This thesis advances the field of bioprinting and tissue modeling by addressing the limitations of current processing protocols for dECM-based bioresins. It explores effective enzymes for thermogelling dECM pre-gels, investigates the grafting of different methacryloylated groups on dECM for vat 3D bioprinting, and uses 3D printing to fabricate advanced dynamic culture systems that apply mechanical shear stress on epithelial cells to develop advanced in vitro tissue models. Precise control over the physical, mechanical, and biochemical properties of dECM hydrogels after solubilization and gelation is crucial for their application. While animal-derived pepsin is traditionally used for solubilization of dECM, in our first study, we investigated various nonanimal-based alternatives, including plant-derived papain, bacterial-based collagenase, and α- amylase. Although α-amylase-digested dECM exhibited the highest content of growth factors and cytokines, both α-amylase and collagenase treatments disrupted collagen self-assembly of dECM digests and compromised the protein structural integrity. Moreover, their insufficient digestion efficiency resulted in significantly reduced yields of dECM digests (∼ 7 – 10 %). In contrast, papain preserved the physical gel formation capacity of digested dECM and demonstrated comparable yields (∼79-86 %), thermo-gelation kinetics, and bulk mechanical properties to pepsin, along with increased amounts of retained growth factors and superior cell adhesion. As a conclusion, papain was found to be a cost-effective and reproducible alternative to pepsin for producing liver-derived dECM hydrogels, eliminating the risk for zoonotic disease transmission. The second study covered functionalization of papain-digested liver dECM with glycidyl methacrylate (dECM-GMA) and methacrylic anhydride (dECM-MA) into photoactive bioresins for vat photopolymerization. Both chemical modifications yielded a comparable degree of functionalization (DOF ∼ 81.5 – 83.5 %) without disrupting the dECM structure. Interestingly, dECM-GMA showed enhanced solubility and higher shear viscosity compared to dECM-MA due to the additional hydroxyl groups and the increased hydrogen bonding. When formulated into resins, both modifications yielded a similar degree of photocrosslinking (30 – 60 %, depending on the condition), enabling efficient on-demand crosslinking and good printing fidelity. The bulk stiffness of 3D printed dECM-GMA hydrogels was slightly softer (∼ 0.2 – 1.2 kPa) compared to dECM-MA (∼ 0.5 – 2 kPa), both being within the range of healthy human liver tissue (∼ 0.15 – 5.9 kPa), making them suitable candidates for bioprinting of HepaRG cells. dECM-GMA hydrogels exhibited enhanced hydrophilicity and cell compatibility and faster biodegradation compared to dECM-MA gels, highlighting the critical role of chemical functionalization in optimizing bioresins for vat bioprinting. In the third study, the papain digestion protocol established in the first study was applied to porcine intestinal dSIS, achieving characteristics similar to liver dECM and thereby demonstrating its versatility. Functionalized with methacrylic anhydride (MA) for vat 3D printing, dSIS produced biomimetic dSIS-MA hydrogels with tunable stiffness (3.7 ± 0.2 kPa), matching healthy human small intestinal tissue (∼ 1.3 – 4.0 kPa). Moreover, the functionalization enhanced biostability of the hydrogels when seeded with intestinal epithelial cells, essential for advanced intestinal in vitro tissue models. To enable dynamic cell culture conditions, a biocompatible 3D-printed millifluidic tissue chamber was designed to host cellular dSIS-MA hydrogel scaffolds while maintaining a laminar flow profile, as confirmed by computational fluid dynamics simulations. The millifluidic system enables advanced intestinal models with tunable stiffness and fluid shear stresses, offering a scalable and cost-effective solution for in vitro tissue modeling. As demonstrated by culturing HT29-MTX monolayers under low physiological shear stress (∼ 0.01 dyne/cm2), the system induced 3D tissue reorganization and enhanced differentiation and mucus production, particularly MUC5AC, when compared to static culture conditions as evidenced by immunofluorescent proteins staining. Experiments with human organoid-derived ileum ISCs showed that physiological shear stress combined with biomimetic hydrogel scaffolds decreased proliferation and stemness of the cells while promoting their multi-lineage differentiation. Changes in alkaline phosphatase (ALP) activity and secreted mucus demonstrated functional cell differentiation into enterocyte and goblet cell lineages. The studies in this thesis covered the critical steps in dECM bioprinting, from enzyme-based solubilization of dECM through their chemical functionalization for vat (bio)printing until the integration of advanced fluidic systems for tissue modeling. The studies in this thesis covered the critical steps in dECM bioprinting, from enzyme-based solubilization of dECM through their chemical functionalization for vat (bio)printing until the integration of advanced fluidic systems for tissue modeling. Each step advances the understanding and development of biomimical materials and strategies, enhancing the efficiency and functionality of bioengineered tissues. This paves the way for future applications in regenerative medicine and tissue engineering.

The growing popularity of anti-establishment parties and politicians among voters in Western democracies since the mid-2010s has led to a number of explanations. One widely accepted approach, both in journalistic and academic circles, is the theory that the "left behind" voters are primarily responsible for this development. Despite the popularity of this theory, it has two central problems: firstly, a clear definition of what “left behind” means and secondly, a lack of empirical testing. This dissertation addresses these problems using the 2016 U.S. presidential election as an example. Based on an examination of media and academic discourse, an empirically testable definition of the theory is distilled, operationalized, and then empirically tested at the county level through two regression models. The results of the analysis show that the chosen operationalization of the theory can explain approximately two-thirds of the variance in the vote share for Donald Trump. In order to understand the proportion of unexplained variance, counties in which Trump's share of the vote as predicted by the statistical models deviates significantly from the actual vote are then examined in descriptive analysis in exploratory form. It becomes clear that the reasons for the strong deviations lie less in the selection of the chosen variables, but probably in their lack of weighting, as well as in other factors such as voter turnout and historical loyalty to a party. The dissertation places this empirical research in a broader context by viewing Trump's election as a symptom of a transitional phase between two political paradigms. Both by adopting this perspective and through the empirical aspects of the work, this dissertation contributes to a better understanding of the origins of Trump's electoral success and opens up new ways to address them.

Directional proton transport across the lipid bilayer of a biological membrane is a process of fundamental importance in nature. Due to the protons’ small size, the study of proton transfer in biological macromolecules such as proteins, is a challenging task. One of the few techniques, that allows one to observe protonation reactions is infrared (IR) difference spectroscopy. Its chemical sensitivity sheds insight into the changes in protonation state of single moieties within proteins but is at the same time sensitive to all other molecular alterations accompanying proton transfer. IR difference spectroscopy is therefore a powerful tool to study the functional mechanism of proton-translocating proteins. A very intriguing question is how proteins that act as membrane-bound proton pumps achieve vectorial proton transport. The first part of this thesis aims to address this question by the spectroscopic investigation of a novel microbial rhodopsin acting as an inward proton pump. I characterized the sequence of protonation reactions with a focus on the cytoplasmic half channel of the protein. Here, deprotonation of an aspartic acid located on the cytoplasmic side is correlated to the deprotonation of the distantly located retinal Schiff base. The sequence of these protonation events has important implications on the functional mechanism of inward proton transport, which is compared to the mechanism of a prototypical outward proton pump. The structural changes associated with inward proton transfer are not only localized within the protein itself but are also transmitted to the surrounding lipid bilayer. Photoactivation of this microbial rhodopsin is sensed by the surrounding lipid molecules by two different processes occurring on a fast (< 100 ns) and a slow time scale (> μs). While time-resolved IR spectroscopy is an established tool to monitor light-induced absorption changes of reversible processes, it has found only limited application in the study of irreversible and light-insensitive reactions. In the second part of this thesis, I showcase two novel IR absorption techniques based on quantum cascade lasers (QCL) to study protein reactions. Both techniques were used to monitor protein conformational changes as well as protonation dynamics by single-shot experiments, i.e. without the need to average multiple acquisitions. After a thorough comparison of both techniques, I applied them to the study of the irreversible activation process of the G-protein-coupled receptor rhodopsin. This approach demonstrates that QCL-based IR spectroscopy is a powerful tool for the spectroscopic study of irreversible and, in the future, also light-insensitive (protein) reactions.

The use of cannabidiol (CBD) products is becoming increasingly popular among animal owners and veterinarians as an alternative treatment for stress, anxiety or pain in horses. In equestrian sports, all cannabinoids are banned due to their potentially psychotropic effects. However, there are only a few studies on the detection times of CBD concentrations in blood or urine, and the actual effectiveness in horses. The aim of this study was to determine the pharmacokinetic properties of CBD after oral administration in healthy horses and to analyse stress parameters, including behavioural observations, heart rate and cortisol levels. Study products were two pastes for oral administration, one with CBD as active ingredient and one without active ingredient. Paste administration was blinded. In the first study part (dose escalation study), the pastes were administered in escalating trials as single doses (0.2 mg CBD/kg, 1 mg CBD/kg, 3 mg CBD/kg) to a treatment and a control group. In the second part of the study (multiple dose study), both pastes were administered twice daily for 15 days (treatment group: 3 mg CBD/kg). For the pharmacokinetic analysis, blood and urine samples were taken daily during both study parts. After day 15 of the multiple dose study, additional samples were collected for two weeks to analyse the elimination phase. Concentrations of CBD, CBD metabolites and other cannabinoids were determined using gas chromatography/tandem mass spectrometry. Pharmacokinetic parameters were assessed using two approaches: Non-compartmental analysis and population pharmacokinetic analysis using a nonlinear mixed-effects model. During the elimination phase, the ratio between the steady-state concentrations of CBD in urine to serum (Rss) was calculated. In the dose escalation study, behavioural parameters were assessed using photographs to evaluate the horses' facial expressions on a specifically developed scale, which was based on existing scales (FaceSed and Horse Grimace Scale). To identify potential sedation, the horses' reactions to acoustic and visual stimuli were video recorded. The evaluation of the photos and videos was conducted in a blinded manner. In addition, the heart rate was continuously recorded via heart rate sensors throughout the study with subsequent analysis of heart rate (HR) and heart rate variability (HRV). In the multiple dose study, facial expressions and the depth of sedation were analysed daily following the same protocol as in the dose escalation study. In addition, blood and saliva samples were daily collected and analysed for cortisol levels using liquid chromatography/tandem mass spectrometry. The behavioural observations and cortisol levels were compared between the groups. A novel object test and a trailer test were performed prior to study start. Both tests were repeated on study day 13. Assessment included reactivity, movement patterns such as gait changes and behavioural characteristics. Heart rate was recorded during the tests and analysed using HR and HRV parameters. Blood and saliva samples were obtained before and after the tests for cortisol analysis. The CBD paste was well-tolerated and no side effects were observed. The non-compartmental analysis showed a maximum serum concentration of 12.2 ng/ml after single administration of CBD (3 mg/kg). The population pharmacokinetic analysis showed that a three-compartment model with zero-order absorption most accurately describes the pharmacokinetic properties of CBD. High volumes of distribution into peripheral compartments and high concentrations of the metabolite 7-carboxy-CBD were identified. In the multiple dose study, the mean maximum serum concentration was 38.4 ng/mL. The terminal half-life was 161.3 hours in serum and Rss was 4.5. In the dose escalation study, analysis of behavioural parameters, HR and HRV showed no consistently significant differences between the treatment and control group. During the multiple dose study, daily behavioural observations and cortisol levels also did not differ between treatment and control group. When analysing reactivity, movement patterns, HR, HRV and cortisol levels during the novel object test and the trailer test, no consistently significant differences were observed between groups. This study was the first to investigate pharmacokinetic parameters combined with the effect of CBD on behaviour and stress after regular oral administration of CBD in horses over two weeks. The pharmacokinetic analysis showed an extensive metabolism of CBD with a high distribution into peripheral tissues and a long elimination phase. The results of the behavioural assessments provided no reliable evidence for a stress-reducing or sedative effect of CBD in horses after regular oral administration at a dose of 3 mg/kg twice daily. The main limitation of this study is the small sample size. Further investigation of the potential stress-reducing effects of CBD in conjunction with pharmacokinetic analysis is essential to determine relevant CBD concentrations for medication control at equestrian sport events. Subsequent studies may consider administering higher CBD doses, such as 10 mg CBD/kg, and specifically explore the effect on horses known to exhibit signs of nervousness and are easily stressed.

Dynamical systems on networks, which can be seen as a special type of agent-based model, are widely used to model systems that consist of many interacting entities called agents. In this framework the nodes in the network represent the agents, the edges represent the relations between them, and the state of each agent evolves over time in dependence on the states of its neighbors, typically in a stochastic manner. Although the state evolution of each single agent is often dictated by simple rules and mechanisms, the overall collective or emergent behavior of the system, which is the result of many individual interactions, can be incredibly hard to anticipate and understand. The investigation of this collective behavior is the main focus of this thesis. Even though the collective behavior is difficult to predict, it is typically much less complex than the vast number of degrees of freedom would allow for and instead (approximately) follows some low-dimensional dynamics. The understanding of collective behavior hence consists of two steps. Firstly, a projection that maps the high-dimensional microscopic state, containing the state of each agent, to a low-dimensional macroscopic state, containing only the essential aggregated information to describe the collective behavior, has to be found. This projection, which filters out unnecessary degrees of freedom and quickly decaying processes of the original system, is called a collective variable (CV). Secondly, the reduced macroscopic system that dictates the evolution of the macroscopic state has to be derived. If the choice of CV was appropriate, this macroscopic system is able to reproduce the low-dimensional projection of the original model, i.e., the collective behavior. Akin to the law of large numbers, the aggregated random actions of many agents sometimes lead to an approximately deterministic macroscopic dynamics, which is referred to as a concentration effect. This thesis mainly considers Markovian discrete-state dynamics on (random) networks and addresses efficient simulation, discovery of CVs and macroscopic dynamics, and the occurrence of concentration effects. In this setting the shares of each discrete state in the system, or in certain subsystems, constitute an important choice of CVs. Conditions that guarantee the convergence of the dynamics of the shares to a deterministic mean-field ordinary differential equation in the large population limit are proved. These conditions enable the derivation of parameter bounds for popular random graph models, e.g., Erdős-Rényi random graphs, the stochastic block model, and random regular graphs, that ensure convergence to the mean-field limit, which is demonstrated for a continuous-time noisy voter model (CNVM). For systems that do not exhibit convergence to the mean-field limit and for which the simple state shares are not appropriate CVs because they lack essential state information, a data-driven method for algorithmically learning good and interpretable CVs from model simulations is presented. This method permits to assess the quality of the learned CVs and to infer their relation to topological features of the network. In combination with established techniques for learning dynamics from data, an automatic evaluation of the collective behavior can be achieved. This is demonstrated for the CNVM on scale-free networks.

Im Zentrum dieser Arbeit steht die Frage: Welche Rolle spielt in China städtischer öffentlicher Raum als soziales Ordnungsmedium? Im Mittelpunkt stehen seine soziale Produktion, In- und Exklusionsmechanismen sowie die Beziehung zwischen staatlichen Idealen und alltäglicher Aneignung in Chinas Reformperiode. Die soziale Produktion öffentlichen Raums als Ordnungsmedium wird hauptsächlich am Beispiel reziproker Handlungsabläufe von staatlichen Akteuren und „Vagabunden“ (Straßenhändler inkl. mobile Wahrsager und Bettler) als unerwünschte Nutzergruppe herausgearbeitet. In Anlehnung an Henri Lefèbvre, Martina Löw u.a. definiere ich für diese Arbeit die soziale Produktion des Raums als kontinuierlichen Prozess der Aneignung/Appropriation durch die (Neu)Ordnung physischer Objekte (inklusive des eigenen Körpers) einerseits und/oder sozialer Bedeutung andererseits. Urbaner öffentlicher Raum meint den „nicht-eingehausten“ Stadtraum, wo die Chance auf ein größeres Publikum und auf Anonymität als dominierendem Merkmal besteht, wie z.B. populäre Straßen, Plätze, Parks, Promenaden etc. Den lokalen Kontext dieser Untersuchung bietet dabei das südchinesische Guangzhou, wo ich von 2010 bis 2014 lebte und meine Feldforschung abschloss. Als Forschungsfragen stellen sich: Welche öffentlichen Räume werden vom „Staat“ und den „Vagabunden“ okkupiert, reguliert, gebaut? Welche strukturellen Mechanismen und diskursiven Motivationen stecken dahinter? Wie okkupieren und formen die untersuchten Nutzergruppen den öffentlichen Raum um? Wie interagieren dabei die jeweiligen Parteien? Welche Konsequenzen hat die Appropriation öffentlichen Raums für die städtische In- und Exklusion der „Vagabunden“ als marginalisierte Nutzer? Welchen Einfluss hat die Reform- und Öffnungspolitik auf die Appropriation der untersuchten Nutzergruppen? In welchem urbanen und historischen Entwicklungskontext steht die heutige soziale Produktion von Guangzhous öffentlichem Raum? Ergebnisse: 1) Entwicklung von Städtebau, -governance und -gesellschaft entlang der Dimension des städtischen öffentlichen Raums in China: Hier sind insbesondere nationalistische Bewegungen der Modernisierung, Zivilisierung und „Spektakularisierung“ des öffentlichen Raums von Bedeutung. Angelehnt an Debord meint Letzteres die (Ab)Lenkung bürgerlicher Aufmerksamkeit und die Herrschaft durch das „Image“. Dabei nimmt öffentlicher Raum eine doppelte Rolle, nach innen und außen, ein. Er fungiert als Medium der staatlichen Darstellung und der Erziehung der Stadtbewohner. Die politische Konnotation und Funktion öffentlichen Raums im städtischen China kommt deutlich zum Vorschein. Im Alltag entwickelt sich die Offenheit bzw. Schließung des öffentlichen Raums entlang der Zonierung und Rhythmisierung öffentlicher Ordnung. Es kommt zu einer Fragmentierung des öffentlichen Raums entlang der Logik wirtschaftlichen Profits und politischen Prestiges. Er entwickelt sich als „Inseln des Spektakels“ die zeitlich und räumlich expandierenden. Das Spektakularisierung des städtischen Raums dehnt sich in den Alltag aus. 2) Prozesse der Exklusion, Strategien und Taktiken der Inklusion marginalisierter Migranten in Guangzhou: Die Frage der städtischen Teilhabe ist eine Frage des Raums. Die Auseinandersetzungen zeigen zwar eine Dominanz, aber keine „Alleinherrschaft“ der staatlichen Akteure. Am Beispiel der Straßenhändler arbeite ich die „Taktiken der Präsenz“ heraus, die zeigen, wie sie sich an die staatliche Raumlogik anpassen, ihr aus dem Weg gehen und sie herausfordern. Mobile Wahrsager verdeutlichen, dass Zugang zum öffentlichen Raum mehr bedeutet als ein bloßes „Sich-im-Raum-befinden“. Sie eignen sich den öffentlichen Raum via Performance an, die auf das umgebende Publikum ausgerichtet ist. Sie zeigen, nicht jede Aktion bedeutet Kontestation, denn sie orientieren sich am historisch gewachsenen Raumerbe, an der Raumkultur, d.h. am sozial akzeptierten Verhalten an den Tempeln, Konsum- und Unterhaltungsgebieten. Bettler zeigen, wie beide Aspekte – staatliche Raumlogik und Raumkultur/-erbe – zusammen wirken. Im Ergebnis verschaffen sie sich Zugang zum öffentlichen Raum durch die Kombination von Entertainment und Darstellung der Authentizität ihres Leids. Die Exklusion der „Vagabunden“ aus dem öffentlichen Raum ist nicht absolut, sondern durch Barrieren der Regulation gekennzeichnet. Um diese zu überwinden, bedarf es vonseiten der „Vagabunden“ wachsender Investitionen – in Mobilität, Flexibilität und Performances. Das heißt, ohne Ressourcen haben diese städtischen Armen kaum Zutritt zum öffentlichen Raum. Dabei ist ihre Rolle für die soziale Produktion nicht marginal: Sie beeinflussen das Vorgehen der staatlichen Akteure, tragen zur Vielfalt des öffentlichen Raums, aber auch zu seiner „Spektakularisierung“ bei. 3) Desiderate des Konzepts des öffentlichen Raums und Lehren aus der chinesischen Empirie: Die soziale Produktion öffentlichen Raums hält eine neue Perspektive bereit, die einige Annahmen zum öffentlichen Raum infrage stellt. Die chinesische Empirie verweist darüber hinaus auf die „Tücken“ des theoretischen Konzepts hin. Dazu gehören vor allem und dessen starke normative Konnotation sowie die Vielfältigkeit der sich überlappenden Perspektiven. Darüber hinaus ergeben sich folgende Lehren, die den „westlichen“ diskursdominanten Annahmen zum öffentlichen Raum entgegenstehen: Öffentlicher Raum ist nicht physisch-räumlich determiniert. Er ist weder räumlich noch zeitlich fix. Öffentlicher Raum ist nicht offen und zugänglich für „Alle“, er war es noch nie – weder in Europa noch in China. Er lässt sich nicht per se über den Besitz in öffentlicher Hand definieren. Daher ist auch die Privatisierung und/oder Kommerzialisierung an sich auch nicht ein Zeichen des Verlusts öffentlichen Raums. Öffentlicher Raum ist ein wichtiges Ordnungsmedium, der die qualitative Dimension von Verstädterung prägt. Die konkreten Öffnungs- und Schließungsmechanismen strukturieren die städtische Gesellschaft. Deshalb steht der öffentliche Raum im Zentrum von Urbanisierung und Urbanität.

Weltweit zählen Erkrankungen des unteren Respirationstraktes zu den häufigsten Todesursachen durch Infektionskrankheiten. Vor dem Ausbruch der Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Pandemie im Jahr 2019, waren Streptococcus pneumoniae als häufigster Erreger der ambulant erworbenen Pneumonie (engl. community-acquired pneumonia, CAP) und Mycobacterium tuberculosis als häufigste infektionsbedingte Todesursache die wichtigsten Erreger von Atemwegsinfektionen. Im Verlauf der Pandemie hat das schwere akute Atemwegssyndrom Coronavirus Typ 2 (SARS-CoV-2) Mycobacterium tuberculosis auf den zweiten Platz der häufigsten Todesursachen durch Infektionskrankheiten verdrängt. In dieser Arbeit werden am Beispiel dieser drei prominenten Erreger von Lungeninfektionen, Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pneumoniae und SARS-CoV-2, allgemeine und spezifische Abwehrmechanismen der Lunge und des Immunsystems gegen respiratorische Erreger untersucht und geeignete Tiermodelle entwickelt und eingesetzt, um den Erfolg möglicher therapeutischer Maßnahmen zu evaluieren.

Die Endometriose ist eine gutartige, östrogenabhängige, chronisch-inflammatorische gynäkologische Erkrankung, von der etwa 10 % der mit Uterus und Ovarien geborenen Bevölkerung im reproduktionsfähigen Alter betroffen sind. Sie ist als das Vorkommen von gebärmutterschleimhautähnlichem Gewebe außerhalb der Gebärmutterhöhle definiert. Durch verschiedene immunologische Fehlleistungen findet der Abbau dieses Gewebes nicht beziehungsweise nicht vollständig statt, die Abbauprozesse chronifizieren stattdessen und lokale chronische Entzündungen stellen sich ein. Unterbauchschmerzen wie Dysmenorrhoe, azyklische Unterbauchschmerzen und Dyspareunie sowie Fertilitätsbeeinträchtigungen sind die zentralen Probleme bei Endometriose. Zudem gilt die Erkrankung als häufigste Ursache von chronischem Unterbauchschmerz bei Menschen, die mit weiblich zugewiesenen Geschlechtsorganen geboren wurden. Die Pathogenese der Endometriose ist bis heute nicht vollständig geklärt, sodass sie nicht ursächlich behandelt werden kann. Vom Auftreten der ersten Symptome bis zur Diagnosestellung vergehen im Mittel zehn Jahre. Neben der Schmerzsymptomatik durch die Erkrankung berichten Menschen mit Endometriose von eingeschränkter Lebensqualität, erhöhter psychopathologischer Symptomatik, belasteten sozialen Beziehungen und Beeinträchtigungen ihrer Sexualität. Zusätzlich dazu wird sowohl eine Assoziation von Endometriose und traumatischen Kindheitserfahrungen als auch, unabhängig davon, von chronischem Unterbauchschmerz und traumatischen Kindheitserfahrungen diskutiert. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die psychische Gesundheit von Menschen mit Endometriose möglichst umfangreich zu untersuchen. Dabei fanden mit unterschiedlicher Schwerpunktsetzung psychische Störungen, die selbstberichtete körperliche und psychische Gesundheit, die Sexualität, traumatische Kindheitserfahrungen sowie die endometriosetypische Symptomatik, die Krankheits- und die Behandlungsgeschichte Berücksichtigung. Zu diesem Zweck wurden in Publikation I Personen mit Endometriose und chronischem Unterbauchschmerz in Folge der Erkrankung und Personen mit Endometriose, die aktuell keine bis minimale Schmerzsymptomatik berichteten, gegenübergestellt. Die Häufigkeit akuter psychischer Störungen und psychischer Störungen über die Lebensspanne sowie akuter sexueller Funktionsstörungen der Gruppe mit chronischem Unterbauchschmerz war signifikant erhöht. Demgegenüber wurde kein signifikanter Unterschied bezüglich der Häufigkeit traumatischer Kindheitserfahrungen festgestellt. Zusätzlich dazu waren in der Gesamtstichprobe ein höheres Bedürfnis nach Schmerzlinderung sowie eine akute sexuelle Funktionsstörung mit dem Vorhandensein einer akuten psychischen Störung assoziiert. Publikation II diente der Darstellung der Endometriosesymptomatik, der psychischen und der sexuellen Gesundheit zum Zeitpunkt der Endometriose-Diagnosestellung. Es wurden Personen untersucht, die in den vorangegangenen vier Wochen die Diagnose Endometriose erhalten hatten. Über 90 % der Untersuchungsgruppe machten Angaben von Dysmenorrhoe, ein Fünftel von chronischem Unterbauchschmerz und mehr als Dreiviertel von Schmerzen beim Geschlechtsverkehr. Jeweils über 40 % erfüllten die Kriterien mindestens einer akuten psychischen Störung, gaben mindestens eine akute sexuelle Funktionsstörung oder traumatische Kindheitserfahrungen an. Das Vorliegen einer akuten psychischen Störung war mit stärkeren Schmerzen beim Geschlechtsverkehr und dem Vorliegen einer akuten sexuellen Funktionsstörung assoziiert. In Publikation III wurden die körperliche und psychische Gesundheit von Personen mit Endometriose anhand einer groß angelegten Online-Studie zu zwei Erhebungszeitpunkten im Abstand von drei Monaten untersucht. Zu beiden Erhebungszeitpunkten lag die körperliche Gesundheit der Untersuchungsgruppe im durchschnittlichen Bereich im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung, wohingegen die psychische Gesundheit als unterdurchschnittlich angegeben wurde. In querschnittlichen Analysen waren sowohl eine höhere körperliche als auch eine höhere psychische Gesundheit mit höherem Einkommen, niedrigerer Belastung der Beziehung durch die Endometriose, einer kürzeren Diagnoselatenz, weniger Operationen, weniger Schmerztypen, niedrigerer Schmerzstärke, weniger Schmerztagen pro Monat, einem höheren Kohärenzsinn, höherer Selbstwirksamkeit, höherer sexueller Zufriedenheit und höherer Zufriedenheit mit der gynäkologischen Gesundheit assoziiert. Der Unterbauchschmerz und die Zufriedenheit mit der gynäkologischen Behandlung gingen als relevante Faktoren für die Gesundheit aus den Längsschnittanalysen hervor. Zusammenfassend liefern die Ergebnisse der präsentierten Publikationen weitere Hinweise darauf, dass die psychische und sexuelle Gesundheit beim Vorliegen von Endometriose beeinträchtigt sind und dies insbesondere der Fall ist, wenn das Symptom des chronischen Unterbauchschmerzes besteht. So legen sie nahe, dass chronischer Unterbauchschmerz bei Endometriose einen Risikofaktor für psychische Störungen und sexuelle Funktionsstörungen darstellt. Gleichzeitig zeigen sie die enge Verschränkung von psychischer und sexueller Gesundheit auf. Sie unterstreichen die große Wichtigkeit der Bewertung der gynäkologischen Behandlung aus Patient*innen-Sicht für deren Wohlbefinden und verdeutlichen die Notwendigkeit einer Verkürzung der Diagnoselatenz, um dem Fortschreiten der Schmerzsymptomatik und einer Verschlechterung der psychischen Gesundheit vorzubeugen. Neben der Bestätigung der Relevanz einer effektiven Schmerzbehandlung zeigen die Ergebnisse der präsentierten Studien darüber hinaus die große Bedeutung spezifischer psychosozialer Faktoren für den Erhalt der Gesundheit von Menschen mit Endometriose auf. Zusammengenommen sprechen sie damit insbesondere für den potentiellen Nutzen psychologisch-psychotherapeutischer und sexualtherapeutischer Behandlungselemente im Kontext der Endometriose. Es lässt sich die Notwendigkeit eines biopsychosozialen Therapiekonzepts von Behandlungsbeginn an ableiten, um die körperliche, psychische und sexuelle Gesundheit von Menschen mit Endometriose langfristig und nachhaltig zu unterstützen und zu schützen.

The respiratory system comprises specialized cell types that maintain homeostasis and facilitate air conductance and gas exchange. Disease states often involve dysregulation of this balance, leading to changes in cell composition and molecular profiles. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) is a powerful tool for investigating disease-specific transcriptional changes in individual cells, shedding light on different epithelial and immune cell types and disease-associated alterations. By using non-invasive nasal swab samples, scRNA-seq provides a promising method to study airway pathophysiology and reveal disease mechanisms in the respiratory tract. This thesis focuses on scRNA-seq data from the upper airways of pediatric and adult patients with corona virus disease 2019 (COVID-19) and children diagnosed with cystic fibrosis (CF), alongside healthy controls, for the study of disease progression and treatment responses of these respiratory diseases. With the emergence of COVID-19 as a pandemic, the need to understand the molecular mechanisms underlying disease severity arose, particularly with regard to age-related differences in susceptibility to severe outcomes. By comparing the upper airway cells of healthy children to those of adults, this study revealed an already activated interferon response in conjunction with higher expression levels of pattern recognition receptors in children. This pre-activated antiviral cell state may facilitate a robust and rapid innate antiviral response upon infection, which likely protects children from severe disease progression. CF is a genetic disorder caused by mutations on the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene. CF is a life-limiting condition that manifests with excessive mucus production and inflammation, significantly impacting quality of life. The triple combination therapy elexacaftor/tezacaftor/ivacaftor (ETI) has improved CF treatment, but its effects on transcriptional changes remained unclear. This study analyzed pre- and post-therapy samples of children with CF, investigating the effects of ETI on mucosal homeostasis following pharmacologic improvement of CFTR function. The results showed an increase in the expression of genes involved in interferon signaling and major histone compatibility complex in different epithelial cell types. Furthermore, the study revealed a decrease in the inflammatory response, specifically related to the TNF and IL1 pathways, in macrophages and neutrophils of children with CF. These results highlight the advantages of ETI treatment in reducing the burden of CF and offer additional understanding of early stages of disease progression. By introducing scRNA-seq of nasal swab samples to investigate COVID-19 resilience in children and the efficacy of triple combination ETI in CF treatment, this thesis significantly advanced the understanding of respiratory diseases at a molecular level. The research highlights how applying scRNA-seq to study the transcriptional landscapes of COVID-19 resilience among children and the outcomes of CFTR modulator therapies in CF can elucidate the pathophysiology of diseases and the mechanisms of treatment effects. As single-cell technology continues to evolve, its application will provide deeper insights into disease complexity and therapeutic advancements.

Based on three empirical studies, the present dissertation examines which religious and school-related characteristics contribute to the gender role attitudes of adolescents as well as whether the individual gender role attitude can partially explain existing gender-specific proficiency differences of adolescents in typically female and male school domains. Study 1 examined whether affiliation with a particular religion and a higher level of individual religiosity are associated with more traditional gender role attitudes. The analyses, based on data from the National Educational Panel Study (NEPS), revealed that Catholic and Muslim adolescents as well as highly religious adolescents tend to have more traditional gender role attitudes than Protestant and less religious adolescents. Furthermore, adolescents’ gender had a large effect: boys exhibited more traditional gender role attitudes than girls. Study 2 investigated which school-related characteristics are relevant for adolescents’ gender role attitudes and if these relations differ between the genders. Using NEPS-data, the results showed that the average gender role attitudes of the classmates and adolescents’ individual gender role attitudes were substantially related: the more egalitarian classmates’ average gender role attitudes, the more egalitarian the individual gender role attitudes. This relation was stronger for boys than for girls. The other examined school characteristics (e.g., attended school type, gender composition of the class) did not turn out to be of relevance. While Study 1 and 2 focused on gender role attitude as a dependent variable, in Study 3 it served as an independent variable of the achieved proficiencies in the typically female domain reading and the typically male domain mathematics. Based on PISA-data (Programme for International Student Assessment), the results showed that egalitarian gender role attitudes are associated with higher proficiency scores for boys and for girls in both domains. Furthermore, girls particularly benefited from an egalitarian gender role attitude in both domains.

This work describes the synthesis of phloroglucinol meroterpenoids Cleistocaltones A and B which have been isolated from Cleistocalyx operculatus by YE, WANG, and coworkers in 2019 and displayed excellent antiviral activity against respiratory syncytial virus (RSV). A convergent and a linear route have been developed for Cleistocaltone A starting from 2-acetyl phloroglucinol and geranyl acetate. Both routes include a TSUJI-TROST coupling, that tethers the phloroglucinol core to the terpene moiety and an intramolecular DIELS-ALDER cycloaddition (IMDA), that furnishes the 10-membered macrocycle and the cyclohexene moiety, as the keysteps. The convergent route was performed with a longest linear sequence of 6 steps with an overall yield of 1.7%. The linear route was performed in 8 steps with an overall yield of 2.2%. Additionally, the linear route was scaled up to a gram-scale. At the last step of the synthesis, an interesting side product was isolated that features a unique tetracyclic ring system with an eightmembered cyclic ether. It was suspected that this side product was a natural product from C. operculatus as well. However, all isolation attempts were unsuccessful. The synthesis of Cleistocaltone B was performed with a TSUJI-TROST coupling as the key-step with a subsequent one-pot aldol condensation. Cleistocaltone B was isolated as an inseparable 1:6 (Z/E) mixture with its undesired E-isomer. The antiviral activity of synthetic Cleistocaltone A was tested in a collaboration with MARTIN LUDLOW and SOPHIE KOLBE against a contemporary recombinant RSV-A strain. Synthetic Cleistocaltone A displayed a modestly higher IC50 than the isolated material from YE, WANG, and coworkers.

Krebs ist bestimmt eine der größten Geißeln unserer Zeit, die sich in den Industrienationen mit steigender Tendenz zur zweithäufigsten Todesursache entwickelt hat. Eine nicht unwesentliche Ursache dafür ist zweifellos die wachsende Lebenserwartung. Die Krebsforschung ist ein breites Forschungsgebiet, das sich mit der Erforschung von Ursachen, Prävention, Erkennung und Behandlung von Krebs beschäftigt. Es umfasst eine Vielzahl von Disziplinen und Techniken und das wesentliche Ziel besteht wohl darin, unser Verständnis von Krebs zu verbessern und bessere Strategien für Prävention, Erkennung und Behandlung zu entwickeln, um letztendlich bessere Ergebnisse für Krebspatient*innen zu erzielen.

Die mpMRT hat einen enormen Beitrag zur Verbesserung der Erkennung von Prostatakrebs geleistet. Unser kleiner Beitrag dazu war die Kontrolle der weiterentwickelten PI-RADS Klassifikation. Der Score wurde initial 2012 vorgestellt um ein standardisiertes Berichtssystem für die mpMRI der Prostata zu schaffen. Im Jahr 2015 erfolgte die Veröffentlichung der zweiten Versionen die noch klarere und objektvierbarere Bewertungskriterien enthalten sollte. An dieser Stelle haben wir nachgewiesen, dass die eher schlechten klinischen Daten zur zweiten Version des Bewertungssystems für unsere Kohorte nicht zutrafen und führten so eine Validierung des überarbeiteten Bewertungssystems durch. In unserer nächsten Arbeit haben wir durch die Integration eines neuartigen, hochauflösenden Ultraschalls in den Diagnosepfad des Prostatakarzinoms einen zusätzlichen klinischen Nutzen erzielt. Dank dieses Ultraschallgeräts konnten wir die Prostata in Echtzeit visualisieren und suspekte Läsionen noch gezielter biopsieren. Dies führte zu einer Steigerung der Tumordetektionsrate im Vergleich zur alleinigen mpMRT Fusionsbiopsie. Abschließend konnten wir in unserer dritten Arbeit zeigen, dass ein Diagnosepfad nur mit dem MUS und ohne mpMRT dem mpMRT-Diagnosepfad zumindest nicht unterlegen war. Falls sich diese Ergebnisse bestätigen, wäre eine Diagnosepfad ohne mpMRT denkbar, was erhebliche Auswirkungen auf Kosten und Verfügbarkeit der gezielten Prostatabiopsie hätte.

Nach der wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit dem Erkennen von Tumorerkrankungen beschäftigten wir uns weiter mit der Vorhersage des klinischen Verlaufs von Tumorerkrankungen am Beispiel des Nierenzellkarzinoms. Neben der reinen Information zur Prognose liefern Prognosemarker wertvolle Daten für die weitere klinische Entscheidungsfindung. Das betrifft die Planung der weiterten Therapie etwa im Rahmen einer adjuvanten Chemotherapie nach Operation, das weitere Tumornachsorgeschema oder etwa den Einschluss in Studien. Beim metastasierten Nierenzellkarzinom beispielsweise werden für die Planung der unterschiedlichen Systemtherapien und auch zur Studienplanung routinemäßig klinische Parameter wie u.a. der ECOG Performance Status, der Hämoglobinwert, der Kalziumspiegel oder die Thrombozytenzahl verwendet.

Im Rahmen unserer ersten Arbeit zum Nierenzellkarzinom konnten wir nachweisen, dass die Gamma-Glutamyltransferase, die neben ihrer Funktion als Routinemarker für hepatobiliäre Erkrankungen eine wichtige Rolle bei der Entstehung und dem Progress von Tumorerkrankungen spielt, signifikant mit dem Überleben assoziiert war. Die Hinzunahme der GGT erhöhte die Diskriminierung von etablierten Prognosemodellen und führte zu einer Erhöhung des klinischen „net benefit“ dieser. In der zweiten Arbeit konnten wir zeigen, dass der Prognostic Nutritional Index ebenfalls signifikant mit dem Gesamtüberleben assoziiert war. Der PNI setzt sich zusammen aus Serumalbumin und der Gesamtlymphozytenzahl und soll ein Maß zur Bewertung des Ernährungs- und Immunstatus einer Patientin/ eines Patienten sein.

Insgesamt trugen unsere Arbeiten zur Verbesserung von Diagnose und Prognose von Krebserkrankungen bei. Bei der Diagnose wirkten wir bei Weiterentwicklung der PI-RADS Klassifikation für die mpMRT der Prostata mit. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass durch Integration eines neuartigen, hochauflösenden Ultraschalls in den Diagnosepfad des Prostatakarzinoms auf die mpMRT eventuell verzichtet werden könnte. Zuletzt identifizierten wir die Gamma-Glutamyltransferase und den Prognostic Nutritional Index als relevante Prognosemarker beim Nierenzellkarzinom, welche zur Verbesserung der klinischen Entscheidungsfindung beitragen können.

Hintergrund: Bei Patient*innen mit onkologischen Erkrankungen steigt die Nachfrage für komplementärmedizinische Verfahren. Hierzu gehören äußere Anwendungen wie beispielsweise wärmende Schafgarbe-Leberkompressen, welche in naturheilkundlichen Konzepten häufig zusätzlich während onkologischer Therapien angewandt werden. Patient*innen mit onkologischen Erkrankungen leiden häufig unter Tumor-assoziierter Fatigue (TF). Diese wird mit einer Dysregulation des Autonomen Nervensystems (ANS) und Veränderungen der Herzratenvariabilität (HRV) in Zusammenhang gebracht.

Ziel: Untersuchung der Auswirkung der äußeren Anwendung von Schafgarbe-Leberkompressen auf die Aktivität des ANS mittels HRV-Analyse bei Patient*innen mit Tumor-assoziierter Fatigue bei metastasierter Tumorerkrankung, welche eine zweiwöchige Bestrahlungstherapie von ossären oder zerebralen Metastasen erhalten.

Methoden: In einer randomisierten Pilotstudie wurden Patient*innen mit Tumor-assoziierter Fatigue bei metastasierter Tumorerkrankung, welche im Rahmen ihrer onkologischen Therapie eine stationäre Bestrahlung von entweder ossären oder zerebralen Metastasen erhielten, in zwei Gruppen randomisiert: Eine Interventionsgruppe mit wiederholten Anwendungen von Schafgarbe-Leberkompressen und eine Kontrollgruppe ohne diese Anwendungen. Mittels 24-h-EKG wurden zu Beginn (T1) und zum Ende (T2) des zweiwöchigen Studienzeitraumes Daten für die Analyse der HRV erhoben und jeweils eine Tages- (d) und eine Nachtsequenz (n) extrahiert. Anschließend wurden die HRV-Parameter des Zeit- und Frequenzbereichs sowie der Nichtlinearen Dynamik analysiert.

Ergebnisse: Im Zeitraum von September 2017 bis August 2019 erfolgte die Randomisierung von 39 Patient*innen. Die Daten von 20 Patient*innen (10 Patient*innen pro Gruppe) gingen in die Auswertung ein. Zwischen den beiden Tagesmesssequenzen im Vergleich über die Zeit (T1dT2d) konnte in beiden Gruppen ein signifikanter Unterschied der HRV-Parameter beobachtet werden. In der Interventionsgruppe nahmen die HRV und die Komplexität der Regulation der Herzfrequenz ab, als Hinweis auf eine erhöhte Aktivität des Sympathischen Nervensystems (SNS). In der Kontrollgruppe hingegen nahmen die HRV und die Komplexität der Regulation der Herzfrequenz zu, als Hinweis auf eine erhöhte Aktivität des Parasympathischen Nervensystems (PNS). Im direkten Vergleich der beiden Gruppen zeigte sich kein signifikanter Unterschied in den HRV-Parametern, mit Ausnahme des zweiten Tagesmesszeitpunktes (T2d).

Zusammenfassung: In der Interventionsgruppe mit täglicher Anwendung von Schafgarbe-Leberkompressen wurde tagsüber eine Zunahme der sympathischen Aktivität beobachtet, in der Kontrollgruppe ohne äußere Anwendungen hingegen trat tagsüber eine Zunahme der parasympathischen Aktivität auf. Aufgrund von großen Schwierigkeiten bei der Rekrutierung und Durchführung wurde die Studie vorzeitig beendet, dennoch lässt das Pilotergebnis einige Hypothesen zu. Eine Aktivitätssteigerung des SNS tagsüber könnte beispielsweise eine Verbesserung der Mobilisierung von Energieressourcen darstellen, durch welche die Patient*innen mit TF bei metastasierter Tumorerkrankung profitieren könnten. Insgesamt sind allerdings keine klaren Aussagen möglich und es gilt die aufgestellten Hypothesen in weiteren Studien zu überprüfen.

Tropical bovine theileriosis (TT, Theileria annulata infection) is a protozoan disease that affects cattle in the Mediterranean, Middle East and Asia. In countries where it occurs, the disease is mainly transmitted by ticks of the genus Hyalomma. Despite the availability of various control strategies, TT is still a major problem for the livestock industry in several countries. Progress in developing and improving control options (mainly vaccination) against T. annulata and its vectors is limited by several factors, including limited knowledge of the attenuation mechanism of the cell lines used as live vaccines, the need for experimental animals to maintain tick colonies, to produce infected tick challenge material and to assess the attenuation status. Another point of ethical concern is the use of Foetal Bovine Serum (FBS) in the production of the T. annulata cell culture vaccine. This reliance on the use of animal models and products, which is associated with high costs and logistical, biosafety and ethical constraints, frames the research approaches described in this thesis.

In the four main chapters, different aspects in studying the life cycle of T. annulata in vitro while adhering to the 3Rs principle are described. This includes (i) establishing a cell line using serum-free culture medium, replacing the use of FBS, (ii) comparing virulent and attenuated passages of T. annulata using RNA-seq to improve our understanding of virulence factors and the attenuation process and catalogue potential attenuation markers, (iii) inducing merogony in T. annulata cell lines and obtain piroplasm-containing erythrocytes that could later be used to infect ticks in vitro, and (iv) exploit recent advances in artificial tick feeding methods to artificially feed all life stages of two-host ticks Hyalomma scupense and H. excavatum and the three-host tick Hyalomma dromedarii. The successful feeding of all stages of Hyalomma ticks in vitro combined with the generation of T. annulata infected erythrocytes in vitro, may lead to the closure of the T. annulata life cycle in vitro without the use of experimental animals.

The results of these studies are encouraging, although they do require optimization, and are expected to contribute to the production of culture-derived Theileria vaccines, improve our understanding of the attenuation process and provide valuable tools to study the Theileria life cycle, including its interaction with vector ticks in vitro. It will also contribute to the 3Rs principle for humane animal research by providing a viable alternative to the use of laboratory animals in Theileria research. These findings could also be extrapolated to other pathogens with similar life cycles.

Einige Tumormarker wurden in der Pferdemedizin beschrieben, keiner davon ist jedoch ideal. Die Substanzen kommen inkonsistent im Blut vor und viele Faktoren und Krankheiten können ihre Konzentration oder Aktivität steigern, z.B. Entzündung, schwerwiegende Erkrankung und Alter. Infolgedessen wird ein Screening für innere Neoplasien bei Pferden nicht empfohlen, weil es zu falsch positiven Ergebnissen führen kann. Die Biomarker sollen immer zusammen mit dem Vorbericht des Patienten, seiner klinischen Untersuchung und klinisch-pathologischen Ergebnissen evaluiert werden, die verdächtig für das Vorliegen eines bestimmten Tumors sind (z.B. ein paraneoplastisches Syndrom). Eine gleichzeitige Interpretation von Entzündungsmarkern oder wiederholte Messungen können die Genauigkeit des Tumormarkers verbessern. Adrenocorticotropin (ACTH) ist ein Hormon, das weltweit als Tumormarker für ein Hypophysenadenom oder -adenokarzinom bei Pferden mit Pituitary Pars Intermedia Dysfunktion (PPID) eingesetzt wird. Es gibt zahlreiche Faktoren, die die basale ACTH-Konzentration (bACTH) beeinflussen können, inkl. Stress, schwerwiegende Krankheit, Alter und Monat. Des Weiteren gibt es Faktoren, die bACTH-Konzentration nur im Herbst beeinflussen, z.B. Schimmel-Farbe, Pony-Rasse und weibliches Geschlecht. Die Sensitivität des Tests kann weiter erhöht werden durch eine Bestimmung der ACTH-Konzentration nach einer Stimulation mit Thyrothropin-Releasing Hormon (pACTH), aber auch das Ergebnis kann durch Monat und schwerwiegende Krankheit verändert werden. Die Auswirkung anderer Faktoren auf pACTH ist bis jetzt spärlich beschrieben. Beide Untersuchungen sind nach Heu-Fütterung empfohlen, aber es gibt eine Diskrepanz in der Literatur über die Auswirkung von Kraftfutter und Fasten. Das Ziel unserer Studie war, den Einfluss verschiedener Futter-Protokollen, Schimmel-Farbe, weiblichem Geschlecht, Pony-Rasse, Monat, Alter und Body Condition Score (BCS) auf die b/pACTH-Konzentration bei Pferden und Ponys zu ermitteln. Einundsechzig Tiere älter als 16 Jahre wurden in drei Gruppen basierend auf klinischen Symptomen, Behandlung und bACTH verteilt: gesund = 20, PPID = 21, PPID behandelt mit Pergolid = 20. Die Studie hatte ein Crossover-Design und fand zwischen Mitte November und Mitte Juli statt. Die Messung von b/pACTH wurde drei Mal bei jedem Tier nach unterschiedlichen Futter-Protokollen (Fasten, nur Heu, Heu + Kraftfutter) durchgeführt und die Reihenfolge wurde stratifiziert randomisiert. Die Blutentnahme erfolgte vor und exakt zehn Minuten nach einer intravenösen Injektion von 1 mg Protirelin. Der TRH-Stimulationstest wurde erfolgreich bei allen Pferden durchgeführt. Die Nebenwirkungen waren geringfügig und dazu gehörten vor allem Schnaufen, Lippenlecken, Juckreiz, Kotabsatz und Flatulenzen. Die Hypothese, dass die Fütterung einen Einfluss auf b/pACTH hat, wurde in dieser Studie nicht bestätigt und es gab keine Unterschiede in b/pACTH zwischen den verschiedenen Futter-Protokollen (Friedman-Test). Nichtsdestotrotz sollten das Anbieten unterschiedlicher Typen an Kraft- und Rauffutter sowie unterschiedliche Fütterungszeiten weiter untersucht werden. Im Mixed Modell wurde das bACTH durch die Gruppe beeinflusst und die niedrigsten Werte wurden bei gesunden und die höchsten bei nicht-behandelten PPID-Pferden gemessen, was bestätigt, dass Pergolid das bACTH reduzieren kann. Es gab Hinweise, dass eine wiederholte Messung innerhalb von zwei Wochen zu einer Reduktion des bACTH führen kann, was auf eine Gewöhnung des Tieres an die Untersuchung zurückzuführen ist. Das pACTH wurde durch die Gruppe, Monat und Schimmel-Farbe beeinflusst. Pergolid hatte wenig Effekt auf pACTH und die Ergebnisse waren am höchsten in der behandelten PPID-Gruppe, welche sich nicht signifikant von denen der nicht-behandelten PPID-Gruppe unterschied. Das pACTH war am höchsten im Juli und im November und basierend auf den neuen Empfehlungen der Equine Endocrinology Group (2021), sollte der TRH-Stimulationstest nicht mehr in diesen Monaten durchgeführt werden. Alternativ sollten neue Referenzwerte entwickelt werden. Interessanterweise wiesen Schimmel signifikant höheres pACTH im Vergleich zu anderen Farben auf. Die Resultate deuten drauf hin, dass die Fütterung über Nacht wenig Effekt auf das b/pACTH hat. Es gibt Evidenz, dass eine Therapie mit Pergolid das bACTH reduzieren kann, aber es hat wenig Effekt auf pACTH. Die beschriebenen Ergebnisse rechtfertigen weitere Studien in einer größeren Tiergruppe, mit mehreren Untersuchungen pro Monat und einer größeren Schimmel-Population. Des Weiteren sollte weiter geforscht werden, ob eine klinische Verbesserung und eine angepasste Pergolid-Dosierung zu einer Normalisierung des pACTH bei Pferden mit PPID führen sollte. Eine zuverlässige PPID-Diagnose kann nur gestellt werden, wenn alle Einflussfaktoren auf b/pACTH erkannt werden.

Protein-protein interactions (PPIs) are the drivers of most biological processes. Cross-linking mass spectrometry (XL-MS) allows the detection of PPIs from complex biological systems and even in vivo scenarios by combining chemical cross-linking with small reactive molecules, proteolytic digestion and LC-MS (liquid chromatography coupled to mass spectrometry) analyses. However, as the abundance and physicochemical properties of cross-linked peptides differ from those of unmodified peptides, the reliable identification and accurate quantification of cross-linked peptides requires tailored protocols, efficient acquisition strategies and dedicated data analysis pipelines. Throughout my doctoral studies, I focused on advancing different steps of the XL-MS pipeline, including (1) the optimization of acquisition parameters for the detection and quantification of isobarically labeled cross-linked peptides, (2) the development of novel methods for the targeted detection of cross-linked peptides over less wanted species, and (3) the introduction of a ground truth dataset for benchmarking existing cross-linking database search engines and the development of new computational tools. Firstly, I described a speedy MS2-based acquisition strategy with an optimized stepped collision energy of 42% ± 6 and a perfect balance between sensitivity and accurate quantification of TMT-labeled cross-linked peptides from complex samples. Previously described MS2-MS3-based methods were shown to have exhaustive duty cycles, hampering the identification of cross-linked peptides, although their quantification capabilities overcame MS2-based methods. Secondly, utilizing a real-time library search (RTLS) algorithm was shown to increase cross-link identifications by 45% as the instrument was able to partially distinguish cross-links from other peptide species based on the unique relative intensity pattern of a set of four diagnostic peaks. This was achieved by performing a fast scan on each precursor and comparing it on-the-fly to a library of theoretical spectra for cross-links and other species. Exhaustive identification scans were only triggered when the previous survey scan matched to the theoretical cross-link spectrum. Lastly, I generated a dataset with known PPIs by mixing purified proteins according to a defined scheme and heat-induced interactions. The dataset was used to monitor the empirical false-discovery rate of various existing database search algorithms. Multiple features of spectral quality from this dataset have been used to develop Scout, a machine-learned cross-link search engine that greatly outperforms other software in terms of usability, sensitivity, reliability and speed. Taken together, these methodological achievements display a considerable progress for the XL-MS community by providing versatile tools that will promote the research on PPIs across various biological models.

Alternative splicing of pre-mRNAs can regulate the expression and function of proteins. As such it is a major tool of eukaryotes to adapt their proteome – and thus the whole organism – to external and internal changes of circumstances. In mammals body temperature cycles result in oscillating alternative splicing driven by rhythmic phosphorylation of SR-proteins. Recently, it has been shown that this is facilitated by temperature dependent activity of Cdc2-like kinases (CLKs). Temperature sensitivity is conserved across evolution and the active temperature range of the kinases is adapted to the body temperature or growth temperature of the corresponding organism. While it has been shown that the temperature dependence of CLK activity is mediated by conformational changes in the activation segment, the mechanisms by which the active temperature range of the kinases is adapted to the organisms body temperature remained elusive. Here we show multiple structural features fine-tuning the active temperature range of CLK homologues. We characterized a CLK homologue, CmLIK, and its substrate phosphorylation from the ancient thermophilic red alga C. merolae and could show that kinase activity at high temperatures is mediated by activation segment stabilization via a salt bridge in the P+1 loop. In contrast to other CLK homologues auto phosphorylation of CmLIK shows markedly different patterns than substrate phosphorylation. Furthermore, we identified an H-bond network from a residue in the P+1 loop of a CLK homologue from A. thaliana, AtAFC3, that stabilizes the activation segment and also mediates kinase activity at higher temperatures. We could show that AFCs play a role in heat responsive hypocotyl elongation in A. thaliana upstream of PIF4, the major regulator of thermomorphogenesis. Our results demonstrate stabilization of the P+1 loop of the activation segment as a common mechanism mediating CLK homologue activity at high temperatures. With the characterization of CmLIK we found a model system to study an ancient CLK homologue with activity at high temperatures. Our findings lay the foundation for exploration of genetic engineering of crop plant AFCs to facilitate kinase activity at higher temperatures and adapting their thermomorphogenesis accordingly. This could lead to a partial solution of the problems crop plant growth faces due to global warming.

Subgingivale Restaurationsränder und subkrestale Defekte tief zerstörter Zähne stellen aus restaurativer Sicht insofern eine Herausforderung dar, als in den meisten Fällen die biologische Breite verletzt wird und nicht genug Zahnhartsubstanz für die Retention einer Kronenversorgung zur Verfügung steht. Dabei kann die orthodontische Extrusion, bei der die Zahnwurzel aus der Alveole bewegt wird, eine Restauration ermöglichen. Dieses Therapiekonzept ist in der wissenschaftlichen Literatur bisher auf Fallberichte beschränkt. Die Therapiealternative ist die Zahnextraktion, die in der Regel eine Implantatversorgung nach sich zieht. Derzeit existieren keine klinischen Studien, die beide Therapiekonzepte im Vergleich untersuchen. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, das Konzept der orthodontischen Extrusion für die Restauration tief zerstörter Zähne zu untersuchen und dieses mit der implantatprothetischen Rehabilitation zu vergleichen. Zunächst wurden Überlebensraten restaurierter, endodontisch behandelter Zähne von 128 Patienten nach bis zu 15 Jahren ausgewertet. Die Langzeitprognose endodontisch behandelter Zähne war dabei nicht von der Art des Stiftmaterials abhängig, wenn eine adhäsive Zementierung im Wurzelkanal und eine zirkumferente Fassreifenpräparation erfolgte. Diese Voraussetzung kann durch eine orthodontische Extrusion als präprothetische Maßnahme geschaffen werden. Im Rahmen einer klinischen Studie wurde die Überlebens- sowie Komplikationsrate von tief zerstörten Zähnen nach orthodontischer Extrusion und nachfolgender Restauration untersucht. Nach einem Beobachtungszeitraum von bis zu 5 Jahren wurden 30 Patienten eingeschlossen. Zwei Zähne mussten aufgrund einer Fraktur entfernt werden. Die häufigste Art der Komplikation war die Intrusion. Es konnte gezeigt werden, dass die orthodontische Extrusion eine vorhersagbare Methode darstellt, tief zerstörte Frontzähne und Prämolaren zu erhalten und mit Einzelzahnkronen zu versorgen. Darüber hinaus erfolgte eine Post-hoc-Analyse dieser Therapieform. Die Kostenparameter wurden im deutschen Gesundheitssystem aus der Perspektive der privaten Kostenträger erfasst. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde der prozentual höchste Anteil der Gesamtkosten initial verursacht. Die Kosten für die Nachbehandlungen und Komplikationen waren gering, da nur wenige Misserfolge auftraten. Für den Implantatvergleich erfolgte eine Kosten-Zeit-Analyse im Rahmen einer prospektiven klinischen Studie. In einer Patientenkohorte wurden die Zähne nach orthodontischer Extrusion mit Einzelzahnkronen restauriert, während in einer zweiten Patientenkohorte die Zähne extrahiert und mit implantatretinierten Einzelkronen ersetzt wurden. Es konnten Daten für 40 Patienten nach einem Jahr erfasst werden. Implantatgetragene Rehabilitationen sind mit deutlich höheren initialen Kosten und häufigeren Behandlungssitzungen verbunden, während der Zahnerhalt eine insgesamt längere Behandlungszeit beansprucht. Diese Ergebnisse resultieren in vergleichbaren Opportunitätskosten. Darüber hinaus wurde die mundgesundheitsbezogene Lebensqualität für beide Gruppen mit Hilfe eines validierten Fragebogens erfasst. In Bezug auf funktionelle Einschränkungen und physische Beeinträchtigungen war die mundgesundheitsbezogene Lebensqualität während der Extrusion im Vergleich zu Implantation kurzzeitig vermindert. Vor der Behandlung, nach der Restauration und zum Zeitpunkt der Nachuntersuchung ist für Patienten mit Implantatversorgungen und Patienten mit Einzelkronen nach orthodontischer Extrusion die mundgesundheitsbezogene Lebensqualität vergleichbar und war für beide Therapiekonzepte ab dem Zeitpunkt der Erstvorstellung verbessert.

Auf Basis der vorliegenden Untersuchungen stellt das Therapiekonzept der orthodontischen Extrusion einen geeigneten therapeutischen Ansatz dar, tief zerstörte Zähne zu erhalten und zu restaurieren.

Seltene Erkrankungen haben durch ihre Vielzahl eine hohe kumulative Prävalenz. Die meisten haben genetische Ursachen. Initiativen wie das European Joint Programme on Rare Diseases und das Translate-Projekt des Nationalen Aktionsbündnisses für Menschen mit Seltenen Erkrankungen zielen auf die Verbesserung der Versorgung Betroffener. Dies erfordert neue diagnostische Verfahren in der klinischen Genetik. Next-Generation-Sequencing (NGS) bietet hier großes Potenzial, da es eine umfassende, schnelle und kostengünstige genetische Testung ermöglicht. Auch seltene, unspezifische oder unklare Symptome lassen sich durch reverse Phänotypisierung pathogenen Mutationen zuordnen. Hierfür wurden Software und Leitlinien (ACMG/AMP-Kriterien) entwickelt, die Informationen zur genetischen Diagnosestellung zusammenführen. Die phänotypische Erfassung gestaltet sich jedoch schwierig, da etwa die HPO zwar phänotypische Merkmale strukturiert beschreibt, aber für die exakte Erfassung fazialer Merkmale weniger geeignet ist. Maschinelles Sehen, wie bei DeepGestalt, kann hier unterstützen, indem es genetische Syndrome anhand von Gesichtsmerkmalen erkennt. Diese Arbeit untersucht, wie NGS und faziales NGP die Diagnostik seltener genetischer Erkrankungen verbessern können. In einem Fall konnten durch Whole-Exome-Sequencing (WES) biallelische Mutationen in DONSON bei zwei Geschwistern identifiziert werden, was die Diagnose der Erkrankung MISSLA statt einer Fanconi-Anämie ermöglichte. DeepGestalt kann die Priorisierung von Exomdaten bei seltenen Diagnosen unterstützen, hat jedoch noch Defizite in der Spezifität. Whole-Genome-Sequencing (WGS) bietet eine umfassendere Testmöglichkeit, wie der Nachweis relevanter Varianten bei Extremitätenfehlbildungen und die Identifikation von HMGB1 als neues Krankheitsgen zeigen. Zukünftig könnten NGS und faziales NGP zusammen die Diagnostik seltener genetischer Erkrankungen weiter vereinheitlichen und beschleunigen, wobei eine genauere Erfassung epigenetischer und struktureller Varianten sowie nicht-kodierender Genombereiche notwendig bleibt.

Cell clustering is a crucial step in current single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) methods, where marker genes are identified and used for cell type annotation. However, this process can be time-consuming and laborious. To address this, biclustering algo- rithms have been developed to simultaneously identify functional gene sets and cell clusters. However, most existing biclustering algorithms are designed for microarray and bulk RNA sequencing data, and only a few are suitable for scRNA-seq analysis. These algorithms often suffer from issues such as limited scalability and accuracy. In this study, we propose Correspondence Analysis based biclustering on Networks (CAb- iNet), a graph-based biclustering approach specifically designed for scRNA-seq data. CAbiNet integrates multiple analysis steps by efficiently co-clustering cells and their marker genes, and visualizing the biclustering results in a non-linear embedding. We introduce two visualization approaches that enable the joint display of genes and cells in a two-dimensional space. Additionally, a random forest regression model is trained to predict the quality of clustering results, facilitating the selection of optimal parame- ters. CAbiNet fills the gap for a high-performing biclustering algorithm in scRNA-seq and spatial transcriptomics data analysis. It streamlines existing workflows and offers an intuitive and interactive visual exploration of cells and their marker genes in a single plot for efficient cell type annotation. CAbiNet is available as an R package on GitHub at https://github.com/VingronLab/CAbiNet.