In this work the photoisomerization of the azobenzene-alkanethiol Az11 in self-assembled monolayers (SAMs) is investigated. Azobenzene is a so-called molecular switch that changes its molecular structure reversibly between the stable trans and the metastable cis conformation. Besides the thermal cis–trans isomerization, conversion between these two states is possible by optical excitation with light of two different wavelengths: UV light and blue light predominantly trigger trans–cis and cis–trans isomerization, respectively. When anchoring molecular switches to a surface, its properties can be reversibly changed by external stimuli. However, the switches need to be electronically decoupled from the substrate. This can for example be achieved by self-assembly of azobenzene-alkanethiols. In the resulting SAMs significant lateral interactions occur. This is in contrast to azobenzene in solution, where intermolecular interactions can be neglected. From literature it is known that the photoisomerization in such densely-packed SAMs is hindered. By diluting the azobenzene moieties on the surface with alkanethiol “spacer” molecules a significant isomerization is observed. By X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) it was verified that the concentration of impurities such as atomic sulfur or unbound thiols in the SAM is lower than approximately 3 %. Using near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS) we determined the average orientation of the azobenzene moieties: they are standing predominantly upright and are oriented more and more parallel to the surface if the density of azobenzenes in the SAM is decreased. By optical differential reflectance spectroscopy (DRS) we showed that strong excitonic coupling alters the absorption behavior of azobenzene: A blue-shifted excitonic band is formed. Its shift with respect to the monomer band is a function of the average distance between the azobenzene chromophores and their relative orientation. By examining the kinetics of the photoisomerization of a diluted Az11 SAM using NEXAFS we showed that upon illumination with UV light at least 50 % of the trans isomers are converted to cis, which is far better than in densely-packed SAMs. The efficiency of photoisomerization is in line with values reported for mixed azobenzene-alkanethiol/alkanethiol SAMs and still orders of magnitude better than for azobenzenes directly adsorbed on gold. By examining the kinetics of the photoisomerization with DRS we could show that the blue-shifted excitonic band, despite its significant intensity, does not contribute to the isomerization process. Instead, the isomerization is driven by chromophores that are not part of the aggregate, e.g., regions of disorder in between different domains of molecular arrangements.

Kinder aus sozial schwachen oder zugewanderten Familien weisen bereits beim Eintritt in die Kita geringere sprachliche Kompetenzen auf als Kinder aus privilegierten Familien ohne Zuwanderungshintergrund. Diese Entwicklungsverzögerungen wirken sich nachteilig auf die weitere Sprachentwicklung sowie den Schriftspracherwerb und die weitere Bildungsbiografie aus. Insbesondere motiviert durch die ersten PISA-Befunde wurden in Deutschland daher additive Sprachfördermaßnahmen implementiert, die Kinder mit besonderem Sprachförderbedarf besser auf die sprachlichen Anforderungen im Unterricht vorbereiten sollen. Die Effektivität additiver Fördermaßnahmen konnte bislang jedoch nicht belegt werden. Zudem stehen bislang keine adäquaten Instrumente zur Diagnostik eines besonderen Sprachförderbedarfs durch die pädagogischen Fachkräfte zur Verfügung. Mit der vorliegenden Untersuchung soll der Kenntnisstand zur Effektivität additiver Sprachförderprogramme sowie zur Validität verschiedener diagnostischer Instrumente erweitert werden. Die externe, quasi-experimentelle Evaluation des Sprachförderprogramms „Handlung und Sprache“ mit einem Prä-Post-Follow up-Design ergab keine positiven Effekte der Förderung auf die sprachlichen und frühen schriftsprachlichen Kompetenzen der geförderten Kinder. Eine Metaanalyse von Befunden deutscher Studien zur Wirksamkeit von phonologischen Fördermaßnahmen vor der Einschulung demonstrierte moderate Effekte auf die phonologische Bewusstheit. Allerdings konnten keine Effekte auf die Dekodierfähigkeit und nur geringe Effekte auf die Rechtschreibkompetenzen nachgewiesen werden. In einer dritten Untersuchung wurde die Klassifikationsgüte eines Sprachscreenings, eines Beobachtungsinstruments sowie eines informellen Urteils von pädagogischen Fachkräften zum Vorliegen eines Sprachförderbedarfs verglichen. Es zeigte sich, dass die einfacheren, aber auch unstandardisierteren Verfahren Beobachtung und informelles Urteil dem standardiserten Sprachscreening unterlegen sind. Die frühe Identifikation und Förderung von Kindern mit besonderem Sprachförderbedarf hat in Anbetracht der bestehenden Bildungsungleichheiten weiterhin eine große Bedeutung in Deutschland. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden daher eingehend hinsichtlich ihrer Implikationen für die pädagogische Praxis und die Forschung diskutiert.

The ability of classical thermodynamics to predict phenomena using only handful of parameters is miraculous. Moreover, this framework contrasts with other theories with its ability to describe our day to day experience, i. e. we know intuitively that an ice cube melts in a cold beverage on a hot summer day. A similarly powerful yet significantly less intuitive theory is quantum mechanics which describes the world at its tiniest length scales. Given this foundational position, we would expect to be able to derive all physical theories from quantum mechanics only. Unfortunately this would require knowing the quantum state of all particles which is costly as quantum mechanics requires resources growing exponentially in the system size to describe even relatively innocent many-body systems. Given this uncontrollable growth of parameters, it is highly desirable to apply the principles of thermodynamics to quantum many-body systems as a means to describe them ef- ficiently. Yet, the two theories are not obviously compatible. Subtle differences such as the definition of thermalisation already puzzled founding fathers like John von Neumann. While these have been understood by now, the focus shifted to gaining a thorough understanding of the process of thermalisation in the quantum regime, meaning that the state of the system can be described by a thermal ensemble locally after an initial out-of-equilibrium situation. In the recent past the field of quantum thermodynamics and specifically out-of-equilibrium dynamics has witnessed many successes notably the advent of highly controllable analogue quantum simulators which allow to probe out-of-equilibrium physics to an unprecedented precision. It has been established that thermalisation takes place in quantum many-body systems, but the underlying reasons and a comprehensive theory are still elusive. Only very recently, a class of systems exhibiting many-body localisation has been identi ed that defy this paradigm of thermalisation by localising their constituent particles despite many-body interactions. This can be captured using an effective description in terms of local constants of motion. Understanding the emergence of these physically relevant operators that hinder thermalisation hopefully sheds light also on the mechanism of thermalisation itself. In this thesis, we investigate the relation between thermodynamics and quantum mechanics in the context of out-of-equilibrium physics for many-body localisation. We give numerical evidence for the stability of localisation in large, closed onedimensional chains. Furthermore, we connect the established phenomenology of many-body localisation to experiments with ultra-cold atoms in optical lattices and give a blue print of measurements that can be performed with existing technology to show that the simulator indeed exhibits many-body localisation. We then set out to obtain a deeper understanding of the underlying theory of many-body localisation by devising an algorithm that explicitly constructs exact constants of motion allowing us to put the existing theoretical framework of many-body localisation to the test. It is our firm belief that understanding local constants of motion is indispensable to not only understand thermalisation in quantum many-body systems but is also of great use in other fields. A connection of this type is displayed by an extension of our algorithm to finding edge modes in spin chains with symmetry protected order.

In dieser kumulativen Habilitationsschrift werden eigene Arbeiten zusammengefasst, die sich thematisch mit der Objektivierung sensorischer Afferenzstörungen bei neuroimmunologischen Krankheitsbildern befassen. B-mode Ultraschall, eine in der klinischen Routine weit verbreitete Methode, wurde als objektives Untersuchungsverfahren zur Beurteilung der Pupillenfunktion etabliert, Normwerte von Pupillendurchmessern und Pupillenkonstriktionszeiten wurden für verschiedene Altersgruppen publiziert. Das frühzeitige Erkennen und Behandeln einer ON ist entscheidend, um irreversible Schäden des N. opticus zu verhindern. Eine Funktionsstörung des afferenten visuellen Systems bei Patienten mit ON ließ sich gut mittels B-mode Ultraschall objektivieren und quantifizieren. B-mode Ultraschall könnte als bildgebender Biomarker für ein RAPD und als Surrogat-Parameter für eine Läsion des N. opticus in klinischen Studien und in der Routinediagnostik Anwendung finden. In einer weiteren Studie wurde die visuelle Lebensqualität bei NMOSD und MS Patienten mit Zustand nach ON untersucht. Die Einschränkung an visueller Lebensqualität korrelierte mit dem Ausmaß an funktioneller und struktureller Schädigung des afferenten visuellen Systems, gemessen mittels OCT und Visus. Die Integrität des afferenten olfaktorischen Systems wurde bei der NMOSD, PPMS und AE in eigenen Arbeiten erstmals untersucht. Zusammenfassend erwies sich das Riechvermögen bei diesen seltenen neuroimmunoloigschen Krankheitsbildern als deutlich eingeschränkt, wobei wir dabei von unterschiedlichen Pathomechanismen ausgehen. Riechstörungen sind möglicherweise ein weiteres Symptom dieser phänotypisch sehr heterogenen Krankheitsbilder. Eine niederschwellige Riechtestung im Rahmen der differentialdiagnostischen Zuordnung sollte bei den untersuchten Krankheitsbildern in Erwägung gezogen werden.

Protein-RNA interactions play an important role in all post-transcriptional regulatory processes. High throughput detection of protein-RNA interactions has been facilitated by the emerging CLIP-seq (crosslinking and immunoprecipitation combined with high-throughput sequencing) techniques. Enrichments in mapped reads as well as base transitions or deletions at crosslink sites can be used to infer binding regions. Single-nucleotide resolution techniques (iCLIP and eCLIP) have been achieved by capturing high fractions of cDNAs which are truncated at protein-RNA crosslink sites. Increasing numbers of datasets and derivatives of these protocols have been published in recent years, requiring tailored computational analyses. Existing methods unfortunately do not explicitly model the specifics of truncation patterns and possible biases caused by background binding or crosslinking sequence preferences. We present PureCLIP, a hidden Markov model based approach, which simultaneously performs peak calling and individual crosslink site detection. It is capable of incorporating external data to correct for non-specific background signals and, for the first time, for the crosslinking biases. We devised a comprehensive evaluation based on three strategies. Firstly, we developed a workflow to simulate iCLIP data, which starts from real RNA-seq data and known binding regions and then mimics the experimental steps of the iCLIP protocol, including the generation of background signals. Secondly, we used experimental iCLIP and eCLIP datasets, using the proteins’ known predominant binding regions. And thirdly, we assessed the agreement of called sites between replicates, assuming target-specific signals are reproducible between replicates. On both simulated and real data, PureCLIP is consistently more precise in calling crosslink sites than other state-of-the-art methods. In particular when incorporating input control data and crosslink associated motifs (CL-motifs) PureCLIP is up to 13% more precise than other methods and we show that it has an up to 20% higher agreement across replicates. Moreover, our method can optionally merge called crosslink sites to binding regions based on their distance and we show that the resulting regions reflect the known binding regions with high-resolution. Additionally, we demonstrate that our method achieves a high precision robustly over a range of different settings and performs well for proteins with different binding characteristics. Lastly, we extended the method to include individual CLIP replicates and show that this can boost the precision even further. PureCLIP and its documenta- tion are publicly available at https://github.com/skrakau/PureCLIP.

Die an randomisierten klinischen (Zulassungs-)studien teilnehmenden Patienten werden nach strengen Ein- und Ausschlusskriterien selektiert und bilden somit nur einen kleinen Teil der im klinischen Alltag behandelten Patienten ab. Ziel dieser Habilitationsschrift war es, anhand der Daten des RABBIT Registers, die Bedeutung sogenannter Biologikaregister als Instrumente der Pharmakovigilanz darzulegen, sowie deren Schwächen und Limitationen aufzuzeigen. In den insgesamt sieben Arbeiten wird das Risiko unterschiedlicher unerwünschter Ereignisse unter verschiedenen Therapien verglichen. Es wird das erhöhte Risiko für das Auftreten eines Herpes zoster vor allem unter Therapie mit den monoklonalen TNF-Antikörpern Adalimumab und Infliximab im Vergleich zur konventionellen Standardtherapie (csDMARD) vorgestellt und in einer weiteren Arbeit das ebenfalls signifikant erhöhte Risiko für schwerwiegende bakterielle Infektionen unter Biologika (bDMARDs), das aber im Kontext mit weiteren konkurrierenden Risiken gesehen werden muss. Hinsichtlich der Entwicklung einer Sepsis oder Mortalität zeigte sich ein signifikant positiver Effekt, der mit bDMARD Therapie assoziiert war. Es wird das erhöhte Risiko für Perforationen des unteren Darmtraktes unter Tocilizumab aufgezeigt, sowie die unter dieser Therapie untypische klinische Symptomatik beschrieben. Bei der Untersuchung des Risikos für inzidente und rekurrente Malignome unter bDMARDs zeigte sich kein Unterschied im Vergleich zur konventionellen Standardtherapie. In den beiden letzten vorgestellten Arbeiten, die das Auftreten des Myokardinfarkts und vorzeitige Mortalität untersuchen, wird der signifikante Einfluss hoher inflammatorischer Aktivität auf das Auftreten dieser Ereignisse verdeutlicht. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Schwierigkeiten aufgezeigt, die sich bei der Auswertung von Längsschnittdaten und Beobachtungsstudien ergeben, aber auch mögliche Lösungsansätze diskutiert. Die Ergebnisse zeigen ein insgesamt positives Sicherheitsprofil der bislang zur Behandlung der rheumatoiden Arthritis eingesetzten bDMARD Therapien. Durch die adäquate Anwendung geeigneter statistischer Methoden war es möglich, über die ursprünglich im Fokus stehenden Risiken der medikamentösen Therapie hinaus, auch weitere mit dem Auftreten unerwünschter Ereignisse assoziierte Risikofaktoren zu identifizieren.

O presente estudo Perspectivas Pluriversais: A Poética de Relações de Clarice Lispector analisa a atualidade do pensamento da escritora brasileira no contexto contemporâneo interdisciplinar da Virada não-humana, com foco em vertentes do pós-humanismo, do neomaterialismo e da etnografia amazônica, dentre outros estudos pontuais em física e biologia. Partindo do pressuposto da impossibilidade de classificação unívoca de um grupo de textos como A paixão segundo G.H., Água Viva, A Descoberta do Mundo e Um Sopro de Vida, o trabalho propôs o termo entrescrita para analisar sua confluência sui generis de gêneros discursivos, definindo Lispector como uma escritora fictocrítica avant la lettre. A análise parte da desconstrução do conceito renascentista e moderno de “humano” operada na obra de Lispector, demostrando como este se estende ao conceito de pessoa no sentido das cosmologias ameríndias. Verificamos em sua escrituração um modus operandi que possibilita um diálogo produtivo com o perspectivismo multinaturalista de Eduardo Viveiros de Castro, de tal forma a configurar uma espécie de antropofilosofia. Desta reformulação, a escrita clariciana assume uma dimensão neo-materialista radical, pois atribui capacidade de inteligência e agentividade a seres não-humanos mínimos, teorizando literária e pós-humanisticamente a imbricação entre o material e o discursivo, prefigurando e complementando a teoria da intra-atividade da física Karen Barad. O projeto dialético de Lispector de reversão de narrativas canônicas como a religiosa e a científica enceta uma ferrenha crítica ao pensamento moderno, no sentido de Bruno Latour. Entendida na esteira da antropologia de Marylin Strathern, a noção de relação, tanto em nível interespecífico quanto discursivo interdisciplinar, permitiu nossa análise verificar a fecundação de um pensamento tentacular na obra da escritora brasileira, tal qual o conceito simpoiético de Donna Haraway. O termo “místico”, caro à sua fortuna crítica, foi ressignificado nesta pesquisa a partir de seu sentido etimológico de uma contiguidade humano/animal. Em seu desejo por convivência e aprendizado simbióticos e simétricos com alteridades terrestres, emergente de sua sensação de incompletude, identificamos na obra de Lispector uma nostalgia interespecífica positiva que dialoga com mitos ameríndios e anseia por uma ampliação de saberes corporais localizados. Nossa releitura de Clarice Lispector evidencia como sua escritura une discurso teórico e literatura, aprimorando o entendimento de relações interespecíficas e criando uma espécie de ontoética pós-antropocêntrica que nos faz voltar à pluralidade cosmogônica da existência e repensar nosso papel na configuração de uma postura mais inteligente e pluralista com outras espécies companheiras. Destarte, constamos o potencial de sua literatura de ampliar o paradigma dominante (antropocêntrico) do pensamento contemporâneo.

Der Schlaganfall ist definiert als ein akut auftretendes neurologisches Defizit und wird durch Verminderung des intrazerebralen Blutflusses und der Sauerstoffversorgung oder durch Hä-morrhagie verursacht. In der westlichen Welt gilt er nach wie vor als eine der führenden Todesursachen und Gründe für erworbene Behinderung. Neben der großen sozioökonomischen Belastung, die der Schlaganfall darstellt, mangelt es noch immer an suffizienten Behandlungsstrategien, um die Langzeitfolgen zu verbessern oder endogene Resilienzstrategien des Gehirns zu unterstützen. Aus diesem Grund wurde viel Forschung betrieben, um die Pathophysiologie und die molekularen Mechanismen des Schlaganfalls besser zu verstehen, und um potentielle Kandidaten zu identifizieren, die positiven Einfluss auf die Stresstoleranz von Gehirnzellen und speziell von Neuronen nehmen. Eine Strategie verfolgt das Ziel, evolutionär konservierte Selbstschutz- und -heilungskapazitäten des Gehirns zu identifizieren. Das Zinkfingerprotein 580 (Zfp580) ist ein Transkriptionsfaktor, der vielversprechende Charakteristika aufweist, um im Zusammenhang mit dieser sog. endogenen Neuroprotektion (Resilienzsteigerung) diskutiert zu werden. Als Teil der C2H2-Familie von Zinkfingerproteinen (Zfp) enthält das 172 Aminosäuren (AS) lange Protein eine C-terminale DNA-Bindungsstelle und einen prolinreichen N-Terminus, der Protein-Protein-Interaktion ermöglicht. In Endothelzellen ist das Protein bereits gut untersucht. Dort werden ihm angiogenesefördernde, antiinflammatorische und anti-apoptotische Eigenschaften zugeschrieben. Vor allem aber ist es seine zuträgliche Rolle in der Hypoxietoleranz von Myokardzellen, die es zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Schlaganfallforschung im Mausmodell macht. Dieses Projekt ist das erste uns bekannte, das sich zum Ziel gesetzt hat, die Expression und Regulation von Zfp580 in den Modellen der MCAo und OGD in Neuronen der Maus zu untersuchen. Wir konnten zeigen, dass das Protein in Neuronen des gesamten murinen Gehirns exprimiert wird, und dass Hypoxie zu einer raschen Herunterregulation des Proteins auf Protein- nicht aber auf mRNA-ebene führte. Wir konnten zudem zeigen, dass sich eine neuronenspezifische Reduktion der mRNA von Zfp580 durch lentivirale Transduktion von kleinen Zfp580-spezifischen Haarnadel-RNAs (shRNA) auf das Zellüberleben nach hypoxischem Stress auswirkte, also neuroprotektiv wirkt. Trotz dieser Ergebnisse erbrachte ein konstitutiver und zelltypübergreifender Knockout von Zfp580 keine Überlebensvorteile im kurzen Erholungsintervall nach MCAo bzw. OGD. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die schnelle und effektive Reduktion des Transkriptionsfaktors Teil einer endogenen Antwort der Neuronen auf ischämie-ähnlichen Stress ist. Ebenfalls wird deutlich, dass die Rolle von Zfp580 im Zusammenspiel intra- und interzellulärer Signalwege bei Hypoxie noch nicht endgültig verstanden ist. Trotz dessen ist Zfp580 ein Kandidat, der für eine medikamentöse Akutintervention im Falle des Schlaganfalls zu diskutieren bleibt.

Trust is a key feature of social interactions and central to interpersonal cooperation. Acts of trust are not only pivotal aspects of interpersonal cooperation and group cohesion, they also have important consequences for individual health and life expectancy. However, which social qualities of others foster trust, how individuals learn whom to trust, and how the brain integrates this information for optimal behavioral updating is yet unexplored. Here, I will outline two lines of research. On one hand, I will show the psychological and neural predictors of trust in different social contexts. On the other, pharmacological modulations of the neural brain structures involved in trust will be presented. In the first two behavioral experiments, I show that honesty functions as an antecedent of trustworthiness impressions and that an honest reputation is associated with higher trust during a future social interaction. Next, I delineate the neural signatures of these honesty-based trustworthiness impressions. Notably, similar to the behavioral effects of honesty on future trust decisions, I found that honesty-encoding brain regions predicted those future trust decisions, providing evidence of honesty-related brain regions that entail neural signal predictive of trusting behavior. Furthermore, an honest reputation also modulated neural responses to feedback information. Such neural modulation likely biases information integration during social learning. Consequently, I show in a further behavioral study that an honest reputation seems to indeed impair learning due to an honesty-dependent asymmetry in information weighting. Finally, I demonstrate how the pharmacological modulation of brain dynamics impacts trusting behaviors leaving trustworthiness impressions unchanged. On the one hand, these findings shed light on how honesty not only increases trust in others but also hampers learning processes for optimal behavioral adaptation. On the other, they provide the first pharmacological evidence of how impression-based trust can be changed without impacting those very first trustworthiness impressions. I finally propose accounts that might explain the observed behavioral and neural patterns and outline potential directions for new studies.

Due to their sensitivity to high temperatures, heat stress effects are prevalent in highyielding dairy cows. To reduce uncertainty in the influence of heat stress, detailed representative and individual animal measurements should be considered. Therefore, the overall objective of this study was to investigate the influence of heat load on the respiration rate (RR) of lactating dairy cows housed in naturally ventilated barns under different climatic conditions and management systems. In the first part of the study, the RR of lactating dairy cows in Germany was investigated hourly, with the aim of evaluating the effects of the temperature-humidity index (THI) on the cows’ responses considering the differences between standing and lying cows and daily milk yield as covariables in the analysis. The consideration of cow-related factors provided evidence for reducing the uncertainty in the heat stress assessment of dairy cows. In detail, with THI below 80, the RR in lying cows tended to be 8 bpm higher than that in standing cows, and the RR in high-yielding cows increased one bpm for each additional kilogram of milk produced per day. Although the first paper showed evidence of cow-related factors influencing RR in cows housed in naturally ventilated barns in a moderate climate, it remained unclear whether the same effect would be observed in high-yielding dairy cows housed under hot climate and high humidity conditions but supplied with cooling management systems for body stabilization. Therefore, in a second part of the study, the aim was to investigate the RR responses of high-yielding dairy cows cooled at two different frequencies per day (3 cooling sessions vs. 8 cooling sessions) and analyze the differences in the RR according to body posture (standing vs. lying), daily milk yield and coat color (black, mixed and white). As noted in the first part of the study, hourly RR measurements were also applied to the second study, which was conducted in Israel during the summer season. The results of this study demonstrated that heat-stressed cows receiving eight cooling sessions per day showed an average RR 14 bpm less than that of cows that received three cooling sessions. Additionally, the cows cooled eight times per day demonstrated a heat accumulation delay of approximately two hours in their RR response. Unlike the experiment in Germany, the Israeli experiment, which was conducted in a hot and humid climatic region, showed a RR 9 bpm higher in standing cows than in lying cows. Daily milk yield also appeared to be an influencing factor on the RR, whereby the cows tended to increase their RR by one bpm per every five kilograms of additional milk produced per day. In addition, the RR (in bpm) in early-lactation cows was 17% higher than that in late-lactation cows. Overall, this study demonstrated that hourly RR measurements improve the reliability of heat stress assessments in dairy cows. Future research should consider the efficiency of evaporative cooling in dairy husbandry considering energy consumption, labor expenditure, animal management and welfare. In addition, other cow-related factors should be evaluated in further research to verify influences on the physiological responses of lactating dairy cows under heat stress conditions and in different cooling strategies.

Eine wohlgeordnete Immunreaktion verlangt eine Koordination zwischen den einzelnen Zellen des angeborenen und erworbenen Immunsystems, was neben den sezernierten Molekülen, wie den Zytokinen und Chemokinen, über Oberflächenmoleküle der verschiedenen Rezeptorfamilien vor allem auch aus dem Bereich des Leukozyten-Rezeptor-Komplexes vermittelt wird. Neben den weitreichend bekannten und analysierten Familien, wie der KIR- oder der LIR-Familie, zählt dazu auch die CEA-Genfamilie. Diese befindet sich im erweiterten Bereich des LRCs und ist bei verschiedenen Säugerspezies bereits in mehr oder weniger großem Umfang nachgewiesen. Auch im Genom des Pferdes konnten Hinweise auf Mitglieder dieser Genfamilie gefunden und später auch experimentell ihr Vorhandensein bestätigt werden. Während bei anderen Spezies, wie dem Menschen oder den Nagerspezies Maus und Ratte, die Ausdehnung dieser Familie schon eingehend untersucht wurden, ist über diese beim Pferd noch nicht allzu viel bekannt. Aus Genomanalysen, die zum Teil im Rahmen einer Bachelorarbeit (Aleksic, 2010) bestätigt wurden, lässt sich vermuten, dass diese Genfamilie auch beim Pferd relativ viele Mitglieder umfasst, unter denen sich auch sezernierte Mitglieder befinden. Solche sezernierten Mitglieder werden auch als PSGs bezeichnet und sind bislang nur von Spezies mit einer hämochorialen Plazenta bekannt, wo auch in den meisten Fällen ihr Expressionsort liegt. Das Pferd hingegen bildet eine epitheliochoriale Plazenta aus, bei der der feto-maternale Kontakt nur marginal besteht, bis auf den Bereich der Endometrial Cups, wo sich eine, der hämochorialen Plazenta nicht unähnliche Situation finden lässt. Diese Mitglieder wurden bereits von der AG Kammerer (Aleksic et al, 2016) genauer untersucht, weshalb im Rahmen dieser Arbeit spezielles Augenmerk auf membranverankerte Mitglieder gelegt wurde. Eine weitere Besonderheit der CEA-Genfamilie ist die Ausbildung von Signalmotiven in Form eines ITIM- oder ITAM-Motivs. Auch bei den membranverankerten Mitgliedern der equinen CEA-Familie lassen sich Hinweise auf die Ausprägung solcher Rezeptormotive finden. Von den zwei ITIM-haltigen Rezeptoren CEACAM1 und CEACAM43 konnte die Expression in verschiedenen Geweben nachgewiesen werden, wobei Spleißvarianten entdeckt wurden, die bereits von der Maus bekannt waren. Die restlichen equinen Mitglieder der CEA-Genfamilie, die nach Genomanalysen ein ITIM oder ITAM im zytoplasmatischen Anteil tragen sollten, haben dieses Signalmotiv allem Anschein nach verloren. Bei keinem dieser CEACAMs konnte nach Sequenzanalysen noch ein Signalmotiv im exprimierten Gen nachgewiesen werden. Dafür konnten außergewöhnliche Motive, wie eine spezielle, repetitive Sequenz im extrazellulären Anteil des CEACAM54 als tatsächlich im fertigen Gen vorhandene Sequenz bestätigt werden. In ersten Expressionsstudien über die Generierung von Fusionsproteinen konnte nachgewiesen werden, dass diese speziellen Gene tatsächlich exprimierbar sind. Der einzige equine CEA-Vertreter mit einem vorhergesagten ITAM-Motiv, das CEACAM41, hat dieses nach den hier gefundenen Ergebnissen verloren. Die einzigen nachweisbaren exprimierten Spleißvarianten deuten auf Grund des Fehlens der Transmembrandomäne auf ein lösliches Molekül hin. In anderen Spezies, wie dem Hund, in denen ITAM-Motive in der CEACAMs nachgewiesen wurden, blieben diese erhalten und wurden im Gegensatz zum Pferd sogar eher dupliziert. Anders als von anderen Spezies bekannt, ist das Expressionsmuster der sezernierten PSG-ähnlichen CEACAMs, nicht auf die Plazenta beschränkt, sondern weist im Gegenteil eine erhöhte Expression auf den Immunzellen, speziell den aktivierten T-Lymphozyten auf. Die immunologische Bedeutung dieser löslichen CEACAMs im Pferd wird noch durch die Tatsache unterstrichen, dass einige lösliche Mitglieder nur auf bestimmten Lymphozytenklassen exprimiert werden, wie das CEACAM55, dass auf den CD4-positiven T-Zellen spezifisch nachgewiesen werden kann. Diese Subklasse stellt auch die T-Helferzellen, die eine geordnete Immunreaktion ermöglichen.

Ausblick Lymphozyten, speziell einige Subklassen, wie die CD4-positiven T-Helferzellen koordinieren eine regulierte Immunantwort. Die im Pferd nachgewiesene Population von sezernierten, PSG-ähnlichen CEACAMs in dem Anteil der aktivierten Lymphozyten könnten eine entscheidende Rolle in diesem Regulationsmechanismus spielen, da sie im Gegensatz zu Zytokinen und Chemokinen deutlich stabiler sind und so Kommunikation der Immunzellen auch über weite Strecken im Körper ermöglichen. Mit diesem Gedanken bildet die hier vorliegende Arbeit eine Grundlage für weitere Forschung auf diesem Gebiet. Die für einige Mitglieder dieser Genfamilie in anderen Spezies bereits nachgewiesenen homophilen und heterophilen Interaktionen müssten für die CEA-Mitglieder im Pferd noch nachgewiesen, sowie die damit beeinflussten Zusammenhänge und Wechselwirkungen der einzelnen Mitglieder in diesem Netzwerk untereinander überprüft werden.

The hypoxic microenvironment during the initial phase of fracture healing is essential for initiating immunological process that further the regeneration and restoration of the bone. The hypoxia-inducible factor (HIF)-1α closely regulates the cellular adaption under hypoxic conditions. HIF-1α can be chemically stabilized by different factors which either inhibit the O2-sensing prolyl hydroxylase e.g. deferoxamine (DFO) or directly interfere with the downstream effects after nuclear translocation e.g. the macrophage-migration inhibitory factor (MIF). As a transcription factor, HIF-1α initiates the consecutive processes of bone regeneration and human mesenchymal stromal cell (hMSC) differentiation. Hence, the aim was to promote the cellular adaptation towards hypoxia in order to specifically accelerate fracture healing under compromised conditions (inhibited mineralization and vascularization). First, in vitro studies were performed to i) evaluate the potential of DFO and MIF in combination to counteract a glucocorticoid-induced inhibition of hMSC calcification and ii) determine an effective concentration of both substances for further testing in a mouseosteotomy-model. Concurrently, two absorbable bovine Col I scaffolds (ACSs) were tested for their suitability to be used as a delivery system of these substances into the osteotomy gap. Finally, both HIF-stabilizers were evaluated for their potential to accelerate fracture healing in a mouse-osteotomy-model. In vitro, a concentration-dependent inhibitory effect of the glucocorticoid dexamethasone was observed on osteogenic differentiation and calcification of hMSCs via a quantitative Alizarin red assay. This inhibition was counteracted by applying different concentrations DFO and MIF in combination. As suitable scaffolds for the in vivo application Lyostypt® (ACS-L) and Helistat® (ACS-H) were investigated in vitro for their structural components and impact on hMSC osteogenesis, cytotoxicity and immunogenicity. Proteomics analysis of both scaffolds yielded several proteins beside collagens that might be advantageous or disadvantageous regarding the fracture healing outcomes. Moreover, ACS-H induced a strong tumor necrosis factor (TNFα) release when applied to whole human blood and inhibited the calcification during the osteogenic differentiation of hMSCs. Consequently, ACS-L was examined in more detail in a mouse-osteotomy-model and revealed an inhibitory effect on mineralized callus formation, cellular recruitment to the osteotomy gap and vessel formation. The application of DFO and MIF in combination and DFO alone during the initial healing phase accelerated the vessel formation, the ACS degradation and the callus mineralization. The results support the fact that stabilization of HIF-1α enhances osteogenic differentiation in vitro and is capable to counteract e.g. glucocorticoid-induced inhibition. Both ACSs negatively influenced either the hMSC differentiation in vitro or the bone healing process in vivo, although being routinely used in research and clinic routine. These results display a delayed healing process that parallels observed compromised conditions in Rheumatoid arthritis patients or smokers – reduced vessel and bone formation. The combination of MIF and DFO was evaluated in this model of compromised condition to test their counteracting ability in this clinically relevant model. This study provides evidence for a promising therapeutic strategy to accelerate fracture healing capacities and to prevent disorders by applying potent HIF-stabilizers in a specific patient cohort with a higher risk of a bone healing delay.

Das Zungenband gehört zum erlaubten und üblicherweise eingesetzten Equipment im Pferderennsport in Deutschland. Über den deutschlandweiten Gebrauch und die Auswirkungen auf das Stressgeschehen beim Pferd ist bislang allerdings wenig bekannt. Steigendes öffentliches Interesse von Tierschutzorganisationen gegenüber dem Pferderennsport erhöht den Wunsch nach wissenschaftlich erhobenen Daten. Vor diesem Hintergrund war es Ziel der vorliegenden Untersuchung, die Auswirkungen des Zungenbandes bei Rennpferden während des Trainings durch ausgewählte physiologische Blutparameter und der Herzfrequenzvariabilität zu ermitteln, um den Stressstimulus, der potentiell von einem Zungenbandeinsatz ausgehen kann, zu evaluieren. Zusätzlich wurden Fragebögen an Rennpferdetrainer versandt. 30 Traber und 29 Galopper von 9 verschiedenen Trainern haben für den klinischen Teil der Studie deutschlandweit eine Trainingseinheit unter realen Bedingungen mit Zungenband absolviert. Dieselben 30 Traber absolvierten die gleiche Trainingseinheit zu einem nahegelegenen weiteren Zeitpunkt zur gleichen Tageszeit erneut. Die Blutproben und EKG-Sequenzen zur Bestimmung der Herzfrequenzvariabilität (HRV) wurden dazu in Ruhe, in Ruhe nach Einsetzen des Zungenbandes und unmittelbar nach dem Training entnommen und ausgewertet. Die Blutparameter Kortisol, Glukose, Laktat und Herzfrequenzanalyse-Parameter HF und LF, die Aussagen über die Parasympatikus- bzw. Sympathikusaktivität und sympathovagale Balance zulassen, wurden gemessen, um die Einflüsse auf den physiologischen Stoffwechsel und die HRV zu charakterisieren. Des Weiteren wurde das Verhalten während des Anlegens des Zungenbandes protokolliert. Die Ergebnisse der Blutparameter Kortisol, Glukose und Laktat zeigten insgesamt nur einen leichten, aber nicht signifikanten Anstieg nach Anlegen des Zungenbandes, und eine signifikante Erhöhung von Kortisol und Laktat nach Beendigung des Trainings. Anhand der sich im Vergleich zu den Ruhewerten verändernden Laktatwerte lässt sich schlussfolgern, dass alle Pferde im anaeroben Bereich trainiert wurden. Die Analyse der Frequenzbereichsparameter zeigte bei den Trabern nach Einsetzen des Zungenbandes eine Verschiebung der Parasympathikusaktivität hin zu einer dominierenden Sympathikusaktivität, die auch nach dem Training vorherrscht. Dies konnte bei den Galoppern nicht nachvollzogen werden. Hier waren über den gesamten Trainingsverlauf vermehrt die sympathischen Einflüsse auf das Herz dominant. Die HRV kann als nichtinvasiver Parameter zur Erfassung der Aktivität des autonomen Nervensystems genutzt werden, um das Ausmaß des Stresses, dem die Pferde durch das Zungenband ausgesetzt sind, zu beurteilen. Weitere Einflüsse wie Rasse und Temperament dürfen dabei aber nicht ausser Acht gelassen werden. Protokolliertes Kopfschlagen, Schweifschlagen und angespannte Gesichtsmuskulatur bis hin zum Steigen und einem damit einhergehenden Ausschluss aus der Studie wiesen in ihrer Form darauf hin, dass das Wohlbefinden der Pferde unter dem Einsatz des Zungenbandes litt. Die Ergebnisse der Fragebögen zeigten, dass es deutschlandweit während des Trainings bei 17,2% und während des Rennens bei 19,2% der trainierten Pferde zum Einsatz von Zungenbändern kommt. Die relative Mehrheit der Pferde war zu diesem Zeitpunkt 4 Jahre alt. Bei Galoppern kam das Zungenband bis zum vierten Lebensjahr seltener als bei den Trabern zum Einsatz. Es wurde unter Angabe leistungsverbessernder Endergebnisse trotz auftretender Probleme, die das Zungenband selbst mit sich bringt, im Rennsport eingesetzt. Besseres Handling und eine positive Unterstützung des Atmungsapparates standen dabei im Vordergrund. Für Vergleiche wären weitere Studien mit höheren Fallzahlen und standardisierten Belastungstests unter Ausschluss weiterer potentieller Stressstimuli interessant.

This thesis was created as a subproject of the Berlin-Brandenburg Research Platform, with the integrated graduate school "Innovations in the 3R Research - Genetic Engineering, Tissue Engineering and Bioinformatics". BB3R was established under the umbrella of the Dahlem Research School (DRS) of Freie Universität Berlin and aims to provide substantial progress in 3R alternatives by intensive systematic research. The overarching objective of this thesis was to establish an anatomical data collection with detailed and age-related data of the mandible and the mandibular canal of growing Göttingen Minipigs using 3D Computed Tomography and to compare this data with human mandibular anatomy. Therefore, it could be determined, whether the Göttingen Minipig represents an anatomically suitable animal model for orofacial surgery. In order to refine and avoid intra- and postoperative complications in the sense of the 3Rs, this data collection should be prospectively used in dental and orofacial experiments. Chapter 1 generally introduces the market size, sales figures and the utilization of dental implants in dentistry and orofacial reconstructive surgery. It also focusses on the required preclinical testing procedures to proof the implants’ biocompatibility and safety in order to be authorized for clinical testing in humans. This involves in vivo testing in large animal models. Due to stricter legal requirements over the use of primates for scientific purposes, the Göttingen Minipig is nowadays extensively used as animal model in pre-clinical dental and orofacial research. Nevertheless, several authors have raised concerns over the use of the Göttingen Minipig in this research area, observing complications and success rates below 60%. Chapter 2 gives a literature review about the development of different minipig breeds, their general scientific use and the corresponding German and European animal research numbers. Then the reader is introduced to the role of the Göttingen Minipig in dental and orofacial research, how the in vivo procedures are performed and what complications can occur. In addition, the European law, the definitions of the 3Rs and their implementation in research are elucidated. At the end of the chapter, the technical methodologies (CT, 2D and 3D reconstruction, Cephalometry and visualization software) used in this study, are explained. Chapter 3 lists the detailed objectives of the thesis. Chapter 4 covers the publication “Refining experimental dental implant testing in the Göttingen Minipig using 3D computed tomography – A morphometric study of the mandibular canal”. In this study, morphometric and age-related data of the mandibular canal and the alveolar ridge of the Göttingen Minipig was reported and compared with the human anatomy, in order to avoid complications during in vivo testing of endosseous dental implants. Using 3D computed tomography, six parameters of the mandibular canal as well as the alveolar bone height and the alveolar ridge width were measured in Göttingen Minipigs aged 12, 17 and 21 months. The study found that the volume, length and depth of the mandibular canal all increased with age. The width of the canal did not change significantly with age. There were high individual differences within each age group, for example within the 21 months old group the animal with the lowest canal volume of 4.7ml was 14kg heavier than the animal with the significantly highest volume of 13.4ml. In contrast to humans, minipigs possess a significantly larger mandibular canal. With higher age and increasing canal volume, loss of deep spongy bone in the posterior premolar and molar regions could be observed, which potentially results in the inferior alveolar neurovascular bundle coming into close proximity with the tooth roots. This reduced the available space for dental implants and could negatively affect implant stability and the integrity of the inferior alveolar neurovascular bundle. This problem is aggravated by the minipigs’ narrower alveolar ridge width in comparison with healthy humans. Surprisingly, the body mass does not have an influence on any of the measured parameters. When one images the inferior alveolar vein, two basic patterns occur. One being a straight traverse, the other being a variable undulating route where it rises and falls as it travels through the length of the canal. Dynamic anatomical changes could be proven until the age of 21 months. Due to ongoing growth it is inadvisable to use minipigs younger than 21 months in experimental implant dentistry. Paradoxically, the measurements of the 12 months old pigs indicate a closer alignment of their mandibular anatomy to that of humans, suggesting that they may be better models for implant studies. Given the variability in mandibular canal dimensions in similar age cohorts, the use of imaging techniques is essential for the selection of individual minipigs for the interventions and thus higher success rates. Chapter 5 covers the publication “Cephalometric studies of the mandible, its masticatory muscles and vasculature of growing Göttingen Minipigs – A comparative anatomical study to refine experimental mandibular surgery”. This study elucidated how comparable the mandible of Göttingen Minipigs and humans are, and whether the frequently reported complications could be caused by specific anatomical characteristics of the minipigs’ mandible, its masticatory muscles and associated vasculature. Therefore, twenty-two mandibular cephalometric parameters were measured on CT scans of Göttingen Minipigs aged between 12 and 21 months. Of the 22 parameters measured, only four were found to be highly comparable, whilst the others were not. Again, especially younger minipigs showed a closer alignment to human anatomy. Minipigs generally showed a higher mandibular ramus, anterior mentum height and a significantly longer mandible with a much steeper mandibular angle. They in contrast possess a shorter superior ramus length and a lower coronoid process volume. The 3D examinations of the minipigs’ vasculature pictured a large, tortuous network medial to the mandibular ramus, mainly consisting of the very prominent deep facial vein and maxillary artery. This vascular complex interferes with the principal sectional plane for MDO that could cause strong and inaccessible bleeding. The morphology and dimensions of the mandibular body in humans and minipigs are very different. Whilst humans have a mandibular body with an ovoid cross-section, that of minipigs can be pear-shaped. Consequently, bicortical screws that are positioned in the inferior part of the mandibular body as routinely performed in humans, could, when placed in a similar way in a Göttingen Minipig, cause trauma to the inferior alveolar nerves and vessels. Bicortical screws implanted in the inferior cortex would probably have impaired stability, due to the thin inferior bone thickness. Literature revealed that the dynamics of mastication in pigs and in humans differ greatly. Pigs have a higher crushing force and closing velocity than humans. In addition, they postoperatively grind their teeth extensively as well as bite on hard objects such as their cages that could potentially impair wound healing and implant stability. Based on the results of this study, the authors consider the Göttingen Minipig not to be an anatomically ideal animal model for experimental mandibular surgery research. The minipig mandible not only differs greatly from that of humans but also is highly variable in its morphology within animals of the same age group. This raises concerns, that extrapolating acquired scientific results of Göttingen Minipigs to humans could be misleading or incorrect. Due to the lack of alternative large animal models, the authors recommend to precisely plan mandibular surgical experiments based on radiographic techniques, such as Computed Tomography, and to choose suitable age groups and use customized implants based on the mandibular dimensions as reported in this study. Chapter 6 more precisely discusses the suitability of Göttingen Minipigs as an animal model for dental and orofacial research. In addition, alternative animal models for the Göttingen Minipigs, with their anatomical and physiological advantages and disadvantages are, in regards to the recommendations of the ISO 7405:2018, discussed. The chapter ends with conclusive remarks, while giving an outlook on a database planned in the future.

Cyathostomins are currently considered to be the most important equine parasites, due to their ubiquitous prevalence, their ability to cause potentially fatal larval cyathostominosis and their widespread and progressing anthelmintic resistance. Multi-species infections, comprising usually more than 15 species simultaneously, impede research on the contributions of individual species to the pathogenesis as well as development of anthelmintic resistance in individual species. Research in cyathostomins e.g. on multi-species composition and species-specific pathogenicity is currently hampered by insufficient diagnostic tools. Particularly universally applicable methods, that are non-invasive and life-stage independent are needed. Molecular methods appear useful but can be resource and time-consuming, and some are limited to specific species, only. Proteomics methods, such as matrix-assisted laser desorption/ionisation-time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) allow species identification on the basis of matching protein patterns of organisms. In this thesis a detailed evaluation of the application of MALDI-TOF MS on cyathostomins is given. A protocol based on protein extraction with equal volumes of acetonitrile and formic acid, followed by ultrasonic homogenisation and DNA isolation after buffering with Tris-buffer was established and successfully applied. It was demonstrated that this protocol was applicable to repeatably obtain high-quality mass spectra from cyathostomins that were freshly collected during necropsy and immediately fixed in 70 % ethanol. The mass spectra of two closely related species, namely Cylicostephanus longibursatus and Cylicostephanus calicatus, were examined with a bioinformatics workflow using freely available software. Despite their close relationship, all examined specimen of both species were reliably differentiated from each other. Mass peaks were sorted according their influence on discrimination. Although a rate of identification of close to 100 % was reached, it should be noted that no single peak alone occurred only in one of the two species as it would be required to be used as biomarker for species identification. Of importance for this work is the fact that this protocol allows to retrieve protein extracts of whole worms and to perform subsequent DNA extraction for PCR. As a result, the worms that were identified morphologically, could be used for protein profiling and molecular characterisation. Two different markers, the internal transcribed spacer (ITS) 2 and cytochrome oxidase I (COI) were applied and revealed three clusters within Cylicostephanus minutus. Since two of the clusters were already described as potential cryptic species of Cys. minutus and designated as operational taxonomic units (OTU) I and II, the third was designated OTU III. A total of 22 individual worms of this species were examined and one, nine and twelve specimens could be assigned to OTU I, II, and III, respectively. For each marker and species/OTU, the sequences were compaired pairwise. The identities within the same species/OTUs were higher than between the OTUs. Identities between species and OTUs were lower for COI locus than for ITS-2 locus, indicating higher inter-species variability for COI. No identitification of the different OTUs in the proteomic analysis was possible, which could be linked to the low number of specimen available of each OTU. However, MALDI-TOF MS represents a step towards a universally applicable method for species identification of cyathostomins, provided the technical infrastructure as well as a comprehensive master spectra library is available. To set up a proteomic master spectra library, the individual species should be examined in parallel molecularly to detect cryptic species. A close examination of two additional species, Coronocyclus coronatus and Cylicostephanus calicatus has been performed in this study. Although both species are placed in different genera based on morphological descriptions, sequence identities on the ITS-2 locus were up to 100 %. This stresses the need for the employment of the COI marker that allowed, together with the ITS-2 marker, delineation of both species. Furthermore, different nuclear and mitochondrial haplotypes were identified for each species. For Cyc. calicatus, two different genospecies were identified based on two ITS-2 variants, which are associated with distinct mitochondrial haplotypes and point towards a cryptic species complex of at least two non-interbreeding species. In short, it should be summarised, that the current methods for species identification of cyathostomins are not sufficient and that the species complexity of cyathostomins is even more complicated than anticipated. To establish MALDI-TOF MS as a new method for species identification, molecular research should be performed to correctly delineate cyathostomin species that can be subsequently used for establishing a master spectra library for protein profiling.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Interaktion des niedermolekularen Liganden S37 mit dem Thyreotropin-Rezeptor (TSHR) untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Bindungsstelle des Antagonisten am TSHR identifiziert, was zu einem verbesserten Verständnis der intramolekularen Signaltransduktion im Rezeptor führte. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Potenzial von S37 für die Therapie der Autoimmunkrankheit Endokrine Orbitopathie (EO) untersucht. Dabei ist hervorzuheben, dass die für die EO entscheidende TSHR-Aktivierung durch Autoantikörper mit S37 in vitro bzw. ex vivo gehemmt wurde. Im Rahmen einer Schilddrüsenüberfunktion entwickelt sich bei einigen Patienten die EO am Augenhintergrund, eine potenziell visusbedrohende Krankheit, deren Hauptursache – die TSHR-Überaktivierung durch funktionale aktivierende Antikörper in Orbitafibroblasten – bisher nicht pharmakologisch behandelbar ist, sodass für schwere EO-Fälle eine therapeutische Lücke besteht. Der TSHR ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor (GPCR). Wie die nah verwandten Gonadotropin-Rezeptoren FSHR und LHCGR gehört der TSHR zur Subfamilie der Glykoproteinhormon-Rezeptoren (GPHR). Er weist eine große extrazelluläre Domäne mit leucinreichen Wiederholungen (LRRD) auf, an der das Hormon TSH oder funktionale Autoantikörper binden. In der transmembranären Domäne (TMD) des TSHR ist eine allosterische Bindungstasche zwischen den Transmembranhelices (TMH) 3, 5 und 6 beschrieben, in der niedermolekulare allosterische Modulatoren binden. Der Rezeptor wird durch die extrazelluläre Bindung von TSH aktiviert und kann von transmembranär bindenden negativen allosterischen Modulatoren (NAM) inhibiert werden oder von positiven allosterischen Modulatoren (PAM) unabhängig vom Hormon aktiviert werden. Der intramolekulare Mechanismus für die Weiterleitung des Signals von der extrazellulären zur transmembranären Domäne des TSHR ist nicht vollständig geklärt. In vorangegangenen Arbeiten wurde der selektive TSHR-Antagonist S37 identifiziert. Diese Substanz hatte eine charakteristische gebogene Struktur, lag jedoch als Racemat vor. S37 inhibierte die intrazelluläre cAMP-Bildung mit mikromolarer Affinität und war im Gegensatz zu bisher bekannten TSHR-Antagonisten TSHR-selektiv, inhibierte also nicht die homologen Gonadotropin-Rezeptoren. Daher war S37 besonders interessant als Leitstruktur für die Entwicklung eines Wirkstoffes zur Behandlung der EO. Die bisherigen Versuche wiesen darauf hin, dass S37 kompetitiv zum Hormon wirkt und demzufolge möglicherweise nicht in der bekannten allosterischen Tasche in der TMD bindet. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit sollte die strukturelle Interaktion von S37 mit dem TSHR im Detail untersucht werden, um die unbekannte Bindungsstelle zu identifizieren. Parallel wurden Struktur-Funktions-Untersuchungen verschiedener S37-Derivate und -Analoga durchgeführt. Im zweiten Teil der Arbeit ging es darum, Endpunkte zu untersuchen, die für die Therapie der EO entscheidend sind, insbesondere die Inhibition von TSHR-stimulierenden EO-Patientenseren ex vivo. Zuerst wurde das Racemat chiral getrennt und das aktive Enantiomer S37a bzw. dessen dreidimensionale Struktur identifiziert. Mithilfe N-terminal trunkierter TSHR-Konstrukte mit sukzessiver Verkürzung der Ektodomäne sowie durch TSHR-FSHR-Chimären wurde die Bindungsregion von S37a auf die TMD eingegrenzt. Im cAMP-Assay war S37 nicht-kompetitiv zum PAM C2, von dem bekannt war, dass es in der allosterischen Bindungstasche zwischen TMH 3, 5 und 6 bindet. Dadurch wurde deutlich, dass es eine weitere, bislang unbekannte Bindungsstelle für kleine Moleküle an der TMD des TSHR geben muss. Die Bindungsregion wurde mithilfe von TSHR-Mutationen weiter eingegrenzt. Die beiden TSHR-spezifischen Residuen E404 und H478 zeigten bei Austausch mit Alanin einen Verlust der Interaktion mit S37a. In der Arbeitsgruppe konnte die Verbindung plausibel in das TSHR-Modell in eine Tasche zwischen internem Agonisten vor der TMH 1, extrazellulärer Helix der Hinge-Region (EH) und extrazellulärem Loop (ECL) 1 gedockt werden. Dadurch konnte das Homologiemodell in diesem Bereich verfeinert werden und das Verständnis der intramolekularen Signalweiterleitung von der Ektodomäne zur TMD verbessert werden. Zusammengefasst kommt es durch die Bindung von TSH an die LRRD des TSHR zur Delokalisierung der EH, vermittelt über eine Disulfidbrücke. Über ein benachbartes Disulfid wird das Signal von der EH auf den internen Agonisten übertragen. Die Konformationsänderung des internen Agonisten, der in Kontakt zu allen drei ECL steht, führt zur Weiterleitung des Signals zu den TMH und zur intrazellulären Seite des Rezeptors. In der identifizierten Bindungstasche interferiert der NAM S37a in diese intramolekulare Aktivierungskaskade an der Schnittstelle zwischen Ektodomäne und TMD des TSHR. Durch die gefundene Docking-Position wurde eine Grundlage für die gezielte Verbesserung der Affinität der Leitverbindung S37a geschaffen. Für die Struktur-Funktions-Untersuchungen wurden einerseits von Kooperationspartnern Synthesen von S37-Derivaten durchgeführt und außerdem kommerziell erhältliche S37-Analoga erworben. Obwohl kein deutlich stärkerer TSHR-Antagonist als S37a identifiziert wurde, lieferten die Struktur-Funktionsanalysen neue Hinweise für weitere Optimierungen an den Phenylringen sowie am heterozyklischen Grundgerüst von S37a für gezielte hydrophile Interaktionen mit dem Rezeptor. Bei den Untersuchungen der für die Therapie der EO potenziell relevanten Endpunkte wurden drei wichtige Ziele erreicht: 1.) Es wurde der Grundsatznachweis erbracht, dass S37a die erhöhte TSHR-Aktivierung durch stimulierende Antikörper inhibieren kann, und zwar sowohl monoklonale Antikörper in vitro, als auch TSHR-aktivierende Seren von EO-Patienten ex vivo. 2.) Es konnte gezeigt werden, dass S37a und dessen Derivate hochselektiv nur den TSHR und nicht die homologen Gonadotropin-Rezeptoren inhibieren. 3.) In ersten in-vivo-Untersuchungen zur Pharmakokinetik in Mäusen war S37a nicht toxisch und es wurde eine geeignete orale Bioverfügbarkeit erreicht. Die Untersuchungen bieten eine Grundlage, durch rationales Wirkstoffdesign weitere hochaffine, TSHR-selektive Verbindungen zu synthetisieren, die für die klinische Prüfung geeignet sind.

This study focuses on two inter-related questions: What effect did new media have on the Iranian women’s movement; and what impact did the women’s movement have on the Green Movement. Emergence and significance of new social communication technologies on struggles for social equality. Development of the women's movement in Iran during 100-year politically historically significant period from Constitutional Revolution 1905, world and regional wars to contemporary cyberfeminism, with focus on new media in a critical decade of the women’s movement (2003-2013) and related Green Movement of 2009. During the Iranian women’s movement 100-year history Iranian women contributed actively to major political transitions including the Constitutional Revolution 1905 and Revolution of 1979. Yet efforts to secure equal rights achieved less success. The study examines four decades post-1979 revolution. The first two decades the women’s movement struggled to be heard. The third decade from 1999 the movement gained momentum. Internet, mobile phones and new media created opportunities to organize, build support abroad and mobilize large exile communities. Beginning 2006 worldwide Internet and global communication raised hopes for new effectiveness. The study analyses new media usage by women and civil activists in Iran, impacts, consequences on the women’s movement and interactions with the political Green Movement and related 2009 presidential campaign. The study is structured in 10 chapters: Chapter 1 overview. Chapter 2 social political history of women's movement in Iran struggle for rights. Chapter 3 women’s movement impacts, political approaches, new media, Internet, micro-macro interactions. Chapter 4 pragmatic women's rights and social activists’ use of new media. Chapter 5 social context, political change, resistance. Chapter 6 new media as agent for diversity and pluralism. Chapter 7 Internet as double-edged sword, social political gains, government responses, technological controls. Chapter 8 regional impact in the Middle East. Chapter 9 scientific methods, primary research data, statistical analysis. Chapter 10 conclusions. Primary data includes qualitative interviews with 18 experts in Iran and abroad, including women’s and civil rights activists, journalists, lawyers, political activists, artists, authors and students, regarding new media in the women’s movement in Iran. An online questionnaire with 278 respondents adds empirical quantitative data. Statistical analysis supports findings that the women’s movement shaped the presidential election of 2009 in at least two ways: “policy influence” and “transformational dialogue.” Women’s rights activists evolved use of new media to promote pluralistic voicing of demands in public platforms, to open dialogues for discussion and to promote civil society “tolerance approaches” in contrast to constrained political status quo, factional interests and extremism.

Zur besseren Risikoeinschätzung eines Mammakarzinoms bei Diagnosestellung sowie zur Erstellung eines individuellen Therapieschemas müssen die biochemischen Prozesse der Tumorentstehung erfasst werden (Marme and Schneeweiss, 2012). Mit High Resolution Magic Angle Spinning Protonen-Magnetresonanz Spektroskopie (HRMAS 1HMRS) können einzelne Metaboliten im Gewebe aufgrund ihrer chemischen Verschiebung identifiziert und in hochauflösenden Spektren quantifiziert werden. Beim Mammakarzinom lassen sich Veränderungen im Cholinmetabolismus (Kennedy-Zyklus) nachweisen (Eliyahu et al., 2007). Eines der Hauptenzyme im Kennedy-Zyklus ist die Cholinkinase, welche die Phosphorylierung von Cholin zu Phosphocholin katalysiert (Tse et al., 2007). Wir untersuchten in der vorliegenden Arbeit, ob das Metabolitenprofil von Mammakarzinomgewebe in Zusammenhang mit klinischen Daten zur Einschätzung der Aggressivität des Tumors steht und inwiefern die Cholinkinase beim Mammakarzinom für Konzentrationsveränderungen der Metaboliten verantwortlich ist. Hierzu wurden mittels HRMAS 1HMRS die Metabolitenkonzentrationen von Cholin, Phosphocholin und Glycerophosphocholin in Mammagewebeproben gemessen und mit klinischen Parametern (Histologie, Alter, Rezeptorstatus, Outcome) verglichen. Außerdem wurde untersucht, ob die Cholinkinase quantitativ mit den Metaboliten korrelierte. Tiefgefrorene Mammagewebeproben (142 maligne, 20 benigne) von 162 Patientinnen wurden am Martinos Nuclear Magnetic Resonance Center des Massachussetts General Hospital und der Harvard Universität mit einem 14-Tesla-Magnetresonanzspektrometer mit der HRMAS-Technologie gemessen und anschließend histopathologisch evaluiert. 50 ausgewählte Proben wurden außerdem mittels Western Blot semiquantitativ auf die Cholinkinase untersucht. Hier zeigte sich, dass eine erhöhte Glycerophosphocholinkonzentration ein hochsignifikantes Merkmal für Malignität war (p<0,001). Sie korrelierte außerdem positiv mit der Tumorzellzahl (p=0,003) sowie mit einem jüngeren Alter (<40 Jahre) (p=0,018). Sehr hohe Konzentrationen standen in signifikantem Zusammenhang mit einer verbesserten Überlebensrate in der univariaten Analyse (p=0,049). Große Tumoren zeigten hingegen eine signifikant geringere Konzentration (p=0,023). Die Cholinkonzentration war im gesunden Gewebe bei älteren Patientinnen signifikant erhöht (p=0,011). Außerdem war die Cholinkonzentration in HER2-exprimierenden Proben signifikant erhöht (p=0,027). Eine erhöhte Phosphocholinkonzentration ging in der univariaten Analyse mit einer signifikant verbesserten Überlebensrate einher (p=0,048). Außerdem zeigte sich eine hochsignifikante positive Korrelation zwischen der Cholin- und der Phosphocholinkonzentration (p<0,001). Die Cholinkinasekonzentration korrelierte im benignen Gewebe negativ mit der Phosphocholinkonzentration (p=0,005). Die Messwerte unserer Metabolite unterlagen hohen Schwankungen. Einzelne Metabolite sind wahrscheinlich weniger aussagekräftig als das gesamte Metabolitenprofil mit dem Verhältnis der Metaboliten zueinander. Die untersuchten Metaboliten könnten jedoch eine maßgebliche Rolle in der Erprobung neuer Therapiestrategien spielen. Mittels HRMAS 1HMRS können molekulare Veränderungen im Mammakarzinom gut erfasst werden. Sie ist daher eine vielversprechende ergänzende Methode zur metabolischen Klassifizierung und Risikoeinschätzung. Parallel zu den herkömmlichen Methoden sollte evaluiert werden, welchen klinischen Nutzen sie bei der Diagnostik und Behandlung des Mammakarzinoms bringt.

Einleitung Flüchtige organische Substanzen (volatile organic compounds, VOC) werden zunehmend als potentielle diagnostische Marker angesehen. Vor allem für Erkrankungen, bei denen bisherige Diagnostika nicht zufriedenstellend effizient sind, kann die Analyse von VOC über Bakterienkulturen bspw. zur Beschleunigung und Vereinfachung des kulturellen Nachweises beitragen. Aber auch für Krankheitsbilder, für die möglichst nicht-invasive Screeningmethoden gesucht werden, ist die Analyse von VOC im Atemgas oder im Gasraum über nativen Proben (z. B. Kot, Sputum, Harn) sehr vielversprechend. Paratuberkulose betrifft alle Haus- und Wildwiederkäuer und wird durch Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) verursacht. Infizierte Tiere entwickeln eine chronische granulomatöse Enteritis, wobei die Inkubationszeit Jahre umfasst und Symptome, wie intermittierende Diarrhoe und Gewichtsverlust, sehr unspezifisch sind. Aktuell verfügbare diagnostische Methoden sind arbeitsintensiv, langwierig, teuer und unzureichend sensitiv. Aufgrund der hohen Prävalenz von Paratuberkulose in Milchviehherden, ist eine schnelle, nicht-invasive und preiswerte Screeningmethode notwendig. Ziele Das Hauptziel dieser Arbeit war es ein robustes VOC-Profil im Gasraum über MAP-Kulturen zu finden, welches von anderen Mykobakterien-Spezies abgrenzbar ist, und dieses auf relevante Einflussfaktoren, die zu seiner Variabilität beitragen, hin zu untersuchen (in vitro). Ein weiteres Ziel war es einen technischen Aufbau zu etablieren, der es ermöglicht VOC im Atemgas von adulten Rindern unter Feldbedingungen in Echtzeit zu analysieren und diesen Aufbau an Tieren unterschiedlichsten Alters, Körperkondition und Atmungsfrequenzen anzuwenden und mögliche Einflussfaktoren zu definieren (in vivo). Material und Methoden In-vitro-Studien Mithilfe von In-vitro-Studien wurden Spezies-spezifische VOC-Profile erstellt, die im Gasraum über verschiedenen Mykobakterien zu messen sind. Dabei wurden 3 verschiedene MAP-Stämme und 12 weitere Mykobakterien-Spezies (15 verschiedene Stämme) eingesetzt und die Einflussfaktoren Nährmedium, Inkubationszeit und Keimzahl des Inokulates evaluiert. Unter Zuhilfenahme von Daten einer zuvor publizierten Studie wurde ein studienübergreifendes Core-VOC-Profil für MAP definiert und seine Robustheit statistisch analysiert und getestet. In-vivo-Studien Der technische Aufbau zur Atemgasanalyse in Echtzeit wurde an 83 klinisch gesunden adulten Rindern unter Feldbedingungen evaluiert. Physiologische Einflussfaktoren auf das Atemgasprofil, wie Tag, Tageszeit und Adaptation an die Untersuchungsbedingungen, wurden mithilfe einer experimentellen Studie an zwei Jungrindern getestet. Ergebnisse In-vitro-Studien Das Vorkommen von replizierenden Mykobakterien (mit speziellem Hinblick auf MAP) konnte mithilfe der VOC-Analytik im Gasraum der Bakterienkulturen detektiert werden. Vergleichend zu den Substanzkonzentrationen in den Kontrollröhrchen gab es VOC, deren Konzentration über den Bakterienkulturen anstieg und Substanzen, deren Konzentration abfiel. Aus den Ergebnissen von drei Studien konnte ein MAP-assoziiertes Core-VOC-Profil extrahiert werden. Es setzte sich aus 28 Substanzen sechs verschiedener chemischer Stoffklassen zusammen (Aldehyde, Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Furane, Ketone und Ester), die in allen drei Studien jeweils die gleiche Tendenz aufwiesen (Konzentrationsanstieg bzw. –abfall). Die Faktoren Inkubationszeit und Keimzahl des Inokulates haben einen quantitativen Einfluss auf die einzelnen Substanzen des VOC-Profils. Unterschiedliche Nährmedien haben sowohl einen quantitativen als auch einen qualitativen Einfluss. In-vivo-Studien Die methodisch erstmals etablierte Atemgasanalyse in Echtzeit wurde von allen Tieren gut toleriert und war unabhängig der Atmungsfrequenz zuverlässig durchführbar und produzierte vertrauenswürdige Daten. Mithilfe des Online-Messverfahrens konnten sowohl kurz- bis mittelfristige als auch langfristige Änderungen der Substanzkonzentration registriert und getrennt analysiert werden. Dies zeigte sich durch die bei Wiederkäuern physiologisch auftretenden Eruktionen von Pansengas, die zu einem Konzentrationsanstieg der meisten VOC der sich an die Eruktion anschließenden Exspirationen führte. Die VOC unterlagen tageszeitlichen Schwankungen und variierten in ihrer Konzentration auch aufgrund der Messung an unterschiedlichen Tagen. Stress schien auf die Mehrheit von Substanzen einen hohen quantitativen Einfluss zu haben. Schlussfolgerungen In-vitro-Studien Das bakterielle VOC-Profil unterliegt einer Reihe von Einflussfaktoren, die für eine potentielle diagnostische Anwendung zukünftig standardisiert werden müssen. Des Weiteren gibt es Faktoren, wie z. B. Alter oder Charge des Nährmediums, die ebenfalls einen Einfluss haben, allerdings nicht standardisierbar sind. Obwohl die standardisierbaren als auch die nicht standardisierbaren Einflussfaktoren in den drei Studien teilweise Unterschiede aufwiesen, ergaben die beiden statistischen Tests ähnliche Ergebnisse, sodass davon ausgegangen werden kann, dass das studienübergreifende Core-VOC-Profil für MAP robust ist. Mit der Überprüfung dieses MAP-anzeigenden VOC-Profil über nativen Proben (Kot oder Gewebe) und der weiteren Abgrenzung dieses Profils zu anderen Bakterienfamilien wird sich das diagnostische Potential und die damit verbundene Spezifität und Sensitivität der Methode weiter herausstellen. In-vivo-Studien Eine Atemgasanalyse in Echtzeit ist vor allem dann notwendig, wenn kurz- bis mittelfristige Änderungen der Substanzkonzentrationen während der Messung zu erwarten sind. Dies zeigte sich in unseren Untersuchungen durch das Auftreten von Kontaminationen des Atemgases durch Pansengase. Mithilfe des Online-Messverfahrens konnte gezeigt werden, dass die Eruktionen bei Rindern einen quantitativen Einfluss auf die VOC-Konzentrationen in den darauffolgenden Exspirationen haben. Des Weiteren haben die evaluierten Einflüsse von (Tag, Tageszeit und Handling bzw. Stress) gezeigt, dass auch Atemgasmessungen standardisiert werden sollten um reproduzierbare Ergebnisse zu erlangen.

Great apes frequently die during outbreaks of infectious diseases. Research mainly focuses on these lethal outbreaks, but little is known on mild diseases and disease dynamics between outbreaks. To better understand the patterns of disease in great ape populations, it is of particular importance to continuously monitor their health status. The majority of pathogens has zoonotic potential, and is therefore also relevant for human health. Non-invasive techniques are used to monitor primate health, but they are restricted in their diagnostic range and to date, there is no precise technique available to measure diseases in wild great apes. In human medicine, neopterin, a sensitive marker of the cell-mediated immune response, is used to diagnose the presence and status of disease. This marker seems to be a good candidate to bridge this gap. As pathogen analysis in wild great apes is both time and resource consuming, I examined the potential use of urinary neopterin as a disease marker and unspecific screening tool to facilitate informed pathogen analysis in great ape health monitoring. To test this, urinary neopterin was correlated to other disease markers such as sickness behaviors, fever, and urine parameters. Seasonal variation in urinary neopterin levels was investigated as well. Urine samples and data were collected from wild chimpanzees (Pan troglodytes verus) of two habituated chimpanzee communities in the Taï National Park, Côte d´Ivoire. The data set consisted of longitudinal data of in total 23 individuals aged from three to twelve years, and collected between November 2013 and June 2016. The data collection comprised of daily sampling of urine samples for the quantitative determination of urinary neopterin (competitive ELISA), and for the performance of a urine dipstick test to screen for pathological findings. The measurement of the fecal temperature decline in fresh feces was used to estimate the body temperature. Behavioral activities were continuously recorded to detect sickness behavior (reduced play and travelling, increased resting). Relationships between disease markers were examined using weekly collected data of several individuals in a linear mixed model, and a case study approach describing a five days period of mild disease in a four years old male. Seasonal variation in urinary neopterin levels was tested using a linear mixed model. While the linear mixed model found no obvious relationship between urinary neopterin levels and other disease markers, the case study approach revealed a pattern resembling those found in humans. Urinary neopterin release correlated with prominent sickness behavior, fever and changes in urine parameters (leucocyturia, erythrocyturia, and hemoglobinuria). Interestingly, urinary neopterin increased with a delay of one day after onset of disease symptoms. Urinary neopterin levels indicated seasonal immune system activation peaking in times of low ambient temperatures. Finding an appropriate marker to monitor diseases in wild chimpanzees contributes towards understanding general disease mechanisms and outbreak dynamics in wild great apes. To account for the temporally dynamic interplay of immune system activation and disease symptoms, a case-oriented study design with consecutive daily sampling is appropriate. Using data sets consisting of weekly data collection is not suitable for this purpose. Urinary neopterin was shown to be a useful marker when examining seasonal immune system activation. Therein, I suggest the use of urinary neopterin as a non-invasive marker and unspecific screening tool in great ape health monitoring to identify relevant samples, individuals, populations, and time periods for selective pathogen analysis and zoonotic risk assessment.