatial organization of thylakoid membranes as an additional layer of chloroplast redox regulation.

Spintronics (short for spin-based electronics) is an active research field, which focuses on the spin of electrons alongside their charge. In terms of fundamental research, spin dynamics and the interactions between spins and other degrees of freedom are highly interesting. On the other hand, spintronics has the potential for developing next-generation technologies with unprecedented efficiency and data storage capabilities. With rapid advances in information technology and data transmission, spintronic operations are likely required to proceed at terahertz (1 THz = 10^12 Hz) frequencies, including the manipulation, transport and detection of spins. In this thesis, we address the mechanisms of ultrafast spin torques and their potential applications in magnetic materials. Our main tool for this goal are THz-pump optical-probe experiments, where single-cycle electromagnetic pulses with THz frequencies are used to excite magnetic thin films. The resulting sample response is probed by the polarization change of femtosecond optical pulses. We first study a model system, consisting of metallic thin film with an embedded ultrathin ferromagnetic (FM) layer. The Zeeman torques on the FM layer can be used to map the THz magnetic field with nanometer precision and reveal a surprisingly sharp drop of the field amplitude over the metallic film, with implications for the study of inhomogeneous spin dynamics. The main focus lies on the metallic antiferromagnet (AFM) Mn2Au, which is a promising candidate for spintronics due to its high ordering temperature, terahertz spin dynamics and strong spin-orbit coupling. Remarkably, electric rather than magnetic fields can be used to control the magnetic order in this material through so called Néel spin-orbit torques (NSOTs), yet the dynamics of this process have remained elusive. In our experiments with thin films of magnetically prealigned Mn2Au, we observe signals that can be consistently attributed to a NSOT-driven magnon mode with a frequency of 0.6 THz. The non-linear mode dynamics suggest that spins are deflected by up to 30° from their initial orientation, which suggests potential for 90°-switching within picoseconds for only moderately increased field strengths. Motivated by this prospect, we identify the key requirements to achieve and observe ultrafast switching in experiments: i) external control over the AFM spin order, ii) fully calibrated magneto-optical probes to access the spin dynamics, and iii) increase of the electric field strength inside the AFM film. We show that, in an exchange-spring system Mn2Au|Py, with a thin ferromagnetic layer of Py (Permalloy, Ni80Fe20), the AFM order can be controlled by small external magnetic fields, which greatly simplifies the detection of magnetic signals and enables full calibration of the system's magneto-optic response. Having fulfilled requirements i) and ii), the electric field inside the AFM is increased by microstructuring the film into resonant THz antennas. We find that antennas exposed to strong single-cycle pulses display permanent changes of the spin-order consistent with NSOT-switching. Finally, pump-probe experiments on exchange-spring antennas provide hallmarks of single-shot switching within only a few picoseconds. Our results therefore mark a milestone on the path towards antiferromagnetic spintronic devices operating at terahertz frequencies.

This dissertation is an exploration of the working woman in visual culture of the Progressive Era. Moving across a series of photographic archives, from the popular magazine press to sociological studies, early industrial betterment photography, and eventually the Triangle Factory fire coverage, it argues that working women in Progressive Era America struggled to find adequate representation and agitate for change, caught, as they were, in an affective and sentimental benevolent gaze which, paired with the rapid ascendance of photography as a source of empirical truth, was to shape their image in the public eye.

In der für diese Dissertation durchgeführten Studie wurde der Einfluss des Ergänzungsfuttermittels ARTHROSHINE® HA² mit hochdosiertem nicht-denaturiertem Kollagen Typ 2 (T2NDC®) als Hauptbestandteil auf die Rekonvaleszenz und Osteoarthroseprogression nach einer TPLO zur Therapie der kranialen Kreuzbandruptur bei Hunden mit einem Körpergewicht von 25-45 kg untersucht.

Fünfzig Patienten mit einer unilateralen kranialen Kreuzbandruptur wurden in die Studie aufgenommen und per Zufallsprinzip in zwei Gruppen aufgeteilt. Gruppe A wurde über den Untersuchungszeitraum von sechs Monaten nach der TPLO mit ARTHROSHINE® HA² supplementiert, wohingegen Patienten der Gruppe B keine Supplementation erhielten.

Neben der präoperativen Untersuchung erfolgten nach Durchführung der TPLO drei Kontrolluntersuchungen nach 6 Wochen, 12 Wochen und 6 Monaten postoperativ. Zu allen Untersuchungszeitpunkten wurden eine klinisch-orthopädische Untersuchung sowie röntgenologische Untersuchungen mit anschließender Auswertung und Bestimmung eines Osteoarthrose-Index durchgeführt.

Patienten der Gruppe A zeigten mit 12,96 ± 5,39 (Mittelwert ± Standardabweichung) Wochen zu einem signifikant früheren Zeitpunkt ein physiologisches postoperatives Gangbild als Patienten der Gruppe B mit 16,91 ± 6,84 (Mittelwert ± Standardabweichung) Wochen (p = 0,04). Des Weiteren konnte bei den Hunden, die ARTHROSHINE® HA² erhielten, eine signifikant langsamere Osteoarthroseprogression über den Untersuchungszeitraum festgestellt werden. Der Osteoarthrose-Index stieg bei Patienten der Gruppe A um durchschnittlich 0,27 ± 0,16 (Mittelwert ± Standardabweichung) von der präoperativen Untersuchung bis zur Abschlusskontrolle 6 Monate post OP an, verglichen mit durchschnittlich 0,45 ± 0,27 (Mittelwert ± Standardabweichung) bei Patienten der Gruppe B (p = 0,01).

Hinsichtlich Alter, Körpergewicht, Geschlecht, Meniskusläsionen und postoperativen Komplikationen bestanden keine signifikanten Unterschiede, was zu einer guten Vergleichbarkeit der Ergebnisse beider Gruppen führt. Das Produkt wurde durch die Patienten gut vertragen und es kam zu keinen Berichten von unerwünschten Wirkungen seitens der Patientenbesitzer.

Durch die verkürzte Rekonvaleszenz sowie die verlangsamte Osteoarthroseprogression kann ARTHROSHINE® HA² als additive Therapie nach einer TPLO bei Hunden in Betracht gezogen werden.

Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, drei nicht invasive Blutdruckmessgeräte (Doppler Vet BP, VET HDO MDPro ® USB+Tablet, petMAP graphic II™) mit der direkten Messung bei unterschiedlichen kardiovaskulären Zuständen bei gesunden Katzen in Narkose zu vergleichen. Weiterhin sollte geprüft werden, ob diese den Validierungskriterien des American College of Veterinary Internal Medicine entsprechen.

In einer prospektiven, unizentrischen und randomisierten Studie wurde der arterielle Blutdruck bei 21 Katzen (vorbehaltlich der Zustimmung des Patientenbesitzers) in Narkose während einer Kastration gemessen. Jene Katzen wurden zuvor in die ersten beiden Klassen der American Society of Anesthesiologists eingestuft. Die Manschetten des Doppler-Ultraschall-, HDO- sowie petMAP-Gerätes wurden für die nicht invasive Blutdruckmessung an den beiden Vordergliedmaßen oder an einer Hintergliedmaße nach Losverfahren angelegt. Aus fünf konsekutiven Messungen wurde der Mittelwert berechnet und mit dem Wert der invasiven Messung verglichen. Der arterielle Katheter war in der A. coccygea mediana lokalisiert und wurde mit einem auf Herzbasis präkalibrierten elektronischen Druckwandler über druckstabile, flüssigkeitsgefüllte Infusionsleitungen verbunden. Es erfolgte eine regelmäßige Spülung mit heparinisierter Kochsalzlösung, um eine Thrombusbildung zu verhindern. Ebenso erfolgte ein Nullabgleich zum atmosphärischen Druck zu Beginn der Untersuchung. Der systolische (SAD), mittlere (MAD) und diastolische Druck (DAD) wurde kontinuierlich gemessen und mithilfe der Fotodokumentation festgehalten. Um einer Unter- bzw. Überdämpfung entgegenzuwirken, wurde die Pulsdruckkurve stetig visuell beurteilt und in regemäßigen Abständen „Fast-Flush-Tests“ vorgenommen. Die unterschiedlichen kardiovaskulären Zustände ergaben sich ausschließlich durch die Narkose und die operative Intervention. Die Einteilung der verschiedenen Blutdruckbereiche in Hypo-, Normo- und Hypertension erfolgte mithilfe des MAD, die in verschiedene Herzfrequenzbereiche in Brady-, Normo- und Tachykardie mithilfe der Herzfrequenz-Werte. Die statistische Auswertung wurde anhand der Bland-Altman-Analyse sowie der Korrelationsberechnung nach Spearman durchgeführt.

Von insgesamt 141 Messreihen mit jedem Gerät wurden 135, 133 und 136 gepaarte Messwerte für das HDO-, petMAP- und Doppler-Gerät erzielt. Das Bias und die Limits of Agreement (LoA: Bias ± 1,96 SD) und die Korrelation zwischen Doppler und direkter Messung für den SAD in Hypotension betrugen -7,89 mmHg ± 35,63 mmHg und 0,155. Zwischen HDO und direkter Messung betrugen sie in Hypotension 22,64 mmHg ± 45,90 mmHg und 0,004 (SAD); 17,65 mmHg ± 26,28 mmHg und 0,122 (MAD) sowie 13,20 mmHg ± 20,09 mmHg und 0,120 (DAD). Zwischen petMAP und direkter Messung betrugen sie in Hypotension 23,39 mmHg ± 39,20 mmHg und 0,123; 11,95 mmHg ± 17,83 mmHg und 0,437 sowie 4,73 mmHg ± 22,61 mmHg und 0,497.

Für den Vergleich in normo- und hypertensiven Bereichen ergaben sich mit dem Doppler-Ultraschall-Gerät für den SAD folgende Ergebnisse: -20,75 mmHg ± 37,88 mmHg und 0,541. Zwischen HDO und direkter Messung betrugen Bias, LoA und Korrelation für den SAD, MAD sowie DAD -5,43 mmHg ± 29,95 mmHg und 0,708; -8,33 mmHg ± 25,82 mmHg und 0,800 sowie -9,73 mmHg ± 27,44 mmHg und 0,681. Zwischen petMAP und direkter Messung betrugen sie 19,57 mmHg ± 37,29 mmHg und 0,617; 5,56 mmHg ± 26,27 mmHg und 0,769 sowie -2,33 mmHg ± 24,97 mmHg und 0,792.

Alle drei Geräte konnten bei keinem der untersuchten kardiovaskulären Zustände eine gute Übereinstimmung mit der direkten Messung erzielen. Keines der Geräte erfüllt die Richtlinien des ACVIM. Somit kann die Nutzung der Geräte bei gesunden, narkotisierten Katzen nicht empfohlen werden. Das petMAP lieferte noch die besten Ergebnisse.

Dendritic cells (DC) are a diverse family of cells which play a central role in detecting pathogens and coordinating the subsequent host immune response. DC subsets are conserved among mammals, however there are considerable species-specific differences. The domestic pig is of great importance as a livestock animal, and the use of the pig as a biomedical Research model has also become increasingly prominent. However, the roles of porcine DC subsets have not previously been examined in an infection context.

Toxoplasma gondii and Ascaris spp. are zoonotic parasites which are common in pigs and together infect billions of humans worldwide. Here we investigated the responses of porcine DC subsets upon ex vivo exposure to T. gondii tachyzoites and Ascaris suum excretory/secretory products (E/S). In mice and humans, conventional DC (cDC) produce interleukin (IL)-12 following T. gondii exposure, which drives interferon-gamma (IFN-γ) production by natural killer (NK) and T cells. In contrast, porcine DC did not produce IL-12 following stimulation with T. gondii tachyzoites, but did produce IL-18, which synergized with IL-12 to induce IFN-γ production by NK cells. When exposed to A. suum E/S, porcine cDC1 no longer responded to toll-like receptor ligation with enhanced cell survival and upregulation of co-stimulatory molecules. Similarly, A. suum E/S suppressed cytokine production by porcine plasmacytoid DC (pDC), and E/S-treated DC induced less IFN-γ production by co-cultured T cells. These results broadly correspond to findings from human monocyte-derived DC, but provide additional insight into the subset-specific modulation of cDC subsets by A. suum E/S.

The responses of porcine DC to T. gondii exposure differ considerably from human DC. However, the differential modulation of porcine DC subsets by A. suum E/S illuminates a mechanism which may also be relevant in human Ascaris infection. Avoiding overreliance on a single animal model is vital for correctly understanding mammalian and human immunity. Here we demonstrate that the pig is a viable additional model for studying DC subset responses to infection.

Cytochrome c oxidase (CcO) is the terminal enzyme in the respiratory electron transport chain in mitochondria and is located within the mitochondrial membrane. CcO couples electron donation to proton transfer. This transfer occurs from the N-side to the P-side, maintaining a functional proton gradient across the membrane space. Likewise, it reduces molecular oxygen to water. The generation of the proton transmembrane gradient is used and regulated by the ATP synthase, which produces energy molecules called ATP (Adenosine-5′-triphosphate). Therefore, CcO has been studied for decades to answer the remaining questions about (i) how the redox state of its binuclear center (BNC) regulates proton uptake in its transition from oxidized to reduced state (O → R) via the K-channel, and (ii) how arginine 473I (R473I) is involved in electron-proton transfer. To address these questions, a surface cysteine-less (cysless) CcO homolog of Paracoccus denitrificans was expressed, and diverse mutations were introduced to study the proton and conformational dynamics. Additionally, a single mutation was introduced in the BNC region to examine changes in the local electric field upon reduction. To evaluate the hypothesis of cooperative proton uptake through a proton-collecting antenna involving different residues, three amino acids around the K-channel entrance were mutated to alanine, a nonpolar amino acid (H526IA, H73IIA, and E78IIA) in a surface cysteine-free background. These residues were selected because their side chains are protonable and are located near the K-channel entrance. They are also involved in forming a hydrogen-bond network that regulates proton uptake. These residues were mutated individually or in multiple combinations. Furthermore, a fluorescence probe was introduced via the thiol group of the cysteine mutation in the P301I residue. The fluorescence sensor aimed to monitor the local polarity, protonation, and conformational dynamics. Steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy measurements revealed different turnover rates for the single, double, and triple mutants, which were altered by the detergent gradient. Moreover, each mutation showed distinct protonation dynamics and conformational changes. The double mutation H526IA/H73IIA showed no change in the ∆pKa, a low turnover rate, and constrained conformational changes during the O → R transition upon K-channel activation. These findings suggest that the residues form a finely tuned hydrogen-bond network that controls proton uptake at the K-channel surface and affect long-range electrostatic changes from the BNC to the N-side surface. Subsequently, the role of R473I within the BNC was studied using UV-Vis and electrochemical infrared spectroscopy. Three different CcO proteins were used for this study: wild type (WT), surface cysless-WT (CS-WT), and R473IC. Likewise, carbon monoxide (CO) was used as a probe to monitor redox changes. The R473IC mutant exhibited a lower turnover rate. It also displayed notable changes in the distribution of heme bands in the UV-Vis spectra. These changes also occurred in the presence of CO in the reduced state, as observed in the UV-Vis assays. In contrast, electrochemical IR spectroscopy experiments did not reveal conclusive changes in the CO-binding spectra, the amide I and II bands, or the redox potential. This implies that the effects are primarily local electrostatic changes. These results suggest that R473I is not essential for the overall function of the CcO protein, though it is necessary for maintaining the optimal redox cycle equilibrium and electron transport in the BNC. Overall, these results propose the existence of a cooperative surface network, consisting of specific amino acids (histidines and glutamic acids), which regulates the proton uptake in the vicinity of the K-channel. Meanwhile, R473I modulates the electrostatic environment of the BNC. Together, these findings provide new insight into the mechanistic link between surface proton-collection dynamics and the internal electrostatic field contributing to redox-coupled proton pumping in cytochrome c oxidase.

In der Arbeit wird die Vergangenheit selbst als Forschungsgegenstand angesehen, diese aus einer kulturwissenschaftlichen Perspektive betrachtet und als ein Symbolsystem verstanden. Deren einzelne Elemente bekommen ihre Bedeutung – einmal durch ihre Beziehung zu anderen Elementen, ein anderes Mal sind sie für jemanden von Bedeutung. Es wird von einer relationalen Sichtweise ausgegangen, die sich von einer substantialistischen unterscheidet. Die Vergangenheit selbst ist transzendent und somit nicht empirisch untersuchbar, sie wird aber über Relikte (materielle Kultur) wahrgenommen und diese lassen sich als Mittler (Medium) zwischen Uns und der Vergangenheit ansehen. Diese Erkenntnisse werden im weiteren Teil der Arbeit im Bezug zu unserer Sichtweise über die Vergangenheit erörtert. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts endete nach über 450 Jahren die Phase des europäischen Kolonialismus und immer mehr Länder wurden unabhängig. Auch indigene Völker bekamen mehr Rechte zugesprochen. Im Zuge dessen kam es zu einem verstärkten Interesse an der Vergangenheit, die nun als multivokal und partikularistisch wahrgenommen wurde. In Folge dessen wurden die evolutionistischen Darstellungen reflektiert, bei denen die außereuropäischen Kulturen unsere Vorzeit repräsentieren sollen. Sie zeigen nicht den Fortschritt Europas, sondern sind ein Produkt der Globalisierung und lassen sich als Ergebnis einer Verflechtungsgeschichte verstehen. Die partikularen Darstellungen lassen sich als mythologische und substantialistische Urprungserzählungen ansehen, da jede soziale Gruppe ihre eigene primordiale Erzählung hat und sich dadurch von den Nachbarn unterscheidet. Als kulturwissenschaftliches Erklärungsmodell bietet sich die Theorie vom kulturellen Gedächtnis an. Dieses wird unterteilt in Speichergedächtnis (kein Bezug zur Gegenwart) und Funktionsgedächtnis (bildet Identität der Gruppe), letzteres (Unsere Vorzeit) beinhaltet einen kleinen Teil des ersten und seine Elemente sind austauschbar. Somit sind die primordialen Erzählungen als jeweiliges Funktionsgedächtnis einer Gruppe anzusehen, das sich auf Erinnerungsorte bezieht und als Erinnerungskultur sichtbar wird.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Chinesischen Yams Pflanze Dioscorea polystachya. Diese faszinierende Pflanze aus der Familie der Dioscoreaceae ist aufgrund mehrerer Faktoren von Interesse. Wegen ihrer stärkehaltigen Knollen wird sie als Nahrungsmittel eingesetzt. Neben dem daraus resultierenden hohen Nährwert hat die Chinesische Yams jedoch auch ethnobotanische und ethnopharmakologische Relevanz. Sie Bestandteil verschiedener Arzneipflanzenzubereitungen in der Traditionellen Chinesischen Medizin und der Afrikanischen Zulu-Medizin. Die therapeutischen Einsatzgebiete sind ebenso vielfältig wie ihre phytochemischen Verbindungen. Am interessantesten ist dabei die Anwendung bei Diabetes und zur Linderung postmenopausaler Symptome. Die gesundheitsfördernden und ernährungsphysiologischen Eigenschaften zeigen die gesellschaftliche Bedeutung der Pflanze und ihr besonderes Potential. Sie sind ein wesentlicher Treiber, die Kultivierung der Pflanze auch außerhalb ihrer natürlichen Anbaugebiete, den tropischen und subtropischen Regionen, zu fördern. Ihr Anbau in Deutschland trägt zur Biodiversität bei und ist daher richtigerweise auch in der nationalen Bioökonomiestrategie der Bundesregierung angesiedelt. Die Kultivierung der Chinesischen Yams ist hierzulande noch kosten- und zeitintensiv. Sie muss verbessert werden, um das Potential der Pflanze auch tatsächlich in relevantem Umfang nutzbar zu machen. Dieser Herausforderung stellt sich die vorliegende Arbeit und das damit zusammenhängende EKO-YAM Projekt. Sie verfolgen das Ziel, eine kosteneffiziente und nachhaltige Anbaumethode zu entwickeln, um die Yams auch hierzulande als Nahrungspflanze etablieren zu können. Mit Blick auf die pharmakologisch interessanten sekundären Metaboliten liegt ein weiteres Ziel darin, den Einsatz der Yams als phytopharmazeutischen Rohstoff zu ebnen. Im Rahmen dieser Dissertation und des EKO-YAM Projektes wurden vier verschiedene Anbaumethoden getestet und verglichen: mobile Hochbeete, der Anbau in Gräben und in aufgeschütteten Hügeln und der Rinnenanbau. Für den Vergleich wurde unter anderem der Gesamtgehalt an sekundären Metaboliten, der primären Metaboliten aber auch der Chromgehalt der Knollen herangezogen. Flankierend erfolgten eine wirtschaftliche Auswertung und eine ganzheitliche Betrachtung der Kultivierung der Pflanze. Während der Untersuchungen zeigte sich, dass einige Blätter eine auffallende gelbe Verfärbung hatten. Der Ursache wurde nachgegangen, um einen optimalen Anbau der Pflanze in Deutschland zu gewährleisten. Die Techniken, welche bei den Untersuchungen zum Einsatz gekommen sind, waren vor allem die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, die Atomabsorptionsspektrometrie, aber auch die Gaschromatographie, die Dünnschichtchromatographie und die Massenspektrometrie. Die Ergebnisse resultierten in insgesamt vier experimentellen Artikeln. Diese Arbeit legt den Grundstein für den Prozess der Etablierung als funktionelles Lebensmittel und phytopharmazeutischen Rohstoff von Dioscorea polystachya.

Parasitic infections represent a significant global health burden. Simultaneously, parasitic infections have been found to exert a regulatory influence on the host’s immune system by modulating immune responses and dampening inflammation as part of their survival strategy, providing mechanisms, that could be exploited for drug development in autoimmune diseases and allergic reactions. Therefore, the intricate interplay between parasitic organisms and their hosts remains a subject of intense research. Heligmosomoides Polygyrus, a naturally occurring model organism, that has emerged as a valuable tool for studying host-parasite interactions and immunoregulation due to its well characterized life cycle and its relevance to gastrointestinal autoimmune diseases in mammals is used here. In spite of the largely characterized composition and effects of H. polygyrus Excretory–Secretory Antigen on the host, little is known about the parasites defense mechanisms or metabolic pathways. This study employs multi-photon Nicotinamide Adenine Dinucleotide (Phosphate) Oxidase (NAD(P)H) Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) to shed light on the dynamic metabolic interactions and relationship between live intestinal nematodes and their host that plays a pivotal role in survival, pathogenicity and a fundamental understanding of immunological processes. The group around Prof. Dr. Niesner characterized the fluorescence lifetimes of NAD(P)H bound to 12 key co-enzymes around Pyruvatdehydrogenase (PDH) and Lactate Dehydrogenase (LDH), that take part in energy metabolic pathways, (like TCA), that in turn not only indicates cell respiration but also inflammation. This allows us to conclude indirectly the predominant metabolic pathway in the measured voxel. We successfully established a preparation pipeline for measuring two photon NAD(P)H FLIM of live nematodes in the explanted murine small intestine that can be defined as in-vivo like [Liublin, Rausch, Leben, Liebeskind, et al. 2023]. We have proven that with our pipeline the metabolic pathways and the occurrence of NAD(P)H mediated ROS in healthy mice, as well as the activity of tissue types of interest as the ratio between bound and free NAD(P)H of explanted duodenum are comparable with the activity of life tissue, paralleling literature. We have measured the preferred cell respiration and NOX/DUOX 1 2 abundance in segmented worm and host tissue over two weeks at four critical time-points during the acute phase of infection. Findings reveal that the nematodes show distinct metabolic signatures during the acute phase of the disease (14 days Post Infection (PI)) that suggest an adaptation to the host environment. From a more dormant state at day 6, the metabolic activity of the parasites increased steadily. These signatures further involve alterations in the RedOx state to cope for needs in energy production due to their moving patterns along their maturation and development. A steady shift from an anaerobic-glycolysis-respiratory-like pathway to an aerobic-glycolysis / Ox-Phos-like pathway is observable in the parasite over the cause of acute infection. At the same time the occurrence of ROS rises dramatically in segmented worm tissue in that same time frame. Parallel, defense reactions that are hijacked by the parasite to facilitate their survival and proliferation are identified in the host. An observable, initial strong increase in oxidative stress during the first days of infection in the host tissue is measurably reduced from day 10 onward (occurrence as % of measured and segmented, normalized to 100 μm3 tissue), paralleling literature. Our data on cell respiration in the early phase of acute infection shows that the host is producing energy less via anaerobic-glycolytic-like pathways, however, by day 14 the host’s metabolism reverts into its initial, healthy state, comparable with its respiration at day 6 PI. High demand and expression of Alcohol Dehydrogenase in stressed or wounded gut tissue can be measured, also paralleling literature. In summary, this research presents a novel application of multi-photon NAD(P)H FLIM in the context of parasitology, offering a deeper understanding of the metabolic adaptations employed by intestinal nematodes and their implications for host-parasite interactions, highlighting the feasibility and potential of this spatially resolved method as a powerful tool. This work additionally addresses viscosity changes in host mucus as another immunological interaction process and lays the foundation for deeper experiments with preliminary measurements of divers methods.

Jedes Bundesland in Deutschland hat entweder eine Verordnung oder ein Gesetz zur Haltung von Hunden erlassen. In fast allen dieser Verordnungen oder Gesetze werden bestimmte Hunderassen nur aufgrund ihrer Zugehörigkeit zu einer Rasse in einer Liste aufgeführt und reglementiert. Es gilt für diese Hunderassen Leinen- und Maulkorbpflicht, erhöhte Hundesteuer und häufig auch ein Fortpflanzungsverbot. Weiterhin muss der Hundehalter einige Bestimmungen erfüllen, um solche Hunderassen überhaupt halten zu dürfen. Kommt eine der reglementierten Hunderassen z.B. ins Tierheim, machen oben genannte Auflagen es möglichen neuen Besitzern schwer, sich für eine solche Hunderasse zu entscheiden. Medienberichte haben ebenfalls dazu beigetragen, dass das öffentliche Bild dieser Hunderassen negativ ist, so dass viele Menschen grundsätzlich Angst vor solchen Hunderassen haben. Im Urteil des Bundesverfassungsgerichtes 1778/01 aus dem Jahre 2004 wird empfohlen, die Hundebeißstatistiken in Bezug auf die einzelnen Rassepopulationen zu überprüfen und zu entscheiden, ob an der Reglementierung bestimmter Hunderassen festgehalten werden kann. Leider führen die meisten Bundesländer neben einer Beißstatistik keine Angaben zu den einzelnen Rassepopulationen. Ohne die Angabe zu den einzelnen Rassepopulationen kann keine statistisch fundierte Aussage zu den Beißvorfällen getroffen werden. Die Datenlage und die verschiedenen Vorschriften in den einzelnen Bundesländern sind nach den Ergebnissen dieser Untersuchung sehr unterschiedlich und daher nur bedingt vergleichbar. In Deutschland gab es im Untersuchungszeitraum dieser Arbeit insgesamt 2933 Bissvorfälle an Menschen, keiner davon mit Todesfolge. Nach den Ergebnissen einer im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Klinikumfrage zählen bei den Kindern die Altersgruppe der 5-9 Jährigen und bei den Erwachsenen die Altersgruppe der 25-64 Jährigen Personen zu den am meisten gefährdeten Personengruppen. Am häufigsten waren bei den Kindern Verletzungen von Kopf und Händen, und bei den Erwachsenen Verletzungen von Händen und Beinen. Gebissen wurden Personen in der Regel entweder durch den eigenen oder aber einen bekannten Hund, es spielen daher offenbar andere Faktoren als die Rassezugehörigkeit eine Rolle. Rasselisten werden Beißvorfälle nicht reduzieren können. Ein alternativer Ansatz für die Bissprävention ist in Anbetracht der vielen verschiedenen Faktoren, die für Bissverletzungen eine Rolle spielen, Menschen und insbesondere Kinder schon früh mit dem Verhalten von Hunden vertraut zu machen. In Niedersachsen wurde dies bereits über die Implementierung eines Pflicht-Hundeführerscheins für alle Hundebesitzer umgesetzt. Für Kinder gibt es ebenfalls bereits freiwillige Programme, so etwa den „Blauen Hund“ (Verbeke 2007). Wird also gesetzlich versucht, Hundebisse über eine Reglementierung der Hunderassen zu reduzieren, wird man kein Rückgang der Bisse erzielen. Die vorliegenden Ergebnisse konnten zeigen, dass es keine Hunderasse gibt, die statistisch mehr beißt im Vergleich zu allen anderen Hunderassen. Auch geschehen die meisten Beißvorfälle mit einem bekannten oder dem eigenen Hund in direkter Interaktion. Deshalb muss gesetzlich an der Verbesserung der Mensch-Hund Beziehung angesetzt werden, u m Beißvorfälle reduzieren zu können.

This thesis investigates the use of plant-derived bioactive compounds and fibrous agro-industrial by-products as sustainable dietary strategies to support gastrointestinal health and function in monogastric animals. Two complementary studies were conducted in broiler chickens and weaned piglets to assess whether such ingredients can modulate digestive physiology, nutrient utilization, or microbial ecology without compromising growth performance. In the first study, broiler chickens were fed a basal diet or diets supplemented with increasing concentrations of a white GME (200, 750, and 1,500 mg polyphenols/kg). GME supplementation did not markedly affect growth performance or apparent ileal digestibility of most nutrients, although FCR showed a tendency to increase at higher doses. Intestinal morphology was largely unchanged, but GC numbers increased in the medium and high GME groups, indicating potential modulation of mucosal protective mechanisms. No alterations were observed in jejunal expression of inflammatory markers, mucins, or tight junction proteins, nor in breast muscle antioxidant capacity. Ussing chamber analysis revealed reduced jejunal tissue conductance after glucose addition in the medium and high GME groups, suggesting subtle effects on epithelial transport. Overall, GME exerted no adverse effects at any tested inclusion level. The second study evaluated the nutritional and physiological impact of including three fibrous by-products (carrot pomace, brewers’ spent grain, and carob pods) at 8 % of the diet in weaned piglets. Growth performance, feed efficiency, and ileal digestibility of protein and AA remained unaffected. Intestinal morphology displayed minor, non-significant improvements in villus architecture with by-product inclusion. While total SCFA acid concentrations in the colon were unchanged, shifts in fermentation patterns were observed, with increased acetate production in piglets fed carrot pomace or carob pods at the expense of propionate. Microbiota profiling revealed moderate but distinct changes, including higher Bifidobacterium spp. abundance in the carrot pomace group, reduced Ruminococcaceae UCG 005 across all by-product diets, and greater microbial richness with carob pods. Collectively, the findings show that polyphenol-rich GME in broilers and fibrous by-products in piglets can be safely included in monogastric diets without compromising performance, while modestly influencing gut morphology, epithelial function, or microbial ecology. Although neither study produced strong physiological or performance responses under high-health experimental conditions, they provide important insights into the functionality and context dependency of plant-based feed ingredients. The work highlights key research needs, such as challenge models, early-life longitudinal designs, multi-omics profiling, dose-response validation, and mechanistic links between microbial metabolism and host function, and establishes a foundation for future studies better tailored to the expected modes of action.

In this thesis, we study obstructions that arise in problems originating from geometry and topology. For us, these obstructions are cohomological and, aside from computing them to obtain solutions to our problems, we aim to understand the extent to which they govern the behavior of the underlying problems. Our results include bisections of mass assignments by parallel hyperplanes on Euclidean vector bundles, complex analogues of the (colored) Tverberg--Vrećica conjecture, a solution to the Goodman-Pollack problem of determining the necessary and sufficient condition for the existence of k-transversals to a family of convex sets in a Euclidean space, and a necessary and sufficient cohomological condition for splitting off line bundles from a vector bundle.

Monoacylglycerol lipase (MAGL) hydrolyzes the endogenous cannabinoid neurotransmitter 2-arachidonyl glycerol (2-AG) and plays a key role in two major physiological pathways: the endocannabinoid system and the release of fatty acids such as arachidonic acid. Its dysregulation is associated with diseases like Multiple Sclerosis, Alzheimer’s, Parkinson’s, and aggressive cancers. Consequently, MAGL inhibitors are under investigation for therapeutic applications. This work focuses on developing translational compounds to better understand MAGL’s role in (patho)physiological processes. Fluorescent probes that selectively bind to MAGL offer a great variety of biochemical and pharmacological applications. In the publication “Highly Specific Miniaturized Fluorescent Monoacylglycerol Lipase Probes Enable Translational Research” fluorescent probes are described. In this probe design, a part of the MAGL pharmacophore and the linker moiety are replaced by a boron-dipyrromethene (BODIPY) fluorophore, thereby resulting in small, less lipophilic probes. These miniaturized probes were successfully applied in binding assays, subcellular localization studies, flow cytometry, imaging in brain organoids, and even 18F-labeling. As a complementary approach, a robust ligand platform was developed, described in “A Highly Selective and Versatile Probe Platform for Visualization of Monoacylglycerol Lipase”, which shows high affinity and selectivity and supports reversible and irreversible binding modes and click chemistry applications. Furthermore, this thesis introduces heterobifunctional molecules such as MAGL PROTACs, described in “Highly Specific Reversible Monoacylglycerol Lipase PROTACs”. These compounds promote MAGL degradation via the E3 ligase Cereblon. Alternative modalities for investigating MAGL include Raman-active probes, biotin-linked compounds for assay applications, and ligand-directed covalent modifications of MAGL’s lysine side chains. Overall, these probes provide valuable tools that deepen the insights into the biochemical and pharmacological role of MAGL and support the development of new or improved therapeutic strategies.

The brain’s immense computational capabilities and complex nature are fundamentally based on the extensive molecular diversity found within its synapses. Synaptic molecular diversity arises from multiple layers, which comprise precise transcript processing, dynamic posttranslational modifications, and defined orchestration of the macromolecular assembly at the pre-and post synaptic membranes, tailoring the specialized functional attributes of individual synapses. At the presynaptic site, the efficiency and timing of synaptic vesicle (SV) release is modulated by the nanoscale organization of the Active Zone (AZ), which coordinates the physical coupling between voltage-gated Ca2+ Channels (VGCCs) and SV release sites. In Drosophila melanogaster, the AZ structure relies on the major scaffold protein Bruchpilot (BRP), whose N-terminal end mediates VGCCs clustering, while its C-terminal end is required for SV tethering. BRP is also crucially involved in the dynamic presynaptic remodeling of the AZ in the adult brain, essential for supporting memory formation. Despite the characterization and progressive understanding of the individual cytomatrix molecular components, comprehension of the principles governing AZ diversification across the Drosophila CNS remains scarce. Consequently, the ultimate connection between functional diversity of synapses and their molecular arrangements remains largely elusive. I here provide a systematic analysis of abundance and nanoscopic positioning of core AZ proteins - including Blobby, RIM-BP and BRP- within the different lobes of the mushroom body (MB), a central brain structure vital for higher-order functions such as learning and memory in adult Drosophila. Furthermore, this thesis bridges the differential distribution of AZ components between the lobes with their contribution to the formation of different forms of olfactory memory. The combination of proteomic, biochemical, and immunohistochemical approaches presented in the results section, moreover, provides a framework for discussing a broader spectrum of BRP isoforms. The potential significance of multiple BRP isoforms in modulating functional performance at specific synapse populations within the Drosophila CNS introduces novel hues of complexity into the AZ diversity picture. The eight new BRP monoclonal antibodies - whose characterization is integral part of this thesis - offer a wide array of possibilities to further explore the architecture, localization and plasticity roles of BRP and its isoforms at the AZ. In the concluding section of this thesis, I employed immuno-histochemistry, proteomics, and behavioral assays, to characterize the phenotype of BRP5.20 as a mushroom body-specific BRP isoform. I also provide evidence of presynaptic AZs, positive for BRP5.20, in KC dendrites within the calyx of adult Drosophila, confirming that they are not solely postsynaptic. The characterization of KC-specific BRP isoforms and their role in AZ plasticity appears promising, considering that a memory trace for olfactory conditioning is established at the AZs of KCs. Collectively, the results described in this thesis provide insights into the compartmentwise molecular heterogeneity of the AZ composition within the Drosophila mushroom body, and propose a frame of discussion bridging the nanoscopic diversity of the AZ with the configuration of specific memory circuits.