Nuclear moments and differences in mean square charge radii of short-lived neon isotopes by collinear laser spectroscopy

Kernmomente und Kernladungsradien von kurzlebigen NeonIsotopen in der Kette 17-26,28Ne wurden mittels kollinearerLaserspektroskopie am online Massenseparator ISOLDE am CERN(Genf) vermessen. Bei kollinearer Laserspektroskopieverlangt die Bestimmung der Kernladungsradien leichterIsotope aus der Isotopeverschiebung nach einer sehr präzisenKenntnis der Ionenstrahlenergie. Zu diesem Zweck wurde eineneue, auf kollinearer Laserspektroskopie basierende Methodezur Strahlenergiemessung entwickelt und erfolgreich in denExperimenten zu Neon eingesetzt. Die experimentellenErgebnisse werden mit theoretischen Rechnungen im Rahmen desSchalenmodells und von kollektiven Kernmodellen verglichen.

Conditional and transgenic mouse models as tools to study the role of TGFbeta, BMP signaling in skeletal development

Die TGFbeta/BMP Signaltransduktionskaskade ist wichtig für viele Entwicklungsprozesse fast aller embryonaler sowie extraembryonaler Gewebe und sie ist ebenso essentiell bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im adulten Organismus. In vielen Mausmodellen und Zellkulturversuchen wurde gezeigt, dass Liganden dieses Signalweges in verschiedene Stadien der Knorpel- und Knochenentwicklung involviert sind. BMPs sind beispielsweise maßgeblich an der frühen Kondensation und Bildung des Knorpels und später an Proliferation und Hypertrophie der Chondrozyten beteiligt. BMPs können ektopisch Knochenbildung auslösen und das Expressionsmuster der Liganden und spezifischen Rezeptoren in der Wachstumsfuge lässt auf eine wichtige Rolle der BMPs in der Wachstumsfuge schließen. Der gezielte knock out der BMP-Rezeptoren Bmpr1a und Bmpr1b in proliferierenden Chondrozyten führt zur Ausbildung einer generellen Chondrodysplasie. Smad1, Smad5 und Smad8 sind die Mediatoren der BMP-Signalkaskade. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle und Funktion der Smad1- und Smad5-Proteine in der Wachstumsfuge untersucht werden. Hierzu wurden konditionale Smad1-knock out-Mäuse mit einer transgenen Mauslinie gekreuzt, die die Cre-Rekombinase spezifisch in proliferierenden Chondrozyten exprimiert. Diese Mäuse wurden mit und ohne heterozygotem Smad5-Hintergrund charakterisiert. Bei einem knock out von Smad1 allein konnte ein leichte Verkürzung der Wachstumsfuge beobachtet werden, wobei prähypertrophe und hypertrophe Zone gleichermaßen betroffen waren. Dieser Phänotyp war verstärkt in Mäusen mit zusätzlichem heterozygotem Smad5-Hintergrund. Eine Verringerung der Proliferationsrate konnte zusammen mit einer verminderten Ihh-Expression nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte anhand von Röntgenaufnahmen eine Dysorganisation der nasalen Region und ein fehlendes nasales Septum beobachtet werden. Produktion und Mineralisation der extrazellulären Matrix waren nicht beeinträchtigt. Um die Rolle der BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden während der endochondralen Ossifikation zu vergleichen, wurden transgene Mäuse generiert, in denen die TGFbeta-Signalkaskade spezifisch in proliferierenden Chondrozyten gestört war. Zwei Mauslinien, die ähnliche Phänotypen zeigten, wurden untersucht. Esl1 ist ein TGFbeta-bindendes Protein, von dem man annimmt, dass es die TGFbeta-Signalkaskade inhibieren kann. Esl1-knock out-Mäuse sind kleiner als Wildtypmäuse und die Überexpression von Esl1 in proliferierenden Chondrozyten führt zu einer Verlängerung der Wachstumsfuge und einer verstärkten Proliferationsrate. Knorpelmarker, wie Col2a1 und Sox9 sind in diesen Mäusen herunterreguliert, während Col10a1 und Ihh als Marker für die hypertrophe und prähypertrophe Zone herunterreguliert waren. Dies führt zu der Annahme, dass mehr Zellen in die terminale Differenzierung eintreten. Bei transgenen Mäusen, in denen ein dominant-negativer (dn) TGFbeta-Rezeptor in proliferierenden Chondrozyten überexprimiert wurde, konnte eine verlängerte prähypertrophe Zone, eine erhöhte Ihh-Expression, sowie eine verstärkte Proliferationsrate beobachtet werden. Zusätzlich konnte in homozygoten Tieren ein craniofacialer Phänotyp beschrieben werden, der zu Problemen bei der Nahrungsaufnahme und damit zu einer starken Wachstumsbeeinträchtigung führte. Die BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden haben möglicherweise antagonistische Effekte in der Wachstumsfuge. Während der Ausfall von BMP in proliferierenden Chondrozyten aufgrund einer gesunkenen Proliferationsrate zu einer Verkürzung der Wachstumsfuge führte, kann man in Mäusen mit einer Störung der TGFbeta-Signalkaskade eine verstärkte Proliferation in einer daher verlängerten Wachstumsfuge beobachten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Generation einer transgenen Mauslinie, die die Cre-Rekombinase spezifisch in hypertrophen Chondrozyten exprimiert. Promoterstudien mit transgenen Mäusen weisen darauf hin, dass ein putatives AP1-Element, etwa 4 kb vor dem ersten Exon des Col10a1 gelegen, wichtig für die spezifische Expression in hypertrophen Chondrozyten ist. Ein Konstrukt, dass vier Kopien dieses Elements und den basalen Promoter enthält, wurde benutzt, um die Cre-Rekombinase spezifisch zu exprimieren. Diese Mauslinie befindet sich in der Testphase und erste Daten deuten auf eine spezifische Expression der Cre-Rekombinase in hypertrophen Chondrozyten hin.

Spins, moments and radii of cd isotopes

The complex nature of the nucleon-nucleon interaction and the wide range of systems covered by the roughly 3000 known nuclides leads to a multitude of effects observed in nuclear structure. Among the most prominent ones is the occurence of shell closures at so-called ”magic numbers”, which are explained by the nuclear shell model. Although the shell model already is on duty for several decades, it is still constantly extended and improved. For this process of extension, fine adjustment and verification, it is important to have experimental data of nuclear properties, especially at crucial points like in the vicinity of shell closures. This is the motivation for the work performed in this thesis: the measurement and analysis of nuclear ground state properties of the isotopic chain of 100−130Cd by collinear laser spectroscopy.rnrnThe experiment was conducted at ISOLDE/CERN using the collinear laser spectroscopy apparatus COLLAPS. This experiment is the continuation of a run on neutral atomic cadmium from A = 106 to A = 126 and extends the measured isotopes to even more exotic species. The required gain in sensitivity is mainly achieved by using a radiofrequency cooler and buncher for background reduction and by using the strong 5s 2S1/2 → 5p 2P3/2 transition in singly ionized Cd. The latter requires a continuous wave laser system with a wavelength of 214.6 nm, which has been developed during this thesis. Fourth harmonic generation of an infrared titanium sapphire laser is achieved by two subsequent cavity-enhanced second harmonic generations, leading to the production of deep-UV laser light up to about 100 mW.rnrnThe acquired data of the Z = 48 Cd isotopes, having one proton pair less than the Z = 50 shell closure at tin, covers the isotopes from N = 52 up to N = 82 and therefore almost the complete region between the neutron shell closures N = 50 and N = 82. The isotope shifts and the hyperfine structures of these isotopes have been recorded and the magnetic dipole moments, the electric quadrupole moments, spins and changes in mean square charge radii are extracted. The obtained data reveal among other features an extremely linear behaviour of the quadrupole moments of the I = 11/2− isomeric states and a parabolic development in differences in mean square nuclear charge radii between ground and isomeric state. The development of charge radii between the shell closures is smooth, exposes a regular odd-even staggering and can be described and interpreted in the model of Zamick and Thalmi.

Fully Automatic Segmentation of Brain Tumor Images using Support Vector Machine Classiffication in Combination with Hierarchical Conditional Random Field Regularization

Delineating brain tumor boundaries from magnetic resonance images is an essential task for the analysis of brain cancer. We propose a fully automatic method for brain tissue segmentation, which combines Support Vector Machine classification using multispectral intensities and textures with subsequent hierarchical regularization based on Conditional Random Fields. The CRF regularization introduces spatial constraints to the powerful SVM classification, which assumes voxels to be independent from their neighbors. The approach first separates healthy and tumor tissue before both regions are subclassified into cerebrospinal fluid, white matter, gray matter and necrotic, active, edema region respectively in a novel hierarchical way. The hierarchical approach adds robustness and speed by allowing to apply different levels of regularization at different stages. The method is fast and tailored to standard clinical acquisition protocols. It was assessed on 10 multispectral patient datasets with results outperforming previous methods in terms of segmentation detail and computation times.

A transgenic model for conditional induction and rescue of portal hypertension reveals a role of VEGF-mediated regulation of sinusoidal fenestrations

Portal hypertension (PH) is a common complication and a leading cause of death in patients with chronic liver diseases. PH is underlined by structural and functional derangement of liver sinusoid vessels and its fenestrated endothelium. Because in most clinical settings PH is accompanied by parenchymal injury, it has been difficult to determine the precise role of microvascular perturbations in causing PH. Reasoning that Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) is required to maintain functional integrity of the hepatic microcirculation, we developed a transgenic mouse system for a liver-specific-, reversible VEGF inhibition. The system is based on conditional induction and de-induction of a VEGF decoy receptor that sequesters VEGF and preclude signaling. VEGF blockade results in sinusoidal endothelial cells (SECs) fenestrations closure and in accumulation and transformation of the normally quiescent hepatic stellate cells, i.e. provoking the two processes underlying sinusoidal capillarization. Importantly, sinusoidal capillarization was sufficient to cause PH and its typical sequela, ascites, splenomegaly and venous collateralization without inflicting parenchymal damage or fibrosis. Remarkably, these dramatic phenotypes were fully reversed within few days from lifting-off VEGF blockade and resultant re-opening of SECs' fenestrations. This study not only uncovered an indispensible role for VEGF in maintaining structure and function of mature SECs, but also highlights the vasculo-centric nature of PH pathogenesis. Unprecedented ability to rescue PH and its secondary manifestations via manipulating a single vascular factor may also be harnessed for examining the potential utility of de-capillarization treatment modalities.

Predicting future risk of asthma exacerbations using individual conditional probabilities

Determination of future risk of exacerbations is a key issue in the management of asthma. We previously developed a method to calculate conditional probabilities (π) of future decreases in lung function by using the daily fluctuations in peak expiratory flow (PEF).

Dephosphorylation of p-ERK1/2 in relation to tumor remission after HER-2 and Raf1 blocking therapy in a conditional mouse tumor model

Several studies have shown that HER-2/neu (erbB-2) blocking therapy strategies can cause tumor remission. However, the responsible molecular mechanisms are not yet known. Both ERK1/2 and Akt/PKB are critical for HER-2-mediated signal transduction. Therefore, we used a mouse tumor model that allows downregulation of HER-2 in tumor tissue by administration of anhydrotetracycline (ATc). Switching-off HER-2 caused a rapid tumor remission by more than 95% within 7 d of ATc administration compared to the volume before switching-off HER-2. Interestingly, HER-2 downregulation caused a dephosphorylation of p-ERK1/2 by more than 80% already before tumor remission occurred. Levels of total ERK protein were not influenced. In contrast, dephosphorylation of p-Akt occurred later, when the tumor was already in remission. These data suggest that in our HER-2 tumor model dephosphorylation of p-ERK1/2 may be more critical for tumor remission than dephosphorylation of p-Akt. To test this hypothesis we used a second mouse tumor model that allows ATc controlled expression of BXB-Raf1 because the latter constitutively signals to ERK1/2, but cannot activate Akt/PKB. As expected, downregulation of BXB-Raf1 in tumor tissue caused a strong dephosphorylation of p-ERK1/2, but did not decrease levels of p-Akt. Interestingly, tumor remission after switching-off BXB-Raf1 was similarly efficient as the effect of HER-2 downregulation, despite the lack of p-Akt dephosphorylation. In conclusion, two lines of evidence strongly suggest that dephosphorylation of p-ERK1/2 and not that of p-Akt is critical for the rapid tumor remission after downregulation of HER-2 or BXB-Raf1 in our tumor model: (i) dephosphorylation of p-ERK1/2 but not that of p-Akt precedes tumor remission after switching-off HER-2 and (ii) downregulation of BXB-Raf1 leads to a similarly efficient tumor remission as downregulation of HER-2, although no p-Akt dephosphorylation was observed after switching-off BXB-Raf1.