V. cholerae bacteria are distributed in aquatic environments with low to moderate salinity throughout the world. Toxigenic serogroup O1/O139 V. cholerae strains can cause the epidemic disease cholera. In northern European waters, non-O1, non-O139 V. cholerae strains occur, some of which have been associated with gastrointestinal or extraintestinal infections. So far, infections caused by these bacteria are rare in Germany. However, due to climate change, an increase in non-O1, non-O139 V. cholerae prevalence is expected. Given the popularity of German coastal regions as a travel destination, an increased exposure of the population to strains of these serogroups must be assumed for future years. Therefore, by comparing MLST sequence types (ST) and virulence factor profiles of environmental isolates and clinical isolates, a first risk assessment for non-O1, non-O139 V. cholerae strains from German coastal waters was carried out in this work. The similarity of the virulence gene profiles of environmental strains and clinical strains - irrespective of the ST - as well as the hemolytic activity against human erythrocytes could indicate a human pathogenic potential of many environmental strains in the North Sea and Baltic Sea. Data comparison to a first follow-up study conducted in the German Bight suggests that environmental changes resulting from climate change possibly foster V. cholerae strains with a higher infective risk. The whole genome sequencing (WGS)-based typing scheme that was developed and established at the Vibrio consiliary laboratory in the context of this dissertation can serve as a tool for monitoring and deeper investigation of virulence gene profiles of future non-O1, non-O139 V. cholerae isolates obtained from public health-relevant sources. While Vibrio species such as V. cholerae have been intensively studied for decades as a result of the global disease burden, other Vibrio species such as the presumed environmental species V. navarrensis are hardly explored. Recently, V. navarrensis strains were detected in human clinical specimens as well as veterinary abortion specimens from livestock in Germany. For identification of new potential environmental reservoirs in Germany and against the background of a possible zoonotic potential, comparative genotypic analyses of V. navarrensis isolates from environmental, veterinary, and human clinical specimens were performed in this work. The results of SNP and MLSA analyses suggest the occurrence of V. navarrensis in German freshwater environments, which would extend the range of this species from coastal waters of the North Sea and Baltic Sea to inland waters in Germany. Ingestion of V. navarrensis by farm animals through uptake of surface water seems possible. The presence of an MLSA subcluster encompassing all veterinary and human clinical strains could indicate a human pathogenic potential of the former. The design of a WGS-based analytical procedure for typing of virulence-associated genes in V. navarrensis isolates provided deeper insights into the genetic makeup of all strains. Phenotypic traits such as the hemolytic activity of the investigated environmental and veterinary strains against sheep erythrocytes and human red blood cells underline the pathogenic character of this Vibrio species. A new case of a human infection in summer 2020 supports this assessment. The developed V. navarrensis-specific vvhA and tlh singleplex PCRs represent promising tools for rapid species diagnostics and may thereby facilitate future monitoring and research studies on Vibrio bacteria in the context of the “One Health” approach.

Monoclonal antibodies (mAbs) are successful treatment options in a variety of therapeutic areas, including cancer and inflammatory diseases. Even though introduction of infliximab (IFX) – the first mAb for inflammatory bowel diseases (IBD) – is considered a revolutionary step in IBD treatment, over the course of time challenges of IFX therapy arose. Given informative clinical data, quantitative approaches, such as pharmacometrics, are increasingly recognised for their potential to provide a deeper mechanistic understanding and contribute to overcoming clinical challenges, thus improving IBD therapy success. This work aimed to contribute to improving success of IBD treatment and the rational use of IFX. Insights in (1) dynamic exposure-biomarker relationship, (2) clearance mechanisms of mAbs and relevance of study design, and (3) pharmacokinetic (PK) behaviour of IFX in pregnancy are reported. Within this thesis the first population nonlinear mixed-effects (NLME) PK/PD model that quantitatively describes the IFX dose-exposure-CRP concentration relationship was developed. The model provides mechanistic insights, e.g. on significant factors influencing the IFX PK and the maximum inhibitory effect of IFX on CRP synthesis, and has been employed to assess the standard IFX dosing regimen, whereby potentially advantageous dosing regimens were identified. Moreover, the developed model can be further utilised to support Therapeutic Drug Monitoring and clinical decision-making. While the quantitative approaches are powerful tools, the methodology alone cannot overcome the limitations of the clinical data used for the model development. Adequately informative data are a prerequisite for a quantitative analysis, highlighting the importance of the clinical study design. Within the herein reported work, this aspect was addressed using cetuximab – an anti-EGFR oncology mAb – as a case study, due to a highly informative dataset available for this drug. Firstly, the most comprehensive NLME PK model of cetuximab was developed, which revealed both an exposure- and a time-dependency of clearance. The model was subsequently utilised to identify clinical study design characteristics relevant for the identification of the mechanistic clearance model. The provided guidelines can be extrapolated for analyses of other mAbs as well. The importance of rich sampling for a detailed PK characterisation is emphasised, and guidance on the methodological aspects of such an analysis (e.g. model selection relative to study design) and choice of exposure metrics used for exposure-response analyses given. Recognising the need for a more elaborate comprehension of IBD therapy in special populations, a part of the herein disclosed work focused on pregnant IBD patients receiving IFX. In addition to general therapy challenges, pregnancy opens additional clinical questions with respect to both safety and efficacy of IBD treatment, in pregnant patient and foetus alike. The herein developed population NLME PK model of IFX in pregnancy is the first such model reported. The model provided insights in the impact of pregnancy on IFX PK, revealing a decreased IFX clearance in the second and third trimesters. The need for a consensus on IFX PK target in IBD management is emphasised, as well as the importance of monitoring of anti-drug antibodies regardless of the pregnancy status. Altogether, these findings provide a better understanding of the pharmacokinetics and pharmacodynamics of IFX in IBD patients and the developed models offer a basis for model-informed precision dosing.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit dem Engelmotiv in der deutschsprachigen Lyrik des 20. Jahrhunderts, um die neue Gestalt und Funktion der Engel in diesem Literaturgenre im Vergleich zu der Darstellung der Engel in den vorherigen Zeitepochen aufzuzeigen. Die vier Hauptteile dieser Forschungsarbeit widmen sich der Auseinandersetzung mit den Engelsdarstellungen in der Lyrik von Stefan George, Georg Trakl, Christine Lavant und Nelly Sachs, die jeweils einzigartige Engel in ihren Werken präsentiert haben. Aus der Untersuchung ergibt sich, dass die Engel in der Lyrik des 20. Jahrhunderts als Selbstbild, Erkenntnishelfer und Erlösungsfigur dargestellt werden. Das unterscheidet sich wesentlich von ihrer Rolle als Gottesbote und Beschützer, mit der sie im vormodernen religiösen Kontext ausgestattet waren. Die Engel haben den Dichtern geholfen, eine private Religion zu bilden und ihre Selbstkrise zu überwinden. Die Gründe für diese neuen Engelsdarstellungen werden auch erklärt: Die Engel werden von den Dichtern des 20. Jahrhunderts als Koordinatoren zwischen Selbst-und Gotteserkenntnis, als Sinnbild der Verbindung zwischen Leiblichkeit und Geistigkeit und als Symbole des Synkretismus betrachtet.

In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob und welche Veränderungen durch die ausdauernde, langanhaltende Belastung während eines Distanzrittes bei der mittels Speckle Tracking gemessenen Myokardfunktion, der Herzratenvariabilität sowie beim Blutdruck der Probanden auftreten können. Dabei wurden die Messwerte vor dem Ritt, nach dem Ritt und nach drei Tagen ermittelt und verglichen. Weiterhin wurde zum Messzeitpunkt nach dem Distanzritt die Werte von Finishern und ausgeschiedenen Pferden verglichen, um etwaige Unterschiede zu ermitteln. Die Untersuchungen wurden bei 29 Pferden durchgeführt, die an einem Distanzritt zwischen 86 - 162 km an drei verschiedenen Veranstaltungsorten teilnahmen. Dabei wurde jeweils eine Echokardiografie, ein Ruheelektrokardiogramm zur Berechnung der Herzratenvariabilität und nicht invasive Blutdruckmessung mittels Highdefinition Oszillometrie durchgeführt. Bei der Echokardiografie wurden B-Mode Messungen, M-Mode Messungen und offline Speckle Tracking Analysen in der kurzen und langen Achse durchgeführt. Die nicht invasive Blutdruckmessung fand auch in der Pause zwischen den einzelnen Runden bei einigen Probanden statt. Zum Messzeitpunkt nach dem Distanzritt konnten in den standardechokardiografischen Untersuchungen des B-Modes eine statistisch signifikant größere Fläche des linken Vorhofes zu allen drei Messzeitpunkten während des Herzzyklus im Vergleich zu den Werten vor dem Distanzritt festgestellt werden. Bei der Untersuchung der myokardialen Verformung mittels Speckle Tracking konnten bei den frühdiastolischen Messwerten nach dem Distanzritt statistisch signifikant niedrigere Werte erhoben werden, was für das Vorliegen einer diastolischen Dysfunktion im Sinne einer „exercise-induced cardiac fatigue“ spricht. Die systolischen Werte hingegen waren zunächst weniger eindeutig. Auch der Vergleich der Werte nach dem Distanzritt zwischen den Gruppen „Lahmheiten“ und „metabolische“ Ausscheider zeigten keine eindeutige Tendenz. Bei der Untersuchung nach drei Tagen konnte jedoch eine deutliche Verringerung der systolischen Messwerte des Speckle Trackings und eine Persistenz, beziehungsweise eine weitere Abnahme, der diastolischen Messwerte nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu erreichten die standardechokardiografischen Messwerte nach drei Tagen wieder ihren Ausgangswert beziehungsweise übertrafen diesen sogar. Es konnte somit nachgewiesen werden, dass mittels Speckle Tracking Echokardiografie eine genauere Messung der myokardialen Kontraktilität nach einer Ausdauerbelastung erfolgen kann. Die Herzfrequenzvariabilität zeigte insgesamt eine deutliche Abnahme der parasympathischen Messwerte nach dem Ritt. Hier konnte ein deutlicher Einfluss der Belastung auf die Herzratenvariabilität mit einer Dominanz des Sympathikus zu Lasten des parasympathischen Nervensystems ermittelt werden. Auch bei der Herzratenvariabilität konnten nach drei Tagen die ursprünglichen Messwerte von vor dem Distanzritt erreicht, respektive übertroffen, werden. Die Blutdruckmessung hingegen ergab nur geringe Veränderungen, wobei der systolische Blutdruck vor dem Rennen höher war als danach. Der diastolische Blutdruck zeigte genau gegenteiliges Verhalten. Insgesamt weisen die erhobenen Ergebnisse der vorliegenden Studie auf eine diastolische Dysfunktion direkt nach langandauernder Belastung beim Distanzpferd hin, die mittels standardechokardiografischen Messungen und der Speckle Tracking Echokardiografie ermittelt werden konnten. Eine systolische Dysfunktion konnte erst nach drei Tagen mittels Speckle Tracking Echokardiografie, jedoch nicht mittels standardechokardiografischen Messwerten ermittelt werden. Die Herzratenvariabilität erwies sich als brauchbare Technik, um Veränderungen des autonomen Nervensystems durch Ausdauerleistungen zu ermitteln. Die Blutdruckmessung hingegen brachte kaum weiterführende Erkenntnisse. Alle drei verwendeten Methoden erwiesen sich als nicht brauchbar um vorauszusagen, ob ein Pferd das Rennen erfolgreich beenden oder vorzeitig ausscheiden wird.

Bluthochdruckpatienten haben ein deutlich erhöhtes Risiko einen Schlaganfall oder Herzinfarkt zu erleiden. Aber auch andere Endorgane wie die Nieren oder die Augen können durch den langanhaltend erhöhten Blutdruck schwerwiegende Schäden davon tragen. Seit den 50er Jahren stehen als Therapie sehr potente orale Medikamente zur Verfügung. Jedoch sind bis zu einem Drittel der Menschen mit arterieller Hypertonie therapierefraktär. Für diese Patientengruppe ist es dringend notwendig, dass neue effektive und sichere Therapieansätze entwickelt werden. In den letzten Jahren hat man daher das Konzept der renalen Denervierung wieder entdeckt und mit den neuen minimalinvasiven Techniken weiterentwickelt. Sie basiert auf dem Hintergrundwissen, dass die sympathischen Nervenfasern, welche periarteriell in der Adventitia der Nierenarterie verlaufen, maßgeblich an der Regulation des Blutdrucks beteiligt sind. Diese so zu schädigen, dass sie ihre Funktion verlieren, ist das Ziel der renalen sympathischen Denervation. 2009 schien man mit der Einführung des Symplicity-Katheters dieses Ziel erreicht zu haben. Dieser Katheter wird über einen femoralen Zugang bis in die Nierenarterie vorgeschoben um mittels einer Elektrode punktuell Radiofrequenzenergie an das umliegende Gewebe abzugeben. So werden die dort verlaufenden Nerven durch die Wärmeentwicklung deaktiviert. Die Symplicity HTN-3-Studie, welche erstmals randomisiert und verblindet war, konnte keine überzeugenden Ergebnisse hinsichtlich der Effektivität des Verfahrens liefern. Daher folgten diverse Studien, um neue Methoden zur renalen Denervierung zu erproben. Neben den thermischen Verfahren wie die RFA oder HIFU, ist auch die Verwendung neurotoxischer Substanzen erfolgreich in präklinischen sowie klinischen Studien getestet worden. Aus anatomischen Gründen sind jedoch nicht alle refraktären Hypertoniker für den Einsatz des Symplicity-Katheters geeignet. Die Nierenarterie muss für diesen Eingriff z. B. eine vorgeschriebene Größe und Länge aufweisen. Zudem sind auch bestimmte Vorerkrankungen der Nierenarterien ein Ausschlusskriterium. Um diese Limitationen der Nierenarterie zu umgehen und den potentiellen zukünftigen Patientenkreis zu erweitern, untersuchten wir in dieser Arbeit einen neuartigen Zugangsweg zur Applikation der neurotoxischen Substanz. Ziel dieser Arbeit war es die Machbarkeit der renalen Denervation mittels katheterbasierter transaortaler Ethanolapplikation im Schweinemodell zu evaluieren. Dafür wurden 11 normotensive Tiere in Allgemeinnarkose behandelt. Über die A. femoralis wurde unter Fluoroskopie ein Katheter mit steuerbarer Spitze und einer experimentellen ein- und ausfahrbaren Injektionsnadel bis in die Aorta vorgeführt. Nach Penetration der Aortenwand knapp oberhalb des Ostium renalis wurde ein Gemisch aus Kontrastmittel, Lokalanästhetikum und Ethanol injiziert. Die unbehandelte Seite diente als Kontrolle. Nach 4 Wochen Standzeit wurden die Tiere euthanasiert und der NA-Gehalt im Nierenparenchym gemessen, sowie die Nierenarterie und ihre umliegenden Strukturen histologisch untersucht. Außerdem wurde der Blutdruck unmittelbar vor und nach der Intervention sowie am Tag der Euthanasie nicht invasiv am narkotisierten Tier gemessen. Zusammenfassend kann man sagen, dass das Verfahren bei 10 von 11 Tieren technisch durchführbar war. Ein Tier verstarb aufgrund von Kreislaufversagen in der Aufwachphase, was aber nicht in Verbindung mit der Intervention zu sehen ist. Bei einem anderen Tier kam es infolge einer versehentlichen intraarteriellen Ethanolinjektion zur Thrombosierung und Infarzierung der behandelten Niere. Bei 3 Schweinen ist das Injektat auch auf die kontralaterale Seite geflossen. Betrachtet man die technisch optimal durchgeführten Eingriffe, gab es einen messbaren NA-Abfall auf der behandelten Seite, jedoch war dieser nicht signifikant. Histologisch waren auf der behandelten Seite deutlich degenerierte Nerven nachweisbar. Der Blutdruck hat sich, wie bei einer einseitigen Denervation zu erwarten war, über die Zeit nicht verändert. Es sind weitere Studien nötig, um festzustellen ob die Ethanolinjektion über einen transaortalen Zugang eine Alternative zu der perkutanen oder transarteriellen Applikation darstellen kann.

The use of simulation-based clinical skills training has become increasingly popular in veterinary education in recent years, its benefits spanning from increased learning achievements to cost effectiveness and animal welfare aspects. Factors involved in motor skill learning and clinical skill development have received substantial research attention with practice and feedback consistently finding their way to the top of the list. Apace with these findings is the growing number of investigations into the benefits associated with self-directed learning (SDL). The importance of reflection, motivation, autonomy and self-efficacy in simulation scenarios, particularly when opting for self-directed learning, is also becoming increasingly clear. Hence, the overall objective of this study was to explore the roles of practice, supervision, learner motivation and debriefing in clinical skills training for veterinary medicine students. In the first study, we compared the effects of supervised and unsupervised deliberate practice on clinical skill development in veterinary medicine students. One hundred and fifty veterinary students took part in instructor-led practice (supervised) or self-directed practice (unsupervised) at a selection of four learning stations in a veterinary skills laboratory. Each learning station consisted of a teaching simulator, materials required to complete the task and a standard operating procedure (SOP) detailing how to execute the task. Students used Likerttype scales to self-evaluate their clinical skills before and after practice sessions as well as evaluating their motivation to practice a given task. An objective structured clinical examination (OSCE) was used to compare participants’ clinical skill performance between learning stations. We were able to show that practice had a significant positive effect on OSCE scores at 3 out of 6 available learning stations. Motivation ratings varied between learning stations and were positively correlated with increase in self-perceived clinical skill. At an instructor to student ratio of approximately 1:8, supervision had no effect on OSCE scores at 4 out of 6 learning stations. At the remaining two learning stations, self-directed practice resulted in better learning outcomes than instructor-led practice. In the second study, we set out to examine the effect of structured post-event debriefing sessions in simulation-based veterinary clinical skills training. Nineteen Namibian veterinary students took part in instructor-led practice, self-directed practice with structured post-event debriefing and self-directed practice without debriefing (control) at three different learning stations in a veterinary clinical skills laboratory. Learning achievements were subsequently assessed using an OSCE. We were able to show that the choice of practice model had no significant effect on learning achievements overall. However, at individual learning stations, different practice models showed significant differences regarding effect on learning achievements. Students generally preferred practice sessions with some form of instructor involvement but the importance of instructor guidance was rated differently at each individual learning station. Applying self-direction to a learning situation requires learners to exhibit some degree of autonomy, motivation, confidence and self-efficacy. The roles of and relationships between learner motivation and learner autonomy represent key aspects in learning theory. In a third, tangential study, we explored the role of choice in increasing learner autonomy and, in turn, increasing engagement and performance. One hundred and forty-three veterinary students completed an interactive, online course on cattle behavior, cattle handling and workplace safety. Immediately before the online course, Group 1 (N = 57) was provided a choice between summary formats. Group 2 (N = 86) was not provided a choice. Learning outcomes were measured using a 15-item multiple-choice test immediately after course completion. Selfreported learner autonomy and learning experience were documented using Likert-type scales. Results showed that self-reported learner autonomy was positively correlated with learning experience. However, the provision of choice had no significant effect on self-reported learner autonomy or learning achievements.

Mastitis ist die wirtschaftlich bedeutendste Erkrankung der Milchkuh. Bei der Mastitis des Rindes handelt es sich um eine Faktorenkrankheit. Eine Vielzahl von Einflüssen trägt zu ihrer Entstehung bei und ihre klinische Ausprägung kann divers sein. Mit dem Einzug der Digitalisierung in den Kuhstall wird in precision dairy farming die Möglichkeit gesehen, als Frühwarnsystem (Syndromic Surveillance System) zu dienen. Die Erkennung einer beginnenden Mastitis durch Veränderungen in Milchproduktion bzw. im Verhalten des Rindes kann eine frühzeitige Reaktion und einen Behandlungsvorsprung mit sich bringen, der wiederum eine Relevanz für Tierschutz und Herdengesundheit hat. In der vorliegenden Arbeit wurden individuelle Milchmengen und Aktivitätsvariablen von Kühen in Boxenlaufstallhaltung der Rasse Holstein Friesian aus zwei Milchviehbetrieben (Betrieb 1 mit 1100 und Betrieb 2 mit 400 melkenden Kühen) verwendet und auf Abweichungen in diesen Variablen an den Tagen vor der Diagnose einer klinischen Mastitis untersucht. Dokumentierte Mastitiden in der Herdensoftware DairyComp305 dienten dazu, Mastitisphasen zu erkennen. Die Kühe waren mit dem Aktivitätssensor IceQube von IceRobotics Ltd., South Queensferry, UK, ausgestattet. Nach der Sichtung der absoluten Werte der täglichen Milchmengen und der Aktivitätswerte (Liegezeit, Stehzeit, Schritte, Motion Index, Wechsel von Stehen zu Liegen) an den zehn Tagen vor einer dokumentierten Mastitis wurde für jedes Mastitis-Ereignis eine individuelle prozentuale Abweichung an den fünf Tagen vor dem Mastitis-Ereignis für die genannten Variablen berechnet. Zum einen reduzierten sich die Variablen auf die prozentualen Abweichungen in Milchmenge, Liegezeit und Motion Index, da die Stehzeit umgekehrt proportional zur Liegezeit ist und die Wechsel von Stehen zu Liegen keinen signifikanten Hinweis gaben, mit dem das spätere Auftreten von Mastitis erklärt werden könnte. Zum anderen erwiesen sich die prozentualen Abweichungen dieser Variablen am Tag 2 vor der dokumentierten Mastitis als signifikant verschieden im Vergleich zur Kontrollphase. Die Nutzung der prozentualen Abweichung der Variablen Milchmenge, Liegezeit und Motion Index zur Abgrenzung der Mastitisphasen von Kontrollphasen ergab mit dem hier genutzten Datensatz in Betrieb 1 eine Sensitivität von 70 % und eine Spezifität von 40 %. Für den Datensatz des Betriebes 2 ergab sich bei einer für diesen Betrieb formulierten Grenzwertkombination bei gleicher Sensitivität von 70 % eine Spezifität von 63,6 %. Die Berücksichtigung des Laktationsstadiums auf die Milchmengenabweichung und der Bezug der Einzeltieraktivität zur Gruppenaktivität ergab keinen bedeutsamen Vorteil in der Abgrenzung von Mastitisphasen zu Kontrollphasen. Nach unserem Kenntnisstand wurde bisher keine vergleichbare Anzahl an Tieren mit Euterentzündungen für Analysen über solch einen langen Zeitraum zu diesem Thema herangezogen. Letztendlich bleibt jedoch anzumerken, dass weiterführende Untersuchungen mit detaillierten Informationen (Diagnoseschlüssel) zur Ausprägung der klinischen Mastitis nötig sind. In einem weiteren Schritt wäre ebenfalls zu prüfen, wie sich die hier gewonnenen Erkenntnisse auf die tägliche Arbeit im Kuhstall anwenden lassen.

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden 20 Aviadenovirusisolate, die im Jahr 2011 im Rahmen der Routinediagnostik des Institutes für Geflügelkrankheiten der Freien Universität Berlin aus Probenmaterial von Broilerbeständen isoliert worden waren, näher untersucht. Zehn dieser 20 Isolate wurden als FAdV-A typisiert und standen alle im Kontext von Muskelmagenerosionen. Jeweils zwei weitere Isolate wurden als FAdV-B bzw. FAdV-E typisiert, während fünf verbleibende Isolate der Spezies FAdV-E zugeordnet werden konnte. Ein Isolat konnte nicht typisiert werden. Nachfolgend wurde sich auf die weitere Untersuchung der FAdV-A Isolate beschränkt. Die molekulare Untersuchung der Hexon-, Long- und Shortfibergene dieser zehn FAdV-A Isolate zeigte, dass sie in untersuchten Regionen sowohl untereinander als auch im Vergleich zu Sequenzen aus zuvor berichteten Fällen von Muskelmagenerosionen identisch waren oder zumindest eine sehr hohe genetische Übereinstimmung aufwiesen. Eine hohe genetische Ähnlichkeit bestand auch zu den apathogenen FAdV-A Referenzstämmen CELO und Ote. Festgestellte Mutationen im Bereich der Long- und Short-Fibergene stimmten entweder mit CELO oder mit Ote überein, so dass diese Mutationen höchstwahrscheinlich nicht ursächlich für die Pathogenitätsunterschiede waren. Der Embryoletalitäts-Assay sollte auf seine Eignung als alternative in-vivo Methode zur Differenzierung zwischen apathogenen Referenzstämmen und pathogenen FAdV-A Isolaten untersucht werden. Hier zeigte sich ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen apathogenen Referenzstämmen und pathogenen Feldisolaten hinsichtlich der Überlebenswahrscheinlichkeit der untersuchten Hühnerembryonen was auf eine höhere Pathogenität der untersuchten Feldisolate hinweist. Dies spricht für seine Eignung als alternatives in-vivo Modell für bestimmte Fragestellungen von Pathogenitätsstudien insbesondere auch vor dem Hintergrund des 3R-Prinzips (Replace, Reduce, Refine) bei der Durchführung von Tierversuchen. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigte sich mit Aviadenovirusisolaten, die ebenfalls im Rahmen der Routinediagnostik aus Putenbeständen gewonnen werden konnten. Insgesamt gelang es, 21 Aviadenovirusisolate aus 19 verschiedenen Putenmastbetrieben zu isolieren. Von diesen 21 Isolaten ließen sich neun Isolate als TAdV-B, zwei als TAdV-C, sieben als TAdV-D und jeweils ein Isolat als TAdV-2, FAdV-B und FAdV-E typisieren. Dies belegt eine weite Verbreitung von Aviadenoviren in deutschen Putenbetrieben - vor allem der neu beschriebenen Spezies TAdV-B und TAdV-D. Darüber hinaus gelang erstmalig der Nachweis von TAdV-2 seit dem Jahr 1988, was beweist, dass dieser Typ nach wie vor in Putenbeständen zirkuliert. Durch die Untersuchung der partiellen DNA-Polymerasegensequenz konnte außerdem gezeigt werden, dass TAdV-2 vermutlich einen weiteren Vertreter der Spezies TAdV-C darstellt. Insgesamt bleibt die klinische Relevanz der Putenaviadenoviren jedoch unklar, da ausschließlich Proben aus erkrankten Putenbeständen untersucht wurden. Ein Zusammenhang zwischen den vorberichtlich beschriebenen klinischen und pathologischen Veränderungen und den nachgewiesenen TAdV-Spezies konnte nicht hergestellt werden.

RNA viruses are among the fastest-evolving biological entities and infect a broad range of organisms. They not only cause some of the most notorious and deadly human diseases, but they are also diverse in a number of characteristics, such as the presence/absence of an envelope, the genomic orientation, and the number of genomic segments, to name a few. As virus research is mainly focused on human, livestock, and crop pathogens, a large proportion of viruses is generally neglected and especially those that occur in hosts that are not directly significant to humans. Yet, viruses remain ubiquitous and the field of virus discovery provides a fundamental basis for understanding virus emergence and evolution. Also, the detection of closely-related viruses in distantly-related hosts offers insight and preparedness on emerging diseases.

Insects are an important disease vector and transmit a large variety of pathogenic viruses. Thus, viruses in non-blood-feeding insects are not studied in the same extent as viruses that occur in blood-feeding insects. However, blood-feeding insects represent only a tiny fraction of the enormous insect diversity. Computational analyses of the transcriptome of 1,243 insect species revealed viruses associated with a multitude of single-stranded RNA virus families of both positive- and negative-sense RNA orientation. This insect dataset is designed to have a worldwide sampling that represents all extant orders. The here-presented virus findings provide insights into insect virus diversity which is largely unexplored. Host associations contribute to broadening the general understanding of virus evolution within viral taxonomic units. With regards to viruses with a segmented genome, co-segregation phylogenetic analysis offers a useful tool to study segment reassortment. Consulting current virus taxonomic classification criteria, many of the identified viruses signify new viral species and genera, and, in some cases, phylogenetic topologies suggest taxonomic reforms of existing ranks.

The only RNA virus with a completely unknown origin and with no other known counterpart until recently was the human Hepatitis delta virus (HDV). The here-discovered rodent deltavirus is the first non-human mammalian deltavirus reported, shedding light into the evolutionary history of HDV. Rodent deltavirus occurs in rodents of the species Proechimys semispinosus, mainly in adult males. Genome assembly, annotation, and experimental virus replication studies show that this viral agent successfully replicates in vitro and expresses one protein, the small delta antigen, which does not carry the necessary C-terminal motif for assembly into HBV envelope proteins. Although the debate of whether deltaviruses fulfill the virus definition criteria still holds, the non-human deltavirus findings resolve fundamental questions on the origin of HDV.

The proper identification of anabolic androgenic steroids with GC/MS in anti-doping research remains an important topic and stable isotope labelling is a convenient and straightforward way to increase confidence in detection through mass spectral structure characterization. The different labelling methods for the introduction of [2H9]TMS and 18O presented in this work were shown to be suitable for the interpretation of benzophenone and hydroxy steroid GC/MS data. Together with HRMS and MS/MS experiments, fragmentation pathways were elucidated and unexpected differences to previously described assumptions uncovered for both substance classes. The practical applicability was confirmed with the self-explanatory mass shifts observed in the respective mass spectra and the comparatively fast preparational steps of labelled derivatives even with low amounts of analyte. Especially the newly developed 18O-labelling method proved to be valuable for confirmatory analysis. It can be employed independently from silylation procedures and thus also for LC-MS approaches, and no migratory tendencies as opposed to TMS groups were observed in the mass spectra. All labelling methods described in this work can be performed with the usual laboratory equipment within a few hours. When used for the characterization of unknown metabolites, the number of reference standards required for unequivocal identification, is expected to be narrowed down and unnecessary laborious and time-consuming synthesis avoided. With the help of isotopically labelled derivatives, differences in the mass spectra of structurally closely related analytes can be determined, which plays a role in the characterization of similar metabolic patterns of endogenous and exogenously administered steroids. In these cases, costly gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometry (GC/C-IRMS) for compound identification can be reduced to a minimum or even replaced. Future work may focus on metabolite identification with the developed stable isotope labelling methods or fragment ion elucidation of other relevant steroid subclasses, such as 17-alkyl or 1,4-diene steroids. The use of protecting groups may be helpful to establish derivatization procedures to isotopically label every single functional group in steroids separately. Furthermore, the 18O-labelling method can be further optimized to be applicable for other compound classes as well and should also be tested in LC-MS(/MS) approaches.

Double X-chromosomal dosage leads to substantial sex differences during early development, before the process of X chromosome inactivation has occurred. Since these observations occur before fetal hormones are produced, they have been attributed to variations in X-chromosomal dosage. Sex differences can be also observed by using mESCs as an in vitro model, where female cells display lower levels of the differentiationinducing MAPK signaling pathway leading to higher expression of pluripotency factors and slower differentiation kinetics and are therefore found in a more naïve state of pluripotency compared to their male counterparts. These effects are underlied by X-linked MAPK inhibitors present in a double dosage in female mESCs, whose identity, until now, has remained obscured. We have therefore carried out a series of CRISPR knockout screens to identify the genes behind the female pluripotency phenotype, finding in an unbiased and high-throughput manner several genes that act together to shift female mESCs to a more naive state of pluripotency. Among these genes, we find the E3 ubiquitin ligase adaptor protein Klhl13, which induces higher pluripotency factor expression, slower differentiation kinetics and lower MAPK target gene expression. Klhl13 acts together with Dusp9, a known Erk phosphatase and MAPK inhibitor, to mediate the sex differences observed in mESC, as double Klhl13 and Dusp9 heterozygous mutants qualitatively recapitulate the male pluripotency phenotype. Dusp9, however, seems to act primarily on the MAPK signaling pathway as an Erk phosphatase, as its effects on pluripotency factor expression and differentiation kinetics are considerably weaker compared to the effects mediated by Klhl13. We have additionally determined, through Klhl13 pull-down experiments and proteomics profiling of Klhl13 homozygous mutants, several putative Klhl13 target proteins: Alg13, Scml2, Peg10, Larp1 and Cct3. Alg13 might represent a pluripotency-destabilizing factor, as it was found depleted in screens implemented for the identification of X-linked genes that increase pluripotency factor expression and lead to slower differentiation kinetics. The role of the other putative candidates in mediating the effects observed in Klhl13 mutants remains, however, subject of further study. We have thus identified several genes behind the sex differences observed in mESCs in an unbiased manner, and we have validated the top two candidates: Klhl13 and Dusp9. This work is the first to link Klhl13 to the modulation of pluripotency and to the sex differences observed in mESCs. Additionally, it has begun to shed some light into possible mechanisms through which Klhl13 might mediate the reported female pluripotency phenotype.

Ubiquitous glycans facilitate a plethora of important interactions namely cancer-host, host-pathogen, host-self interactions. Interaction with theses carbohydrates is enabled by lectins and the effects of these interactions can range from redundant to essential. Lectins are exposed on mammalian cell surfaces where they identify the information encoded in glycans and transfer it into signal transduction pathways. Such signal transduction pathways are complex and difficult to analyse. However, quantitative data with single cell resolution provides means to disentangle the associated signalling cascades. C-Type lectin receptors (CLRs) expressed on immune cells were chosen as a model system to study their capacity to transmit information encoded in glycans of incoming particles. To this end, monocytic cell lines cell lines expressing DC-SIGN, MCL, dectin-1, dectin-2, and mincle, as well as TNFAR and TLR-1&2 were established. Based on the study of Cheong et al., 2011 the amount of transmitted information was quantified by following NFκB dependent GFP expression. While most receptors did have a channel capacity of at least 1 bit, it was found that dectin-2 has a lower capacity to transmit information than other lectins. Especially the comparison to the related lectin mincle is interesting, since mincle uses the same pathway effectively. Furthermore, information transmission of dectin-2 could not be enhanced by other lectins or signalling molecules. Yet upon closer analysis it was found that the

sensitivity of the dectin-2 signal transduction pathway can be enhanced by overexpression of its co- receptor FcRγ, but surprisingly its transmitted information cannot. Moreover, it was suggested how

potential autoimmunity might be a cause for dectin-2’s inefficient signalling. The question of signal integration was also approached: How do cells combine the flow of information from multiple receptors? It was shown that the signal of dectin-2 and dectin-1 are being integrated as a compromise between both receptors. The reason for this compromise might be the activity of the phosphoprotein SYK, present in both dectin-1 and dectin-2 signal transduction pathways. By using the established assays and cell lines, soluble beta glucans (SBGs) were discovered to be potent

stimulators of dectin-1, where sensitivity to the SBGs was highly variable and dependent on their β- glucan side chains. Various different ligands for mincle on the other hand resulted in a similar signalling

behaviour. Building on insight in targeted delivery to lectins, it was shown how nucleic acids can be delivered to Langerin expressing cells and used to reprogramme the cells, a technology of tremendous potential for vaccination strategies and (non-germline) genetic editing.

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Taken together, the concepts of information theory with single cell resolved data enabled the quantification of CLRs signalling behaviour and signal integration. By using dectin-2 and other lectins as example it was demonstrated how the receptor itself determine the efficiency and therefore outcome of the signal transduction pathways. Moreover, the potential to explore glycan lectins interactions in drug targeting was exemplified by delivering mRNA via Langerin or demonstrating the dependency of dectin-1 sensitivity upon the β-glucan side chains of its ligands.

Toll-like receptors (TLRs) represent one of the most fascinating and currently most widely studied immunologic targets, due to their crucial role in forming the first barrier in immune response. The structurally conserved TLRs consist of ten human subtypes (TLR1-TLR10), with a structurally broad range of natural ligands, including lipids, peptides, and ribonucleic acid (RNA), which challenges the rational design of drug-like TLR ligands. Therefore, despite their enormous therapeutic potential as powerful regulators of inflammatory pathways, only few TLR modulators (e.g., Imiquimod) are currently in clinical use.

Since no complete and up-to-date repository for known TLR modulators is currently available, we carefully collected and manually curated data to create a Toll-like receptor database (TollDB), the first database which includes all reported small organic druglike molecules targeting TLRs and detailed pharmacological assay conditions used for their characterization. TollDB is freely accessible via https://tolldb.drug-design.de and provides three different search possibilities including a ligand-centered simple search, an advanced search that can retrieve information on biological assays and a structure search.

Currently, TollDB contains 4925 datapoints describing 2155 compounds tested in 36 assay types using 553 different assay conditions. Among all the 2155 compounds, 1278 are not reported as TLR ligands by ChEMBL database. Users can retrieve information about the measured inactives and multi-target TLR ligands from TollDB. After statistical analysis for TollDB, we compared the chemical space covered by compounds in TollDB to that covered by the compounds in DrugBank. Next, we explored the matched molecular pairs (MMPs) and activity cliffs, then used docking to explain the activity cliffs between MMPs. After a thorough analysis of the entire database, we used a selected dataset from TollDB to train machine learning models to distinguish active ligands for different subtypes. These validated models can be used for prioritizing hits from virtual screening for chemical synthesis or for biological testing.

The curated database can be directly used in many ways, for example, as a validation dataset for pharmacophore model evaluation, as a virtual screening library for drug repurposing or as reference for pharmacological assay design. TollDB represents a unique and useful resource for various research fields such as medicinal chemistry, immunology, computational biology and promotes the use of artificial intelligence in modern drug design campaigns.

Blut und Gotteserkenntnis – das sind die Themen, welche die Konzeption der in dieser Arbeit behandelten Kreuzigung aus Giottos neapolitanischer Werkstatt, datiert auf 1332/33, bestimmt haben. Giotto hat das Bild begonnen und die Ausführung an einen Mitarbeiter, dem die Kunst Sienas und Assisis vertraut war, delegiert. Die Datierung ergibt sich aus der Debatte um die visio beatifica Dei, die den Hof Roberts von Anjou stark beschäftigt und die Gestaltung der Tafel beeinflusst hat. Davon ausgehend erforscht die Arbeit die Kunst Unteritaliens aus der Zeit nach Giottos Aufenthalt in Neapel. Dass die Kreuzigung, wie die Stuttgarter Apokalypse, die ebenso dem Anjou-Hof zuzuordnen ist, eine zweifache Rezeption – zeitnah in der höfischen Buch- und einige Jahrzehnte später in der Wandmalerei des Königreichs – erfuhr, ist mit der Kunstpolitik Roberts zu erklären.

Campylobacter jejuni-Infektionen stellen ein gravierendes Gesundheitsproblem dar und zählen weltweit zu den häufigsten Ursachen für eine lebensmittelbedingte Gastroenteritis. Während Campylobacterdie meisten Tiere als Kommensale besiedelt, löst das Bakterium im Menschen wässrige bis blutige Diarrhöen aus, die häufig von Fieber und Bauchkrämpfen begleitet werden. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war, das protektive Potenzial von Resveratrol und Curcumin für C. jejuni-induzierte intestinale Barriereschäden zu untersuchen. C. jejuni induzierte eine epitheliale Barrieredysfunktion, welche zunächst mit Adhäsion, Invasion und Transmigration der Bakterien beginnt. Diese Barriereschädigung konnte in vitro und in vivo durch einen reduzierten TER, welcher mit einem Anstieg in der Permeabilität für Fluorescein (332 Da) begleitet wurde, dargestellt werden. Zusätzlich wurde die Expression sowie Lokalisation von Proteinen der Tight Junction (TJ) durch die Infektion mit C. jejuni beeinflusst, wodurch sowohl der pore pathway als auch der leak pathway beeinflusst wurden. Diese Expressions- und Lokalisationsänderung der TJ-Proteine wurde mittels Western Blot-Analyse quantifiziert und mit konfokaler Laser-Scanning Mikroskopie visualisiert. Des Weiteren kommt es durch die C. jejuni-Infektion zur Apoptose-Induktion, wodurch eine Passage auch von größeren Molekülen durch das Epithel ermöglicht wird (Öffnung des unrestricted pathway). Als letzten entscheidenden Mechanismus im Hinblick auf die C. jejuni-induzierte Barrierestörung konnte die aus der bakteriellen Interaktion resultierende Immunantwort mit einer Zytokinsekretion gezeigt werden, die wiederrum die epitheliale Barriere schwächt und somit den Teufelskreis des Leaky Gut-Phänomens mit weiterem Antigeneinstrom hervorruft. Der Einfluss der Immunantwort wurde zum einen mit einem neu etablierten Co-Kultur-Modell, bestehend aus Epithel- und Immunzellen charakterisiert, und zum anderen mittels Zytokin-Stimulation untersucht. RNA-Seq-Daten der Kolonmukosa C. jejuni-infizierter Patienten, die mit der Ingenuity Pathway Analysis (IPA)-Software analysiert wurden, sagten die Wirksamkeit der beiden Polyphenole Resveratrol und Curcumin vorher. Diese Vorhersage wurde in verschiedenen in vitro- und in vivo-Modellen überprüft. Das neu etablierte Co-Kultur-Modell erlaubte eine isolierte Betrachtung des Einflusses der C. jejuni-induzierten Immunreaktion bzw. die Beurteilung der kombinierten Effekte aus direkten bakterienmediierten und indirekten immuninduzierten Barriereschäden. Mit diesem Modell konnten insbesondere antiinflammatorische bzw. immunmodulatorische Eigenschaften der Testsubstanzen genauer analysiert werden. Zusammenfassend konnte sowohl Resveratrol als auch Curcumin die durch die C. jejuni-Infektion ausgelöste intestinale Barriereschädigung in unseren verwendeten Modellen aufhalten. Die untersuchten Substanzen stellen somit vielversprechende Kandidaten für die Behandlung der C. jejuni-induzierten Gastroenteritis im Menschen dar und könnten die Kolonisation von Tieren in der Nahrungsmittelproduktion reduzieren.

Preschool teachers have become central educators of young children and they are crucial for the quality of care in early childhood education and care (ECEC) institutions. Unfortunately, their profession is particularly affected by work-related burnout symptoms, which should be given special attention in light of the current expansion and professionalization efforts in the ECEC system. Burnout research suggests that burnout symptoms arise from chronic work stress, resulting from imbalances between personal and environmental job demands and resources and leading to negative consequences for institutions, workers, and service recipients. However, little is known about the origins and consequences of preschool teachers’ burnout symptoms in particular, especially in Germany. Hence, the present dissertational project explored preschool teachers’ burnout symptoms and the role of (satisfaction with) different job conditions as well as consequences for the quality of care. In more detail, study 1 investigated personal and environmental job conditions in relation to preschool teachers’ emotional exhaustion, a core symptom of burnout. Individual-level data obtained from 1,384 preschool teachers from 204 preschools across Germany as well as respective preschool-level data were subjected to multilevel analysis. Findings revealed that preschool differences explained a small amount of variance in preschool teachers’ emotional exhaustion and particularly highlighted the role of social experiences at the workplace, such as the perceived team climate and relation to parents. Study 2 explored associations between different aspects of job satisfaction – understood as the subjective-emotional fit between one's own expectations and the perceived work reality – and all three burnout dimensions, including emotional exhaustion, depersonalization, and reduced personal accomplishment (N = 346). The results emphasized the role of satisfaction with team collaboration and cooperation with parents across all burnout dimensions. Additionally, emotional exhaustion was reversely linked to satisfaction with opportunities for promotions, working hours, and wages. Concerning the consequences of burnout symptoms, study 3 developed and tested a novel experimental design using an autobiographical memory task to investigate the effects of induced burnout symptoms on cognitive and affective empathy, an important prerequisite for high-quality caregiving. With a sample of 355 participants recruited via Amazon.com’s Mturk, findings indicated that the experimental group indeed showed higher burnout symptoms and decreased cognitive empathy compared to the control groups. Finally, in a sample of 1,389 preschool teachers nested in 204 preschools in Germany, study 4 addressed the relation of preschool teachers’ levels of emotional exhaustion and the frequency of language and early literacy related educational activities embedded into daily routines, considered as an important aspect and domain of high process quality. Multilevel analyses demonstrated that emotional exhaustion was negatively linked to the frequency of educational activities beyond important structural characteristics. Taken together, the findings obtained underline the significance of the social environment for preschool teachers’ burnout symptoms. Further, they point toward negative consequences of burnout symptoms for preschool teachers’ empathy and professional practices. The present dissertation addresses an understudied topic of high societal relevance. It has the potential to inform theory development and future empirical work as well as to provide scientific evidence on where and why to intervene against burnout symptoms in preschool teachers.

Bone morphogenetic proteins (BMPs) zählen zur transforming growth-factor-β (TGF-β)-Superfamilie und sind für die Regulation zahlreicher Signaltransduktionen, auch außerhalb von Knochen- und Knorpelgewebe, beteiligt. So ist bekannt, dass BMPs Einfluss auf die frühe Herzentwicklung nehmen und neben diesen auch die biologische Funktionalität und Homöostase der Blutgefäße beeinflussen. Bislang sind zwei hereditäre vaskuläre Erkrankungen direkt mit dem BMP-Signalweg assoziiert: hierzu zählen die pulmonal arterielle Hypertonie und die hereditäre Teleangiektasie. Die pleioptropen und zelltypspezifischen Effekte der BMPs auf Endothelzellen und vaskuläre glatte Muskelzellen lassen weitere BMP-assoziierte kardiovaskuläre Erkrankungen vermuten. In vitro Vorversuche zeigten, dass BMP4 und der BMP-Modulator BMPER (BMP endothelial cell precursor derived regulator) den kontraktilen Phänotyp von pulmonal-arteriellen glatten Muskelzellen (engl. PASMCs) fördert und ein Fehlen zu einer erhöhten Proliferation und Migration, sowie in Synthese von Matrixmetalloproteinasen (MMPs) resultiert (Baur 2015, Prölß 2018). Dies führte zur Annahme, dass eine Dysregulation von BMP4 und BMPER durch biochemische und mechanische Reize mit strukturellen und funktionellen Veränderungen im Aortengewebe einhergeht und so zur Pathogenese von thorakalen Aortenaneurysmen beitragen kann. Aortenaneurysmen sind eine tödliche Erkrankung, für die es zum jetzigen Zeitpunkt keine medikamentöse Therapie gibt, die die Progression nachweislich reduziert. Umso wichtiger ist die Erforschung der beteiligten Signalwege, die zu einer meist multifaktoriellen Pathogenese führen.

Für diese in vivo Studie wurde Mäusen für 28 Tage eine osmotische Minipumpe mit Angiotensin-II (AngII) in den Nacken implantiert und durch die Entstehung von Bluthochdruck zur Induktion von Aortenaneurysmen genutzt. Im ersten Versuchsabschnitt wurde mit der Mauslinie C57/BL6N–Bmper gearbeitet, bei der die Auswirkungen einer globalen heterozygoten Defizienz von Bmper auf die Pathomechanismen in der Gefäßwand und somit der Entstehung von thorakalen Aortenaneurysmen geklärt werden sollten. In der Echokardiografie zeigte sich bei den mit AngII behandelten Mäuse eine Dilatation des Aortenbogens, jedoch keine Veränderung des Durchmessers der Aorta durch die heterozygote Defizienz von Bmper. Histologische und molekularbiologische Daten zeigen einen Verlust von kontraktilen vSMC-Markern, wie beispielsweise α-Sma und Myh11, durch die heterozygote Defizienz von Bmper. Zusätzlich kam es zu einer Destruktion von elastischen Fasern, zu einer erhöhten Steifigkeit durch die Einlagerung von Kollagen in die Gefäßwand und der erhöhten Expression der typischen Marker Mmp2 und 9. Zusammengefasst resultieren diese Veränderungen in einem Verlust der Elastizität und Kontraktilität sowie einer Zunahme der Wandsteifigkeit, die eine Progression von Aortenaneurysmen im thorakalen Abschnitt begünstigen können.

In der zweiten hier durchgeführten Studie wurde die induzierte Defizienz von Bmp4 in vSMCs und die daraus resultierenden Veränderungen auf die Integrität und Funktionalität des Aortengewebes untersucht. So konnte in der vorliegenden Arbeit zwar keine deutliche Reduktion der kontraktilen Marker auf mRNA- und Proteinebene gezeigt werden, jedoch lassen immunhistologische Färbungen aus einer früheren Arbeit und eine erhöhte Apoptoserate auf die Veränderung in der vSMCs Popolation schließen (Prölß 2018). Im Aortengewebe der vSMCΔBMP4 Mauslinie konnte zudem eine erhöhte Expression von Mmp2 und Mmp9 gezeigt werden, welches mit den Daten aus den histologischen Untersuchen auf den Wechsel vom kontraktilen vSMC-Typ in einen synthetisierenden Phänotyp schließen lässt. Anhand dieser und der zuvor erhobenen Daten (Prölß 2018) in diesem Projekt lässt sich ein protektiver Effekt von Bmp4 auf den Phänotyp der glatten Muskelzellen zeigen und ein protektiver Effekt für die Genese von thorakalen Aortenaneurysmen vermuten.

Somit bildet diese Arbeit eine wichtige Grundlage für das Verständnis des BMP-Signalwegs in Bezug auf die Entstehung von thorakalen Aortenaneurysmen und der zugrundeliegenden Veränderungen der vaskulären glatten Muskelzellen. Auch für andere vaskuläre Erkrankungen, in denen die Veränderungen von vSMCs maßgeblich zur Genese der Pathologien beitragen, können diese Ergebnisse von hohem Interesse sein.

Many insect visual systems are comprised of dedicated neuronal circuits that allow for perceiving, processing, and integrating different modalities of light in order to orient or even navigate within visually complex environments. In addition to intensity or chromatic cues, many insects can utilize the linear polarization of light as a separate modality (Labhart, 2016) for orientation. For instance, polarized reflections can signal specific surface properties, aiding in the detection of water bodies, finding oviposition sites, or localizing prey. Additionally, due to scattering of sunlight in the atmosphere, a celestial polarization pattern is created that can be used by many insects as a reference for both orientation and navigation. Here in this thesis, Manuscript I provides an overview over polarization vision in insects, by summarizing the current knowledge (as of 2017) on anatomical and physiological adaptions of insect visual systems and their behavioral implications in different species (Mathejczyk & Wernet, 2017). To experimentally study visual orientation and navigation in insects, I designed affordable and highly modular behavioral assays, which are described in Manuscript II (Mathejczyk & Wernet, 2020). These assays provide a quantitative behavioral readout in response to panoramic intensity and chromatic patterns or to polychromatic linearly polarized light presented dorsally, when insects are either walking on a spherical treadmill or flying in a magneto-tether. This publication provides 3D model data and building instructions for those modular assays, including an easy-to-build tethering station and a low-cost temperature and humidity control. All code for tracking and data analysis was also made available online to aid the scientific community in establishing and modifying the presented assays in the spirit of open science. In this publication, I further demonstrate the setup’s functionality and versatility by describing opto-motor responses of walking and flying flies to rotating panoramic intensity patterns as well as behavioral responses to rapid e-vector switches of polarized light presented dorsally in flying Drosophila melanogaster. Using the setup described in Manuscript II, I assessed polarotactic responses in flying Drosophila in response to a constantly rotating e-vector presented dorsally, under open-loop conditions (Mathejczyk & Wernet, 2019). I found that flying flies align their body axis in response to linearly polarized UV, but not under polarized green or depolarized UV light. Every fly chose an arbitrary preferred heading relative to a celestial e-vector and most flies were able the keep those headings at least over the course of several minutes. Taken together, these findings confirm that Drosophila can utilize wavelength-specific skylight polarization for orientation and suggest that in Drosophila celestial polarization vision might serve an underlying dispersal strategy, optimizing chances of survival and reproduction on a population level.

The present dissertation deals with catalytic and stoichiometric organohalogen chemistry. The first part of this thesis includes mechanistic studies and different synthetic applications of the organocatalytic alpha chlorination of aldehydes. The application of novel polyinterhalides as practical reagents in organic synthesis is investigated in the second part. The thesis concludes with studies towards the total synthesis of the two meroterpenes hypatulin A and B.

Precise spatiotemporal gene expression during embryonic developmental is controlled by cis- regulatory elements (CREs) such as enhancers and promoters. Their physical chromatin proximity is correlated with active transcription and thought to be restricted to topologically associated domains (TADs) that help establish interactions between CREs and limit inappropriate contacts. Accordingly, TADs frequently overlap with gene regulatory landscapes, in which are contained diverse enhancers that transmit their activity across the domain towards their target promoter. Large structural variants reorganizing TADs were shown to cause gene misexpression and disease thereby linking gene regulation to chromatin structure. Recently, several studies revealed controversial results questioning the importance of TADs for transcriptional control. Acute depletion of CTCF and other architectural proteins in vitro led to loss of TAD structures with surprisingly modest effects on gene expression. However, the cytotoxicity of such depletion assays hindered analysis of more complex gene regulatory scenarios and their effect during development. This study specifically addresses the connection between TADs and developmental gene regulation through two projects using the murine limb as a model system. First, we took advantage of the Sox9/Kcnj2-locus that is subdivided into two adjacent TADs with distinct expression patterns of Sox9 and Kcnj2. The systematic deletion of individual CTCF binding sites at the TAD boundary and within the TAD resulted in gradual fusion of the neighboring domains without major effects on gene expression. TAD rearrangement by TAD-spanning inversions and repositioning of the boundary, however, redirected the regulatory activity and resulted in pathogenic gene misexpression. Thus, TAD structures may not be essential for developmental gene regulation, yet CTCF-dependent rearrangement of TADs can lead to the redirection of enhancer–promoter contacts and gene misexpression. In the second project, we studied how enhancer position relative to its TAD influences the function of an individual enhancer at the Shh-locus. Therefore, we repositioned the Shh-limb enhancer ZRS to five alternative locations inside and outside of its TAD. As expected, the enhancer lost all function in the positions outside of the Shh-TAD. Interestingly, the new positions inside the TAD also displayed decreased enhancer activity, albeit to varying degrees. Further analysis suggests that CTCF likely functions in some positions as a facilitator of enhancer-promoter contacts, while insulating short-range contacts in others. Ultimately, the ZRS is only able to ectopically activate some genes if repositioned to novel TADs, displaying strong enhancer-promoter selectivity. In summary, the results demonstrate that TADs provide robustness and precision to gene regulation, guiding enhancer-promoter interaction without being essential. The findings in this work build a basis for future studies aiming to understand enhancer-promoter interaction and can help in contextualizing potential disease-causing mutations disrupting TADs.