Die Recurrent airway obstruction (RAO) ist eine chronische Erkrankung der unteren Atemwege bei Pferden mit multifaktorieller Genese. Da es sich um eine sehr weit verbreitete Erkrankung in der Pferde-Population handelt, besteht ein großes Interesse daran, neben den bisher gängigen Therapeutika, die vor allem die Symptome bekämpfen, neue Behandlungsoptionen zu finden. Eine Therapieoption, die die Erkankung auf immunologischer Ebene modulieren kann, bietet die Inhalation von unmethylierten Cytosin-Phosphat-Guanin-Oligodeoxynukleotiden (CpG-ODN, kurz CPG). Das sind kurze DNA-Stränge, die aufgrund der Frequenz der Motive und dem Methylierungsgrad Ähnlichkeit mit der DNA von Bakterien bzw. Viren besitzen und somit vom Körper als fremd erkannt werden. Diese CpG könnten das Immunsystem weg von einer, bei Allergien dominierenden Th2-, hin zu einer spezifischen Th1-geprägten Immunantwort lenken. Um die Aufnahme der CpGs in die Zellen verbessern zu können und vor einem vorzeitigen Abbau der DNA durch Nukleasen zu schützen, werden als Trägersystem Gelatinenanopartikel (GNP) verwendet. In der aktuellen doppelt-verblindeten Studie wurden RAO-Pferde, mittels geschichteter Zufallverteilung randomisert, in drei unterschiedliche Behandlungsgruppen unterteilt. Dabei erhielt eine Gruppe eine einfache CpG-Dosis (CpGsd) von 187,5μg CpG/Inhalation, die zweite Gruppe die doppelte Dosis (CpGdd) mit 375μg CpG/Inhalation und die dritte Gruppe zum Vergleich eine etablierte Therapie mit Beclometason, einem inhalativen Kortikosteroid. Alle Pferde erhielten insgesamt 10 Inhalationen. Ziel der Studie war es den Behandlungserfolg durch die inhalative CpG-Therapie unter Beweis zu stellen sowie den Dosis-Wirkungs-Effekt und die Leistungsfähigkeit der CpG-Therapie im direkten Vergleich mit einer bewährten antiinflammatorischen Inhalationstherapie mit Beclometason zu evaluieren. In der verblindeten klinischen Feldstudie wurden insgesamt 29 RAO-Pferde in ihren Heimatställen behandelt. Bewertet wurde der Therapieeinfluss auf die klinischen Parameter Ruheatemfrequenz, Atemtyp, Nasenausfluss, Auskultation, Sauerstoffpartialdruck, Arterioalveoläre Sauerstoffdifferenz, Interpleuraldruck, Mukusmenge- bzw. –viskosität in der Trachea, Neutrophile in der BAL (Bronchoalveoläre Lavage), klinisches Scoring und HOARSI (Horse Owner Assessed Respiratory Signs Index). Dafür wurden alle Pferde drei Mal untersucht. Die erste Untersuchung erfolgte vor dem Start der Behandlung (US1), die zweite am Tage nach der letzten Behandlung (US2). Die dritte Untersuchung (US3) erfolgte acht Wochen nach der letzten Inhalation, um den Langzeiteffekt beurteilen zu können. Direkt nach der Behandlung bei US2 konnten sowohl die CpGsd Gruppe, die bei 90% der klinischen Parameter eine signifikante Verbesserung erzielen konnte als auch die CpGdd Gruppe, die bei 81% der gemessenen Werte signifikante Verbesserungen bewirken konnte, einen Vorteil gegenüber der Kortisontherapie (72%) aufweisen. Noch eindeutiger fielen die Ergebnisse, die bezüglich der Langzeitevaluierung erhoben wurden, aus. Hier ist mit der positiven signifikanten Beeinflussung von 100% der klinischen Parameter bei der CpGsd und 67% bei der CpGdd, im Vergleich zu 54% bei der Kortisontherapie, ein klarer Vorteil in der therapeutischen Wirksamkeit aufseiten der CpG-Behandlung zu erkennen. Als wichtiger Indikator für die antiinflammatorische Wirkung ist die langfristige signifikante Reduktion der Neutrophilen in der BAL durch die beiden CpG-Gruppen hervorzuheben, wohingegen bei der Beclometason-Inhalation hier keine signifikante Reduktion festgestellt werden konnte. Von besonderer Relevanz ist außerdem die Einschätzung der Pferdebesitzer bezüglich der klinischen Symptomatik mittels standadisiertem HOARSI-Fragebogen. Hier bewerteten die Besitzer beider CpG-Dosis-Gruppen den Zustand ihrer Pferde, 8 Wochen nach der Behandlung als signifikant besser als vor der Therapie, während die Einstufung der Verbesserung nach der Beclometason-Therapie nicht signifikant ausfiel. Da sich das gesamte klinische Bild für die Besitzer merklich verbesserte, konnte somit eines der wichtigsten Ziele der Behandlung erreicht werden. Die Erhöhung der CpG-Dosis auf die doppelte Menge konnte, auf die Gesamtzahl der klinischen Parameter gesehen, keine besseren Ergebnisse bewirken, als die ursprüngliche einfache Dosis. Die CpGsd konnte sogar bei einem breiteren Spektrum an klinischen Parametern eine signifikante Verbesserung erzielen als die CpGdd. Diese Ergebnisse sprechen daher also dafür, dass die einfache Dosierung (187,5μg CpG/Inhalation) zur Behandlung der RAO ausreicht. Hinsichtlich der Therapieverträglichkeit konnten keinerlei negative Auswirkungen auf die Patienten beobachtet werden. Auf immunologischer Ebene konnte nach der Behandlung mit CpGs signifikante Reduktionen des Th2-Zytokins IL-4 sowie des Th17-Zytokins IL-17 festgestellt werden. Beide Zytokine spielen eine Rolle in der Rekruitierung von neutrophilen Granulozyten. Auch wenn die Ergebnisse der mRNA-Auswertungen statistisch nicht signifikant waren, deutete auch hier eine Vielzahl der Ergebnisse auf eine tendenziell antiinflammatorische Wirkung durch die CpG-Therapie hin. Hier konnte u.a. die Tendenz einer Absenkung der IL-8- sowie der GATA-3-mRNA-Expression verzeichnet werden, was sowohl auf einen antiinflammatorischen, als auch einen immunmodulatorischen Effekt, weg von einer Th2-dominierten Immunantwort, hindeutet. In zukünftigen Studien wäre eine Untersuchung an einer größeren Patientengruppe wünschenswert, um ein noch besseres Verständnis der immunonologischen Verhältnisse in den unterschiedlichen Erkrankungsphasen (Remission oder Exazerbation) bei RAO erreichen zu können und damit die Aussagekraft hinsichtlich der therapeutischen Veränderungen noch weiter stärken zu können. Außerdem könnte eine größere Patientenzahl individuelle Schwankungen, v.a. der Zytokinergebnisse besser ausgleichen. Ein direkter Nachweis regulatorischer T-Zellen zur Evaluation des Therapieeinflusses auf die Tregs wäre in weiterführenden Studien wünschenswert. Da den Tregs in der Pathogenese des humanen Asthmas bereits eine wichtige Rolle zugesprochen wird, sollte deren Bedeutung in der RAO-Erkrankung genauer auf den Grund gegangen werden. Da humanes Asthma und die equine RAO hinsichtlich zahlreicher Aspekte, u.a. in der Pathogenese und dem Ansprechen auf Therapie, Parallelen aufweisen, wäre es wünschenswert, dass die Möglichkeit der inhalativen Therapie mit CpGs in zukünftigen Studien über die Behandlung von RAO hinaus, auch bei Asthma-Patienten in großangelegten Studien weiterführend untersucht wird.

Trakehner nehmen auch heute noch eine Sonderstellung in der deutschen Pferdezucht ein, denn diese Rasse ist die älteste Reitpferderasse Deutschlands. Seit Beginn ihrer Zuchtgeschichte wurden Trakehner als edle Reit- und Fahrpferde gezogen; Englische und Arabische Vollblüter prägten Typ, Härte und Leistungsvermögen. Eine Umzüchtung vom schweren Warmblüter, der in der Landwirtschaft eingesetzt wurde, zum edleren, leichten Reitpferd hat nie stattgefunden, da Trakehner immer schon als leichte Reit- und Fahrpferde für die Kavallerie gezogen wurden. Durch den starken Vollbluteinsatz wurden die Pferde eher zu leicht und durchliefen mehrere Verstärkungsperioden. Nach dem Zweiten Weltkrieg waren nur noch wenige Zuchtpferde für den Wiederaufbau der Zucht vorhanden. Durch die Ostblockbildung konnten sich Subpopulationen entwickeln, die auch in der ehemaligen Sowjetunion nach Reinzuchtkriterien weitergezüchtet wurden. Zur Bewahrung ihrer besonderen Genetik wurde die Zuchtmethode der Reinzucht bis heute beibehalten. Alle weiteren Warmblutzuchtverbände züchten mit mehr oder weniger geöffneten Stutbüchern. Durch die Reinzucht kann die besondere Genetik erhalten bleiben, die kleine Population erfordert aber eine gute Organisation, um die Inzuchtrate auf einem möglichst niedrigen Niveau zu halten. Die besonderen Reinzuchtbestimmungen ermöglichen eine Hereinnahme von Genen aus Englischen und Arabischen Vollblütern sowie Shagya- und Anglo-Arabern und reingezogenen Trakehnern aus dem Ausland. Diese Vergrößerung des Genpools hat eine traditionelle Grundlage, vergrößert die Varianz und verkleinert die Inzuchtrate. Trakehner werden heute weltweit gezüchtet. Zur Betreuung der ausländischen Züchter haben sich mehrere Tochterverbände gebildet. Für die vorliegende Untersuchung wurden die Leistungsmerkmale der aktiven Zuchtstutenpopulation aus dem Jahr 2014 in Korrelation zu dem Spezialblutanteil der Stuten untersucht. Mithilfe einer Pedigreeanalyse wurden die Stuten bezüglich ihres Spezialblutanteils in den ersten beiden Generationen in 5 Gruppen nach aufsteigendem Spezialblutanteil eingeteilt. Als Spezialblut bezeichnet werden Ahnen der Rassen Englisches Vollblut, Arabisches Vollblut, Shagya-Araber, Anglo-Araber und Pferde aus ausländischer Subpopulation. Insgesamt wurden die zentral vom Trakehner Zuchtverband und der FN erfassten Daten von 9915 Pferden ausgewertet. Im ersten Teil der Auswertung konnte gezeigt werden, dass mehr als ein Drittel der zuchtaktiv gemeldeten Stuten einen Spezialblutanteil ≥25 % aufweisen. Ein hoher Spezialblutanteil ist also auch in den vorderen Generationen etabliert. Im zweiten Teil wurden die leistungsbezogenen Daten der Stuten und ihrer Nachkommen analysiert. Die untersuchten Leistungsdaten sind Selektionskriterien im Zuchtprogramm. Untersucht wurden Daten aus Fohlenregistrierung, Stutbucheintragung, SLP und Turniersport. Die HLP- und Körergebnisse standen zur Verfügung, konnten aber nicht ausgewertet werden, da die Datenmenge zu klein oder die Daten nicht vergleichbar waren. Als Vergleichsgruppe wurden jeweils Stuten ohne Spezialbluteinfluss in den ersten beiden Generationen herangezogen. Diese Vergleichsgruppe wurde dann jeweils mit den Pferden der unterschiedlichen Spezialblutgruppen verglichen. Die Leistungsdaten der Stuten wurden über eine Varianzanalyse oder mithilfe der logistischen Regression verglichen. Für die Daten der Nachkommen wurde ein gemischtes Modell entwickelt. Die deutschen Reitpferdezuchtverbände verfolgen alle das Zuchtziel einer Leistungszucht auf Reitpferdemerkmale. Die Selektion verläuft über mehrere Selektionsstufen vom Fohlen bis zum Reit- oder Zuchtpferd. Die Selektionskriterien, die auf Zuchtleistungsschauen beurteilt werden, lassen sich in die Hauptblöcke Grundgangarten, Springveranlagung und Exterieur gliedern. Interieur- und Gesundheitsmerkmale werden nur in geringem Umfang erfasst. Die untersuchten Merkmale, die bei der Selektion berücksichtigt werden, konnten durch Einkreuzung von Spezialblutpferden nicht verbessert werden. Die Nachkommen wurden jeweils bezogen auf die Fremdblutgruppe der Mutter nach gleichem Muster analysiert. In der statistischen Auswertung konnte gezeigt werden, dass die Einkreuzung von Spezialblut keinen positiven Einfluss auf die untersuchten Leistungsmerkmale hat. Für viele Merkmale konnte kein signifikanter Effekt auf die Bewertung nachgewiesen werden. Die Leistungsmerkmale, die signifikant negativ beeinflusst werden, weisen eine lineare Beziehung zum Spezialblutanteil auf. Hier wird die Bewertung mit steigendem Spezialblutanteil schlechter. Die Berücksichtigung dieser Ergebnisse erfordert ein kritisches Hinterfragen des Spezialbluteinsatzes. Die untersuchten Leistungsmerkmale stellen allerdings Selektionskriterien für eine gerichtete Reitpferdeselektion dar, die Merkmale, welche durch den Spezialbluteinfluss verbessert und gefestigt werden sollen, nur unzureichend erfassen. Da die Trakehner Zucht durch ihre kleine Populationsgröße auf eine Erweiterung des Genpools angewiesen ist, sollten konkrete, messbare Zuchtziele formuliert werden, um Zweck und Erfolg einer Spezialbluteinkreuzung zu überprüfen. Soll die Zuchtpopulation weiterhin nur über die untersuchten Merkmale selektiert werden, sollte der Spezialbluteintrag zu Gunsten eines größeren Zuchtfortschritts auf ein vertretbares Minimum reduziert werden.

In der vorliegenden retrospektiven Studie (01.01.2010–31.08.2015) aus der Klinik für kleine Haustiere der Freien Universität Berlin wurden die Patientenakten der Hunde analysiert, die aufgrund einer arthrosebedingten Lahmheit vorgestellt wurden. Die Ursache der Funktionsstörung musste Karpal-, Ellenbogen-, Schulter-, Tarsal-, Knie- und/oder Hüftgelenk(e) betreffen. Das Ziel war, die häufig verwendeten Antiphlogistika/Analgetika Rimadyl®, Previcox®, Cimalgex® plus Gabapentin®, Phen-Pred®, Metacam®, Novaminsulfon® und Trocoxil® im Hinblick auf Wirksamkeit und Nebenwirkungen miteinander zu vergleichen. Im Ergebnis erwies sich keines der Medikamente weder als signifikant wirkungsvoller noch als signifikant nebenwirkungsbehafteter. Insgesamt konnte mit einem dieser Präparate eine ausgeprägte Optimierung der Funktion um einen Lahmheitsgrad in 48,2 %, um zwei Grade in 18,2 % sowie um drei Grade in 4 % der Fälle erzielt werden. Bei über 85 % der Patienten, die ausschließlich mit dem erstgewählten Präparat behandelt wurden, waren keine Nebenwirkungen zu vermerken. Nach Applikation eines Zweitpräparates konnten mit 28,9 % nahezu doppelt so häufig Nebenwirkungen festgestellt werden. Wurde aufgrund dessen wie zuvor auf ein Drittpräparat umgestiegen, kam es bei nur einem Patienten zu Nebenwirkungen. Die unerwünschten Wirkungen betrafen bis auf eine Ausnahme ausschließlich den Verdauungstrakt. Tendenziell erwies sich Previcox® als am nebenwirkungsärmsten, während Phen-Pred® am häufigsten nebenwirkungsbehaftet war. Auffällig präsentierte sich die signifikante Häufung der Nebenwirkungen bei einer kombinierten Verabreichung der Medikamente mit dem Antazidum Omeprazol®. In Bezug auf die einzelnen Gelenke erwies sich keine der vier Gruppen als signifikant effizienter als eine andere. Eine Behandlung mit Previcox® war bei Hüftgelenksbeschwerden allerdings tendenziell wirkungsvoller (p = 0,054) als mit einem der drei anderen Medikamente bzw. der Medikamentenkombination aus Cimalgex® plus Gabapentin®.

The aim of conformation dynamics is the identification of metastable sets in the molecular conformation space, and the computation of their statistical weights. Because of the high dimensionality of the state space, coarse graining methods attempt to improve the computational performance by reducing the representation of a molecule’s dynamics without losing relevant details. In this doctoral thesis, a coarse graining method in time, by clustering motions of particles according to a certain criterion, and a coarse graining strategy in space, by revealing a hierarchy in the descriptors of a protein, are developed. To find the global statistical weights of the metastable sets, reweighting strategies are necessary. We present two novel techniques that permit a direct calculation of statistical weights, both based on the estimation of free energy differences. The first method requires an inverse balance condition that leads to a direct calculation of the statistical weights as eigenvalues of a transition matrix. The second approach approximates entropy differences between metastable sets to derive according free energy differences. The performance of the novel strategies is tested on several small examples before applying them to the µ-opioid receptor. The µ-opioid receptor is a transmembrane protein, especially important for the perception and the alleviation of pain. A medication with analgesics like morphine can lead to serious side effects. Therefore, it is desirable to find an opioid that activates the µ-opioid receptor in the inflamed tissue only. The intent of this doctoral thesis is to analyze the µ-opioid receptor in order to find possible reasons for the known better effect of analgesics in inflamed tissue. We model the receptor in a simulation box, embedded in a membrane and solvated with water, both in healthy and inflamed tissue, propose different hypotheses that may cause the better effect of the receptor in inflamed tissue, and investigate electrostatic potentials, Coulomb interactions, and conformational changes for the analysis of the receptor’s behavior.

Protein Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B) is a validated drug target for the treatment of diabetes type 2 and obesity. Until now, development of suitable modulators has been hampered by the polarity of the binding site and related bioavailability issues of the molecules. The design of selective inhibitors of PTP1B against the closely related T-Cell protein tyrosine phosphatase (TC-PTP), which was associated to severe side effects in animal studies, proved even more challenging. Over the years progress wasmade, but known PTP1B inhibitors only achieved atmaximummoderate selectivity over TC-PTP. This study aims to break the traditional boundaries of PTP1B selectivity by deliberately exploiting structural differences of both proteins. Due to their high similarity this requires thorough analysis of their static structures as well as their flexible behavior. The goal was therefore pursued with two different approaches: In Part I of the study a detailed analysis of protein complexes with selective ligands was performed including their flexible behavior as determined frommolecular dynamics simulations. Since common analysismethods were not able to explain the selectivity of the investigated ligands, a newmethod was developed which is able to assess parameters of ligand affinity that are not covered by currently available methods: steric complementarity of the ligand to the protein together with ligand strain. The developed tool allows to assess those properties on high numbers of molecular dynamics frames to calculate ligand shape fit in a flexible context. It further enables to trace back the ligand atoms or parts responsible for good or bad shape fit. In Part II of this study the flexible behavior of the apoproteins was studied. Since surface properties are highly similar in both proteins, the analysis focused on binding site shapes. For this, a novel approach was chosen that translates binding site shapes from molecular dynamics simulations into point maps and subsequently uses clustering and difference calculations to find a PTP1B conformationmost unlike to all discovered TC-PTP conformations. Theworkflowincludes calculation of a selectivity map consisting of points in the binding site where highest and most relevant differences in PTP1B and TC-PTP conformations occur. This map can be visualized and used for screening of selective PTP1B frames, which can then be used for protein structure based virtual screening for potentially selective PTP1B inhibitors. Results of Part I indicate shape fit as the previously undiscovered reason for selectivity of some known PTP1B inhibitors. They further suggest that selectivity can be achieved by interactions in the catalytic cavity as well as in previously suggested areas (the B and C site) of the binding site. Additionally, the discovered reduced ligand strain in PTP1B for one of the analyzed ligands, while almost maintaining same occurences of protein-ligand interaction features, lead to the assumption that PTP1B possesses a higher ability to conformationally adapt to the ligand than TC-PTP. This assumption is corroborated by the results of Part II: The selectivitymap indicates the catalytic cavity and the YRD-loop (C site) as areas of different flexible behavior. Especially the YRD-loop shows increased flexibility in PTP1B compared to TC-PTP. Additionally, ligands that have a high likelihood of exploiting the discovered conformational differences while still showing sufficient activity in PTP1B could be found in databases of commercially available molecules. Overall, the two innovative approaches to discover key factors of PTP1B selectivity did not only lead to interesting findings, but could also be adapted to promote other drug design projects where selectivity is crucial but hard to achieve.

Bone forming cells of mesenchymal origin and hematopoietic cells of the immune system interact in the bone marrow. Both cell types show high plasticity under homeostatic conditions as well as during bone healing after an injury. Bone marrow is also the central organ for hematopoiesis and harbors the immunological memory. Above all, regeneration and formation of an immunological memory are processes that take place over a period of weeks to months. Since the underlying mechanisms are controlled on the cellular level, in vivo multiphoton fluorescence microscopy is the most appropriate and common method to gain insight into the dynamics of these interactions in living tissue under physiological and pathological conditions. However, already established methods for intravital microscopy in the bone marrow of mice are, either designed for imaging a few hours and thus not for repeated, i.e. longitudinal observations, or not designed for long bones, but only for flat bones, i.e. calvarium. In addition, they are physically limited to penetration depths of approx. 100 - 150 µm below the bone cortex. In the present work, in order to fulfil the needs in understanding bone biology a new microendoscopic technique based on gradient index (GRIN) lenses was developed and applied to analyze cellular dynamics in vivo. An internal fixation system ensured the precise positioning of a GRIN endoscope in the femoral bone marrow tissue over months. The optical performance of the endoscope system was comparable to other methods for intravital microscopy in the bone marrow. Via a chronic window, which can be introduced into the bone marrow cavity both centrally and pericortically, we were able for the first time to observe and quantify changes in the vascular structure in one and the same individual over month. The observed plasticity of the blood vessels seems to be unique compared to other tissues. Using histological and flow cytometric methods, we could exclude the possibility that this is a process driven by regeneration processes caused by implantation procedure. Additionally, to account for the complex dynamic interactions between various cellular and extra-cellular compartments, a method for non-linear asymmetric two-photon excitation (ATPE) and digital unmixing of the recorded fluorescence signals was established, which can be used for the multiplexed recording of eight different tissue components. The novel endoscope system enables longitudinal intravital microscopy in the murine bone marrow (LIMB) to analyze the osteoimmune system in vivo under homeostatic and pathological conditions. With LIMB we expect to gain a deeper insight into the role of the immune system in bone healing, as well as into the establishment and maintenance of immunological memory cells, such as long-lived plasma cells in their special survival niches.

Unter dem Gesichtspunkt eines wachsenden Bedarfs an agrarischen Produkten sind die Erhaltung und Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit essentiell. Nach dem Vorbild der Terra Preta do Indio (Glaser und Birk, 2012) ist eine Aufwertung von ertragsschwa-chen, sandigen Böden mit neuentwickelten Biokohlesubstraten (BKS) hinsichtlich ihrer Bodenfruchtbarkeit und Ertragsfähigkeit denkbar. Die Auswirkungen des Einsatzes von BKS auf die Bodenfruchtbarkeit wurden in er-tragsschwachen sandigen Acker- und Kippböden der Niederlausitz (Nordostdeutsch-land) mit mehrjährigen Gefäß-, Bodensäulen- und Lysimeterversuchen geprüft. In den Gefäßversuchen wurden BKS mit Biokohleanteilen von 15 Vol.-% und 30 Vol.-% und Aufwandmengen von 30 t/ha bis 240 t/ha untersucht. Zudem erfolgte die pflanzenbauli-che Prüfung von BKS, die mit verschiedenen Rezepturen aus regionalen Inputstoffen hergestellt wurden. In den Bodensäulen- und Lysimeterversuchen wurden BKS mit 15 Vol.-% Biokohle hinsichtlich ihres Einflusses auf die Sickerwassermenge und -qualität über drei Vegetationsperioden geprüft. Diese wurden im Zusammenhang mit den Erträgen und Entzügen der angebauten Kulturen Knaulgras (Dactylis glomerata L.), Senf (Sinapis alba L.), Sommergerste (Hordeum distichum L.), Mais (Zea mays L.) und Winterroggen (Secale cereale L.) sowie einer umfangreichen Bodenanalytik ausgewer-tet. Die Ergebnisse zeigen eine positive Beeinflussung der Bodenparameter in Abhängigkeit vom Ausgangszustand der Böden. Neben der Erhöhung des Gesamtporenvolumens auf 116 % (Kippboden) bzw. 124 % (Ackerboden) wird in dem Kippboden auch die nutzbare Feldkapazität auf 172 % angehoben. Die BKS-Düngung führt zu einer Verbes-serung des Humushaushaltes einhergehend mit der Erhöhung der KAKpot, der Nähr-stoffvorräte und der P-, K- und Mg-Verfügbarkeit. Die BKS weisen ein geringes N-Mineraldüngeräquivalent von < 10 % auf. Die Nmin-Austräge mit dem Sickerwasser können um 40 % (Kippboden) bzw. 69 % (Ackerboden) mit einer Gabe von 30 t/ha BKS (15 Vol.-% Biokohle) signifikant reduziert werden. Gestaffelte BKS-Gaben (3x30 t/ha) reduzieren den Nmin-Austrag des Kippbodens stärker als eine einmalige hohe Gabe von 90 t/ha. In einem sandigen Braunerde-Podsol bewirkt die Düngung mit den BKS erhöhte Nmin-Austräge auf bis zu 157 % (90 t/ha). Die K- und P-Austräge sind in allen geprüften Böden gering bzw. sehr gering. Die Anwendung von Biokohlesubstraten verbessert die ökologischen Bodenfunktionen sowie die Flächenproduktivität auf ertragsschwachen sandigen Böden und stellt eine vielversprechende Option für Grenzertragsstandorte und für die landwirtschaftliche Re-kultivierung von Kippböden dar.

The ability of specific triterpenoid saponins to act as a novel mediator of the endosomal release was investigated thoroughly in the past. By interacting with the endosomal membrane, these sec-ondary plant metabolites from Saponaria- or Gypsophila-specimen are able to release the endo-somal or lysosomal content before being degraded by lysosomal enzymes. Special attention hereby was paid to the use of ribosome-inactivating proteins, which can induce the apoptotic cell death by cleaving an adenine out of the 28S-Subunit of the ribosomes. A synergy between triterpenoid saponins and RIPs achieved an amplified cell toxicity in several studies, which was even tested successfully in many in-vivo-studies. Resulting out of a less specific release from the endosomes, a logic consequence was to test the ability of the triterpenoid saponins in other scien-tific fields. Therefore, the quest of this work happened to be the investigation of the saponin me-diated enhanced gene delivery (transfection). For this purpose, a number of different nanocarriers were formulated and analyzed for their suitability as stable nanoplexes in terms of size, zetapotential, uniformity, stability and DNA-complexation efficiency. After the establishment of a robust transfection method with peptide-based nanoplexes, a number of different saponins could be tested on their transfection enhancing properties, among them SO1861, isolated from Saponaria officinalis L., and GE1741, isolated from Gypsophila elegans M.Bieb. In addition, a further breakdown of the structure-activity relationship regarding the endosomal release could be achieved. After the identification of the highly active saponins SO1861 and GE1741, not only the transfection efficiency, but also the universal applicability was investigated. A flexible as-signment could be demonstrated in different cell lines, transfection methods as well as with dif-ferent nucleic acids. The fact of a not elucidated mechanism of the modulated endosomal escape was a further topic of this work. By applying microscopic and fluorescence-based methods, val-uable insights regarding the intracellular uptake and release could be gathered. With the transfec-tion of a RIP-gene the opportunity of a concrete therapeutic application was investigated. Initial in-vitro-tests confirmed a non-toxic reporter gene delivery as well as an effective and highly toxic suicide gene delivery. On neuroblastoma bearing NMRI nu/nu mice, finally an in-vivo-efficacy was demonstrated, after the combined application of SO1861 and targeted YD-nanocarrier (suicide gene) led to a 50% decrease of tumor growth. In this work, for the first time the big potential of specific triterpenoid saponins as potent trans-fection enhancer could be described. Despite detailed investigations and connected with that, an establishment of a sound basis, a further breakdown of the mechanistic actions and precise opti-mizations are highly necessary in order to manifest a big value of saponins in future gene and cancer therapies.

This dissertation consists in four essays about a wide range of topics and policies, ranging from the impact of wage and income risk on fertility or labor supply, over the evaluation of a new minimum wage to design features for optimal traffic regulation. While these studies differ in key aspects and methods, they have in common that uncertainty plays a crucial role in understanding the impact of the respective and related policies. The first chapter, Is Our Income Too Risky to Have A(nother) Baby? Evidence from German Micro Data, studies women’s fertility transitions and the timing of fertility, and how it is affected by household income, the female earnings potential, and the associated uninsured, idiosyncratic measures of risk. Founding a family or having another baby are rather fundamental decisions because they have an irreversible and permanent character. Thus, if households experience increases in the riskiness of their income sources, they might wish to postpone family formation, for instance in order to accumulate savings to insure themselves against negative shocks. Additionally, the prospective parents might want to work more to establish themselves on the labor market and resolve some of the uncertainty about the future income trajectory. The second chapter, How Important is Precautionary Labor Supply?, also studies the impact of wage risk, but this time on the labor supply decisions of German prime-age men. The question is, whether individuals chose to work longer hours in order to self- insure against their wage risk and the possibility of a negative wage shock. Thus, this chapter quantifies the importance of precautionary labor supply defined as the difference between hours supplied in the presence of wage risk and hours under perfect foresight. The third chapter, The Effects of Germany’s New Minimum Wage on Employment and Welfare Dependency, deals with an actual public policy, Germany’s new statutory minimum wage of 8.50 Euro per hour. The questions are whether the minimum wage caused job losses, or whether the introduction of the new wage floor reduced welfare dependency by lifting the income of the working poor. It was often argued that a minimum wage would be necessary to supplement earnings in the growing low-wage sector and to cushion the large-scale labor market reforms of the early 2000s, the so-called Hartz reforms. A key target group of the minimum wage are households that receive supplementary welfare benefits (unemployment benefit II, UBII) while working, the so-called Aufstocker. The proponents of the minimum wage argued that increasing the labor earnings via the minimum wage would reduce welfare spending and help households to end their welfare dependency. The fourth chapter, Congestion Pricing: A Mechanism Design Approach, deals with traffic congestion and the optimal design of congestion pricing. From an economist’s point of view, congestion is an externality problem since an individual driver does not take the effect of her journey on other drivers’ travel time into account. The textbook solution is a simple corrective Pigouvian tax, set at a level to ensure that each driver internalizes the marginal cost of the increased travel time of other drivers (Pigou, 1920; Knight, 1924). In order to find the correct level of such a tax or price, a regulator needs knowledge about the drivers’ value of travel time. These values differ substantially across drivers, both based on observed and unobserved sources (Small et al., 2005; Steimetz and Brownstone, 2005). The fourth chapter uses mechanism design in order to study the optimal design of congestion pricing, when the regulator does not have this kind of information.

Transcription factors (TFs) are fundamental to the regulation of genes by binding to genomic enhancer elements and orchestrating the expression of their target genes. However, it is largely unclear which TF binding event(s) contribute to the regulation of a specific gene, how cell type-specific plasticity in gene expression is achieved and what minimal circuitry is required to regulate a gene depending on the activity of a specific TF. Here, I used the glucocorticoid receptor (GR), a hormone-activated TF, as a model system to study the molecular mechanisms that determine the functional role of enhancers. By genomically deleting, either alone or in combination, multiple GR binding sites (GBSs) located within the GILZ enhancer, I systematically investigated the interplay of multiple TF binding sites. This mutational analysis demonstrated that multiple GBSs are bound independently but can act cooperatively on gene expression as a single functional unit, which is only active when all of its GBSs are intact. Furthermore, the deletion of GBSs shared between two different cell types demonstrates how cell type-specific differences in the three-dimensional (3D) genome organization and enhancer blocking can rewire enhancer-promoter contacts. This rewiring enables a GBS bound in two different cell types to direct the expression of distinct transcript variants, thereby contributing to the cell type-specific consequences of glucocorticoid signaling. Finally, I investigated the effect of DNA motif sequence on GR activity, by exchanging the sequence of a single GBS of the GILZ enhancer into different GBS motif variants. Whereas in reporter assays this exchange resulted in quantitative changes in gene expression, no effect was observed upon exchange in the endogenous context. Hence, the genomic context can influence the regulatory potency of individual GBS variants, for example by integrating regulatory information from multiple GBSs. To investigate the role GBS variants in an isolated endogenous context, I integrated a GBS at the promoter region of an endogenously silenced gene, thereby activating its expression in a GR-dependent manner. This demonstrates that a single GBS can be sufficient to induce GR-mediated regulation of an associated gene and further provides a model system to investigate the effect of GBS sequence variants in isolation. Together, genomic editing of GBSs in their endogenous genomic context enables insights into the operating priniciples of combinatorial gene regulation by multiple TF binding sites, but also demonstrates that a single promoter-proximal GBS is sufficient to induce GR-dependent gene expression. Furthermore, a GBS equally bound in two different cell types can contribute to the establishment of cell type-specific gene expression patterns by differences in 3D genome organization and enhancer blocking.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung neuer Rhenium- und Technetiumphenylimidokomplexe mit fluorierten organischen Liganden. Zentral ist dabei die Fluorierung des Phenylimidoliganden in para- Position. Die Arbeit ist in drei Abschnitte unterteilt. Im ersten Teil wird die Synthese neuer fluorierter Rhenium(V)- und Technetium(V)-Phenylimidomplexe mit einzähnigen Liganden beschrieben. Die Umsetzung des Rhenium(V)-Oxidokomplexes [ReOCl3(PPh3)2] mit 4-Fluoroanilin in siedendem Toluol führt zu [Re(NPhF)(NH2PhF)Cl3(PPh3)]. Führt man diese Reaktion in Anwesenheit eines Überschusses an Triphenylphosphan durch, so erhält man [Re(NPhF)Cl3(PPh3)2]. Um analoge Technetiumkomplexe zugänglich zu machen, wurde NH4TcO4 in siedendem Methanol mit R PhNHNHAc (R = F, CF3) und PPh3 umgesetzt und anschließend konzentrier-te wässrige HCl zugegeben. Bei diesen Reaktionen entstehen die Verbindungen [Tc(NPhF)Cl3(PPh3)2] und [Tc(NPhCF3)Cl3(PPh3)2]. Die Technetiumkomplexe sind in Lösung instabil gegen Hydrolyse der Tc=N Bindung. Als Hauptzersetzungsweg wurde die Abspaltung von 4-Fluoro- bzw. 4-Trifluoromethylanilin, die anschließende Reduktion des Technetiumatoms und die Bildung des Technetium(IV)-Komplexes [TcCl4(PPh3)2] ermittelt. [Re(NPhF)Cl3(PPh3)2] und [Re(NPh)Cl3(PPh3)2] wurden mittels Cyclovoltammetrie untersucht und miteinander verglichen. Beider Verbindungen lassen sich in einem quasireversiblen Einelektronenübergang elektrochemisch oxidieren. Der zweite Abschnitt behandelt Reaktionen von [Re(NPhF)Cl3(PPh3)2] mit unterschiedlich fluorierten Acetylacetonderivaten. Bei den Reaktionen mit unfluoriertem Acetyla-ceton (Hacac) sowie Hexafluoroacetylaceton (Hhfac) entstehen die Komplexe [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(acac)] und [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(hfac)]. Aus der Umsetzung von [Re(NPhF)Cl3(PPh3)2] mit Trifluoroacetylaceton (Htfac) erhält man das cis- und das trans-Isomer von [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(tfac)]. Die Dynamik der Isomerenbildung wurde durch Einführen sterisch anspruchvollerer Substi-tuenten in den Acetyalacetonatoliganden untersucht. Dazu wurden zunächst DFT-Rechnungen durchgeführt, um die Energieunterschiede zwischen den Isomeren für die Reste Methyl, Phenyl, Naphtyl und tert-Butyl zu ermitteln. Demnach sind die Energiedifferenzen für [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(tfac)] und [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(Phtfac)] gering. Für [Re(NPhF)-Cl2(PPh3)(Naphttfac)] und [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(Buttfac)] unterscheiden sich die beiden Isomere in ihren Energien deutlicher. [Re(NPhF)Cl3(PPh3)2] wurde mit HNaphttfac und HButtfac umgesetzt und von den Komplexen [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(Naphttfac)] und [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(Buttfac)] jeweils das cis- und trans-Isomer erhalten. Mit Hexafluoroacetylaceton wurden zudem die Technetium(V)-Phenylimidokomplexe [Tc(NPh)Cl3(PPh3)2] und [Tc(NPhF)Cl3(PPh3)2] zu den entsprechenden Verbindungen [Tc(NPh)Cl2(PPh3)(hfac)] und [Tc(NPhF)Cl2(PPh3)(hfac)] umgesetzt. Zusätzlich zu den Phenylimidokomplexen wurden die beiden Oxidokomplexe (NBu4)[ReOCl3(hfac)] und (NBu4)[TcOCl3(hfac)] synthetisiert und mittels NMR- und IR-Spektroskopie charakterisiert. Im dritten Abschnitt werden Reaktionen mit Benzoylthioharnstoffen (HR1R2btu) und Thiosemicarbaziden (H2L1a/b) beschrieben. Mit Benzoylthioharnstoffen reagiert [Re(NPhF)Cl3(PPh3)2] zu den Produkten [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(R1R2btu)] (R1 = R2 = Et, Ph; R1 = Ph, R2 = Me). Mit N,N-Diethyl-(4-Fluorobenzoyl)thioharnstoff (Et2-p-F-btu) entsteht der analoge Komplex [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(Et2-p-F-btu)]. Die Umsetzung von [Re(NPhF)Cl3(PPh3)2] mit den Thiosemicarbazidliganden H2L1 führte zu den ionischen Verbindungen [Re(NPhF)Cl(HL1)(PPh3)]Cl. Die Komplexe [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(Et2btu)], [Re(NPhF)Cl2(PPh3)(p-F-Et2btu)], [Re(NPhF)-Cl(HL1a)(PPh3)]Cl, [Re(NPhF)Cl(HL1b)(PPh3)]Cl und [Re(NPh)Cl(HL1a)(PPh3)]Cl wurden auf ihre biologische Aktivität gegen Krebszellen sowie Trypanosoma cruzi untersucht. Die Benzoylthioharnstoffkomplexe zeigten, im Gegensatz zu den Thiosemicarbazidkomplexen, gegen Krebszellen eine deutliche cytotoxische Aktivität. Gegen Trypanosoma cruzi zeigten nur die Thiosemicarbazidkomplexe nenneswerte Aktivitäten.

This thesis investigates the human thermal comfort and its variation in 31 provincial capital cities of mainland China, and Tibetan Plateau (TP) in the light of the anticipated global warming. Physiologically Equivalent Temperature (PET), Universal Thermal Climate Index (UTCI), Warm spell duration index (WSDI) and Cold spell duration index (CSDI) are well united for this research. Besides the data which are observed at the stations, this thesis also evaluates regional climate model data. The HadGEM3-RA and RegCM data from the CORDEX-East Asia project are used to project the human bio-meteorological conditions in TP in the future. The cities in the TP are classified into different types based on their seasonal human thermal comfort distribution. The changes of thermal comfort in recent decades, their regional differences and also the difference between thermal indices are analyzed in this study. Furthermore, the human bio-meteorological conditions of TP in the near future are evaluated with the extreme events included. The aim is to provide guidance for urban planning and management, industrial and agricultural production and people's livelihood, and give some references for related research. The PET and UTCI values are highly correlated with each other and present similar thermal comfort pattern in mainland China, although their sensitivities differ slightly. The 31 cities cover, 4–8 resp. 6–8 thermal comfort classes of the PET and UTCI scale. On the whole, the annual cumulative number of pleasant days was more than 160 days/year on average in 1981-2010. The 31 provincial capital cities in mainland China can be classified into only 5 types, in terms of seasonal variations in thermal comfort conditions, which are: pleasant summer and severe cold winter (type-I); pleasant spring, autumn, winter, and severe hot summer (type-II); pleasant spring and autumn, slightly pleasant summer, and cold winter (type-III); pleasant spring and autumn, hot stress summer, and slightly cold winter (type-IV); and pleasant spring, summer, autumn, and cool winter (type-V). In the past three decades, the cities in mainland China had experienced increasing pleasant spells in late winter and early spring and an intensification of heat stress in summer. The reduction in annual cumulative number of cold stress days in higher latitude/altitude cities outweighs the increase in duration of heat stress in subtropical cities. In TP, the UTCI stress category covers four categories: strong cold stress, moderate cold stress, slight cold stress, no thermal stress. The distribution frequency of UTCI categories varies among regions showing clear altitude/latitude dependency. Cold stresses is prevailing throughout the whole year under present day conditions A small amount of days with the no thermal stress category appears in the summer period. The human bio-meteorological condition is most stable from July to September. According to the climate change projections in 2024-2050, annual cumulative pleasant days will increase significantly while days with cold stress will be reduced. Lhasa, Xining, and Yushu will develop in future to the top three cities in terms of thermal favorability. More WSDI events are found than CSDI events in TP in 2024-2050. No significant increasing or decreasing trend for both indices in TP over the period of 2024-2050 could be detected. The number of extreme events changes from 0.4 per year to 3.3 per year in whole cities for individual city. Calculated trends of WSDI show an increase of warm-spell events in summertime and cold spells in wintertime. Comparing different cities, the variations in trend are small and very similar.

The objective of this thesis was to improve the model-informed treatment of the first-line combination therapy of paclitaxel and carboplatin for patients with advanced non-small cell lung cancer (NSCLC). Further, the aim was to increase the understanding of the relation between pharmacokinetics and the systems dynamics of neutropenia and tumour growth, respectively. Dose individualisation is needed, since paclitaxel in combination with carboplatin, both cytotoxic anticancer drugs, has a narrow therapeutic window with cumulative neutropenia as the dose-limiting toxicity. In addition, high interindividual variability in the pharmacokinetics of paclitaxel increases the risk of exceeding the narrow therapeutic window. A previous analysis has developed a paclitaxel-neutropenia PK/PD model (original model) and a dose individualisation algorithm based on this model. This algorithm was compared in the CEPAC-TDM study, a multicentre, prospective, open-label, randomised, parallel-group study, against a standard body surface area adjusted dosing approach. However, the dosing algorithm has not been able to significantly reduce grade 4 neutropenia. Thus, the data of the CEPAC-TDM study was used in the present work to externally evaluate the original PK/PD model and to optimise and to extend it. The developed PK/PD models should increase understanding of the system dynamics by implementing a coherent and physiologically plausible modelling framework. The aim was then to use these developed models to investigate different dosing strategies with respect to toxicity and efficacy. In Project 1, the original PK model was externally evaluated using the CEPAC-TDM data, and an underprediction of paclitaxel concentrations was found. This misspecification was corrected by re-estimation of all PK parameters using the prior approach, i.e. considering the information gained in the original PK analysis. The individually predicted PK concentration-time profiles were used to predict the drug effects on neutropenia and tumour growth. In Project 2, cumulative neutropenia was described in a newly developed semi-mechanistic model by considering the bone marrow exhaustion hypothesis, which states that the damage of slowly proliferating haematopoietic stem cells causes the cumulative toxicity pattern. This was an important step towards an optimal and individualised cytotoxic chemotherapy, since the current gold standard model (used in the original model) was not able to describe this pattern. To optimise therapy based on both sides of the therapeutic window, tumour growth inhibition and overall survival were characterised in Project 3. However, due to the infrequent tumour assessment, tumour size development was described in a rather empirical way. Furthermore, the influence of the tumour size development (i.e. relative change in tumour size at week 8) on survival was limited but ECOG performance status was identified an important predictor. Finally, all four developed models were combined to evaluate the impact of dose reduction or increase of the dosing interval on toxicity and efficacy in Project 4. Due to the empirical character of the efficacy model, dose recommendations should be avoided. However, the simulation suggested that none of the investigated strategies sufficiently prevented grade 4 neutropenia yet, but did also not compromise efficacy, thus, a combination of both dosing strategies should be investigated.

Hämatopoetische Stammzellen (HSCs) lokalisieren in einer komplex- zusammengesetzten Mikroumgebung, die essentiell für die HSC-Regulation ist. Bei einer akuten myeloischen Leukämie (AML) resultiert aus einer klonalen Transformation eine Expansion maligner Progenitorzellen, die das Knochenmark infiltrieren und mit mesenchymalen Stromazellen (BM-MSC) der Mikroumgebung interagieren. Zahlreiche Studien untersuchten Aberrationen in AML-Zellen, während molekulare Alterationen in BM-MSC von AML-Patienten (AML BM-MSC) und deren putativ pathophysiologische Rolle weitestgehend unergründet blieben. Um molekulare Alteration der AML-Mikroumgebung zu untersuchen, wurden AML BM-MSC zu verschiedenen Zeitpunkten des AML-Krankheitsverlaufs isoliert und in vitro expandiert. AML BM-MSC wurden auf genetischer, transkriptioneller und epigenetischer (DNA-Methylierung) Ebene mittels Hochdurchsatzplattformen (Illumina und Affymetrix) untersucht und mit Kontrollen gesunder Spender (GS BM-MSC) verglichen. Die Gesamtexomsequenzierung der AML BM-MSC von 21 Patienten zeigte ein unspezifisches Muster genetischer Alterationen. In AML BM-MSC wurden, verglichen mit GS BM-MSC, mehr Mutationen identifiziert. Hingegen trugen AML BM-MSC eine geringere Mutationslast als die korrespondierenden hämatopoetischen Zellen. Die aberranten Genexpressions- und DNA-Methylierungsmuster der AML BM-MSC zeigten eine signifikante Anreicherung zellulärer Komponenten mit einer Implikation in der Stroma-Leukämie- Interaktion: Chemokine, Zelladhäsionsmoleküle und Proteoglycane. Beide molekulare Ebenen, die globale Genexpression und die DNA-Methylierung der AML BM-MSC, spiegelten eine Deregulierung zellulärer Prozesse der Endozytose und des Metabolismus wider. Die generierten Genexpressions- und DNA- Methylierungssignaturen zeigten zudem deutlichere Aberrationen im Kontrast zu GS BM-MSC als im Vergleich zwischen Verlaufsproben von Patienten in der AML- Progression. Eine überexprimierte Komponente der AML-Mikroumgebung, welche aus den transkriptionellen Profilen hervorging, war das Proteoglycan Lumican. Eine stabile Überexpression von Lumican alterierte die Proliferation und Morphologie der Stromazelllinie HS-5, hatte hingegen keinen Einfluss auf die Apoptoserate in HS-5 Zellen. Weiterhin wurden der Immunophänotyp (CD33-CD45-CD73+CD105+CD271+/-) sowie die Proliferationskapazitäten der frühen Passagen der AML BM-MSC in vitro Kultur untersucht. Eine CD271+ Population war hierbei hochvariabel (0-81 % der Gesamtpopulationen). AML BM-MSC zeigten gegenüber GS BM-MSC keine signifikant verschiedenen in vitro-Expansionszeiten. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine umfassende Analyse genetischer, transkriptioneller und epigenetischer Alterationen in AML BM-MSC. Die aberranten molekularen Signaturen der AML BM-MSC zeichnen das Bild einer global alterierten AML-Mikroumgebung und bieten eine Plattform für die Identifizierung neuer putativer Zielmoleküle für nischenspezifische Therapieansätze.

Ornithobacterium rhinotracheale (ORT) ist ein bedeutender respiratorischer Krankheitserreger beim Geflügel, insbesondere bei Puten. Verschiedene Typisierungsmethoden wurden für Isolate des Bakteriums genutzt, um diese voneinander differenzieren zu können. In der Routinediagnostik hat sich insbesondere die Serotypisierung etabliert. Bisher sind 18 ORT-Serotypen nachgewiesen worden; es können aber nicht alle Stämme mit den Referenzseren typisiert werden und es gibt zahlreiche Kreuzreaktionen zwischen verschiedenen Serotypen. Neben der Serotypisierung wurden auch bandenbasierte Typisierungsmethoden, wie die Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE), angewandt. Isolate von Puten und Hühnern sind in diesen Untersuchungen sehr homogen, während ORT-Isolate von anderen Vogelspezies deutlich diverser in den genetischen Fingerprints erscheinen. Nachteile der bandenbasierten Typisierungsmethoden liegen in der Standardisierung und dem schwierigen Austausch der Ergebnisse zwischen verschiedenen Laboren, weshalb Isolate nur begrenzt miteinander verglichen werden können. Demgegenüber stehen sequenzbasierte Methoden, bei denen die Weitergabe der Ergebnisse (z.B. über das Internet) schnell und einfach möglich ist. In der hier beschriebenen Arbeit wurde die Multilocus Sequenz Typisierung (MLST) für ORT anhand von 90 Feldisolaten und 18 Referenzstämmen etabliert. Die Methode hat eine gute Diskriminationsfähigkeit, ist in der Durchführung hoch standardisierbar und wird für Bakterien häufig angewendet. Es wurden sieben Haushaltsgene für die MLST ausgewählt, teilsequenziert und Sequenzunterschiede miteinander verglichen. Bei Puten- und Hühnerisolaten zeigten sich in der MLST große Ähnlichkeiten unabhängig von der geographischen Herkunft, die auf eine klonale Populationsstruktur hinweisen. Fast 80% (67/84) der untersuchten ORT-Isolate von Puten und Hühnern gehören zu den zwei Sequenztypen ST1 und ST9, die sich nur in einem Allel voneinander unterscheiden. Achtzehn (58,1%) der insgesamt 31 definierten ST werden durch Isolate anderer Vogelarten repräsentiert, obwohl deren Anteil an der Gesamtzahl der untersuchten Stämme nur bei 22,2% (n=24) lag. ORT-Isolate von Greifvögeln und Isolate von Tauben grenzten sich phylogenetisch deutlich voneinander ab, zeigten aber eine nahe Verwandtschaft auf der Ebene der Vogelfamilie. Die Greifvogelisolate gruppierten sich innerhalb der beiden Hauptcluster der Geflügelisolate ein, während die Taubenstämme ein eigenes Cluster entfernt von anderen Vogelisolaten bildeten. Die erstellte MLST Datenbank (https://pubmlst.org/orhinotracheale/) bietet eine gute Grundlage, um aktuelle Sequenzdaten zu ergänzen und mit den bisher gewonnenen zu vergleichen. Eingetragene Hintergrundinformationen zu den Isolaten können zukünftig wichtige Einblicke in die Epidemiologie des Erregers, das Wirtspektrum und mögliche regionale Unterschiede bei Krankheitsausbrüchen geben.

Transplantation of donor stem cells, called allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT), is currently the only curative treatment for a variety of hematopoietic diseases, in particular for malignant diseases. Despite the progress made in the past decades in terms of safety, complications by allo-HSCTs lead to high post-treatment mortality rates. The primary complication after allo-HSCT is the “graft-versus-host disease” (GVHD). GVHD is an inflammatory disease affecting liver, intestine and skin. Allo-reactive T lymphocytes are the main mediators of this inflammatory condition. Current therapeutic approaches aim to reduce activation and expansion of effector T lymphocytes, resulting in increased infection rates due to systemic immune suppression by steroids. Approximately 30% of patients develop a progressive GVHD despite immune suppression; this condition is called “steroid refractory GVHD” (srGVHD). Especially in the srGVHD condition, there is an urgent need to find appropriate treatment options. The study of srGVHD, to find targets for successful treatment, is hampered by the lack of mouse models. Recent studies revealed an increased endothelial damage during GVHD and srGVHD. Up to now, the characterization of endothelium during GVHD is incomplete. In this thesis, endothelial dysfunction during GVHD has been investigated in human samples by caspase staining. Endothelial dysfunction in murine GVHD was accompanied by a reduced pericyte coverage, an increased leakage and a higher contraction capability of endothelium in GVHD target organs without structural changes. The increase in adhesion, co-stimulatory and antigen-presenting molecules at the surface of endothelial cells indicates an active role of these cells in the pathogenesis of GVHD. Targeting different functions with compounds directed to the endothelium was not successful in ameliorating the course of GVHD. Gene array performed with isolated hepatic endothelial cells revealed metabolomic pathways, which were altered during established GVHD. Additionally, known pathways to induce apoptosis and cellular dysfunction were increased in hepatic endothelial cells during established GVHD. In our murine srGVHD model increased endothelial damage and leakage index in the colon indicated a contribution of endothelial cells to the pathophysiology of srGVHD. The reduced number of hepatic endothelial cells and the reduced expression of adhesion molecules add evidence to a potential role of endothelial dysfunction in srGVHD. This study highlights the importance of endothelial cells to the GVHD cascade in mice and humans, while therapeutic approaches were not successful to ameliorate murine GVHD. A murine model of srGVHD showed involvement of endothelial cells in this condition. A deeper insight to endothelial cell pathophysiology in established GVHD and srGVHD may help to identify clinical markers for early stages of GVHD and open a new field of therapeutics to ameliorate GVHD while preserving immunity.

Climate change is expected to alter global, regional and local meteorological conditions and as a result, the changes in the climate system will play an essential role on future air quality. Tropospheric ozone is considered one of the most harmful pollutants and it is strongly dependent on weather conditions. Therefore, understanding the impacts of near-term climate change on ozone concentrations is crucial for developing effective air quality policies. This dissertation focuses on the analysis of the influence of synoptic and local meteorological conditions on ground-level ozone over Europe and it provides a comprehensive spatial characterization of the most important meteorological key-driving factors of surface ozone concentrations over the whole domain. For this purpose two approaches are proposed: i) a weather types classification and ii) regression methods. Firstly, large-scale atmospheric circulation is examined through a weather types classification, implemented grid cell-by-grid cell over Europe. The ability of a suite of global climate models to reproduce realistic synoptic patterns in the present climate is evaluated against two reanalysis products. Additionally, the association between weather types and anomalies of maximum and minimum temperatures is investigated. In general, the models are able to capture realistic synoptic patterns when compared to the reanalyses. However, some limitations to reproduce the frequencies of certain weather types, such as low flow conditions over South Europe in summer and autumn are found. The projected changes in the frequency of weather types under future climate scenarios reveal an increase of anticyclonic days and warmer conditions affecting the British Isles in summer, and more westerlies and consequently mild winter conditions over Central Europe. As a result of a projected increase of low flow conditions over the Mediterranean basin, stagnant situations would become more frequent, favouring episodes of air pollution. Further analysis indicate that changes in the frequency of weather types represent a minor contribution of the total change of projected European temperatures. Thus, the temperature changes could be attributed to the so-called within-type variations (changes of the weather types themselves). In the context of climate change, that implies that global warming would also affect the characteristics of some weather types over time (i.e., within-type variations) that are associated with warmer temperatures under future conditions. Secondly, the classification of weather types provides an easy physically interpretable framework for assessing the impacts of synoptic conditions on ozone concentrations. A synoptic-regression approach is developed to investigate the effect of both, synoptic and local meteorological conditions on surface ozone over the European domain. It is shown that local meteorological conditions are generally dominant factors influencing surface ozone variability, rather than the synoptic conditions. The results reveal distinctive regional and seasonal patterns of the most influential ozone drivers. In particular, local meteorological conditions have a strong influence over Central and East Europe, where maximum temperature becomes the most important driver of surface ozone in summer and relative humidity along with surface solar radiation in spring. Finally, a multi-model assessment examines the capability of a set of state-of-the-art air quality models to reproduce the observed relationship between meteorological variables and surface ozone. The results show distinctive seasonal and regional performances in the statistical models developed for each dataset (i.e. observations and model outputs). Overall, the air quality models are in better agreement with observations over the regions referred to as internal regions: England, France, Mid-Europe, North Italy and East Europe. On the contrary, they present more limitations over the rest of the regions, referred to as the external regions: Inflow, Scandinavia, Iberian Peninsula, Mediterranean and the Balkans. There is a larger meteorological contribution in the internal regions, especially in summer where the local meteorology plays an important role in photochemical processes. A minor meteorological effect is found in the external regions, probably due to a major influence of the dynamical processes that are not captured by the statistical models. Most of the air quality models tend to overestimate the sensitivity to maximum temperature and solar radiation and none of them are able to capture the strength of the observed relationship between ozone and relative humidity appropriately. Here, dry deposition schemes may be a key for the underestimation of such relationship. Further analysis of the slopes of the ozone-temperature relationship indicates that the air quality models capture the observed relationship between ozone and temperature in most of the internal regions in summer, while in spring they overestimate it in most of the European regions.

Vorläuferfertigkeiten des Lesens und Schreibens sind eine Voraussetzung für die frühe Förderung des Schriftspracherwerbs. Diese Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der frühkindlichen Entwicklung von Vorläuferfertigkeiten des Lesens und Schreibens in deutschsprachigen Kindern. Mittels einer 2 ½ - jährigen Längsschnittstudie am Schulübergang wurden vier Fragestellungen in vier Teilstudien bearbeitet, die sich übergreifend mit dem Ursprung und dem Verlauf der Schriftsprachentwicklung im Deutschen beschäftigten. Ziel der Arbeit war es, sprachübergreifende Theorien des Schriftspracherwerbs mit empirischer Evidenz aus dem Deutschen anzureichern und für den frühkindlichen Bereich weiter zu entwickeln. In der ersten Teilstudie wurde untersucht, welche phonologischen Fähigkeiten mit Lesefähigkeiten in Verbindung stehen und wann sich diese entwickeln. Die Ergebnisse zeigten, dass sich phonemische Sensitivität zusammen mit dem Leseerwerb im Verlauf der ersten Klasse entwickelte. Dieses Ergebnis bestätigte eine Annahme der Psycholinguistic Grain Size Theory (Ziegler & Goswami, 2005). Demnach entwickelt sich phonemische Bewusstheit im Deutschen mit dem Erwerb der Phonem-Graphem- Übertragung nach Schuleintritt. Ziel der zweiten Teilstudie war es herauszufinden, wann sich rein orthografische Repräsentationen im Deutschen bilden und ob diese direkt mit dem Schriftspracherwerb in Zusammenhang stehen. Damit ist beispielsweise das Wissen über die grafische Struktur oder die Auftretenshäufigkeit von Buchstaben gemeint. Die Ergebnisse zeigten, dass Kinder bereits vor Schuleintritt Symbole und Buchstaben anhand grafischer und statistischer Merkmale unterschieden. Darüber hinaus sagte diese Fähigkeit Lesefähigkeiten am Beginn der ersten Klasse vorher. Damit bestätigen die Ergebnisse der zweiten Teilstudie die Annahmen des Integration of Multiple Patterns Modells (IMP; Treiman & Kessler, 2014), welches den Beginn der Schriftsprachentwicklung vor dem Schuleintritt verortet. Die dritte Studie untersuchte, wie sich semantische Repräsentationen im Übergang zur Schule entwickeln, und ob diese neben Leseverständnisfähigkeiten auch mit Dekodierfähigkeiten in Verbindung gebracht werden können. Die Fähigkeit thematische Bedeutungszusammenhänge zu unterscheiden entwickelte sich im Beobachtungszeitraum stark und sagte Dekodierfähigkeiten am Ende der ersten Klasse voraus. Die Ergebnisse unterstützen Annahmen der Lexical Quality Hypothesis (Perfetti & Hart, 2002), wonach semantische Repräsentationen sowie orthografische und phonologische Repräsentationen in direktem Zusammenhang mit dem Schriftspracherwerb stehen. In der vierten Studie wurden schließlich nicht nur sprachspezifische, sondern auch umgebungsspezifische Einflüsse auf die Schriftsprachentwicklung im Deutschen überprüft. Dabei stand zur Debatte, ob und wie sich die Prädiktion von Schriftsprachfertigkeiten anhand von Vorläuferfertigkeiten des Lesens und Schreibens vor und nach dem Schuleintritt unterscheiden. Die Ergebnisse zeigten, dass besonders die Vorhersage komplexer Lesefähigkeiten (z. B. Leseverständnis) vor und nach dem Schuleintritt divergiert. Damit wird der Einfluss der Lernumgebung auf die Entwicklung und Effektivität von Vorläuferfertigkeiten des Lesens und Schreibens im Deutschen evident und Annahmen des IMP (Treiman & Kessler, 2014) bestätigt. Gemeinsam zeigen die vier Teilstudien, dass sich anhand empirischer Evidenz Grundannahmen aus drei sprachübergreifenden Theorien des Schriftspracherwerbs auf die frühkindliche Schriftsprachentwicklung im Deutschen übertragen lassen. Dabei stellt die Arbeit insbesondere für die frühkindliche Entwicklung orthografischer und semantischer Repräsentationen einen starken Forschungsbedarf fest. Ferner, zeigen die Ergebnisse, dass nicht nur sprachspezifische, sondern auch umgebungsspezifische Merkmale die Schriftsprachentwicklung beeinflussen. Diese Ergebnisse werden in einem integrativen Modell zusammengefasst. In diesem Modell bilden der Austausch zwischen phonologischen und orthografischen Repräsentationen einerseits und semantische Repräsentationen andererseits die Grundlage für die Entwicklung von Lese- und Rechtschreibfähigkeiten. Das Modell integriert außerdem den Einfluss umgebungsspezifischer Lern- und Lehrmechanismen.

This thesis aimed at the total synthesis of three terpene natural products, which exhibit strain due to their unusual carbocyclic structures. The main project describes the first total synthesis and structure revision of dichrocephones A and B. Both sesquiterpenes were isolated in 2013 from Dichrocephala benthamii, a flowering plant found in the south of China. Their oxidation pattern and the inverted absolute configuration of their [3.3.3]propellane core proposed upon isolation, as well as the unique tetracyclic structure of dichrocephone B distinguish them from previously described compounds of the modhephane family. A newly developed synthetic methodology for the enantioselective synthesis of the [3.3.3]propellane core was based on desymmetrization of prochiral triketones by a catalytic asymmetric Wittig reaction, vinyl cuprate addition and ring closing metathesis. Further key steps in the synthesis of the fully substituted cyclopentanone found in the natural products were the consecutive cyclopropanation and hydroxy-directed epoxidation of a pseudo-symmetric dienone. The obtained pentacyclic intermediate then underwent double reductive ring-opening to the proposed structure of dichrocephone A. Mismatching spectroscopic data led to the conclusion that the structure of dichrocephone A was proposed falsely upon isolation. An interdisciplinary approach utilizing X-ray crystallography, biosynthetic considerations and NMR calculations led to the prediction of an epimer as the correct structure of the natural product. This prediction could be verified by synthetic modification of the proposed structure to both dichrocephones A and B. By comparison of the optical rotations with literature values, the absolute configurations were reassigned as well. The second project was aimed at the synthesis of 4-hydroxydictyolactone, a xenicane diterpene isolated in 1993 from the brown alga Dictyota ciliolata. Several members of this natural product class show potent biological activities. An efficient synthetic approach to the (E)-cyclononene motif is still missing, which prevents further biological evaluation of these natural products due to the low yield of current synthetic approaches. The approach described in this thesis was aimed at mimicking the proposed biosynthesis of the carbocyclic core, by ring formation from an acyclic precursor. Several substrates were employed in the envisaged allylic alkylation key step, which were obtained from terpene-pool starting materials. None of the substrates underwent formation of the nine- membered carbocycle. The failure of this strategy was attributed to the high strain energy, which needs to be overcome in the transition state of the cyclization.

In this study, the effect of sAC on the AMPK activity and mitochondrial homeostasis was analyzed. sAC knockdown led to the depletion of cellular cAMP concentration accompanied by decreased AMPK activity in cardiac H9C2 cells, adult rat cardiomyocytes and coronary endothelial cells. EPAC, but not PKA, is a signaling link between sAC and AMPK. Functionally, sAC knockdown led to the mitochondrial depolarization, reduced cellular ATP content and increased mitochondrial ROS formation. Furthermore, sAC downregulation led to the disturbed mitochondrial clearance, as indicated by increased mitochondrial mass and reduced mitochondrial biogenesis. Consistently, sAC overexpression or stimulation with bicarbonate significantly increased AMPK activity and cellular ATP content, whereas stimulation of tmAC had no effect. By analyzing sAC–AMPK signaling in mouse model of myocardial infarction, we found an increased sAC expression in female, but not in male injured hearts, which was associated with reduced pAMPK to AMPK ratio. No changes in AMPK activity was observed in injured female hearts. The study reveals a novel sAC–AMPK signaling axis, which is cell type independent and that significantly contributes to the cellular energy and redox balance by supporting mitochondrial biogenesis and clearance. Activation of the axis improved cellular energy balance. The study provides an evidence for potential translational significance of the sAC–AMPK signaling in myocardial infarction in a sex-dependent manner.