Expressions- und Funktionsanalysen von "Tetraspan Vesicle Membrane Proteins" in Caenorhabditis elegans

Tetraspan vesicle membrane proteins (TVPs) sind ubiquitäre Komponenten von Transportvesikeln. Bei den Säugetieren unterscheidet man drei Familien, die Physine, Gyrine und SCAMPs (secretory carrier-associated membrane proteins). Ihre Funktion ist weitgehend unbekannt, es wird jedoch vermutet, dass sie eine Rolle bei der Vesikelbildung und der Vesikelrezirkulierung spielen. In Caenorhabditis elegans existiert von jeder Familie jeweils nur ein einziges Polypeptid: für die Physine Synaptophysin (SPH-1), für die Gyrine Synaptogyrin (SNG-1) und für die SCAMPs SCAMP (SCM-1). Ziel der Arbeit war es die Verteilung der C. elegans TVPs zu untersuchen und ihre Funktion unter besonderer Berücksichtigung der vesikelvermittelten synaptischen Kopplung zu bestimmen. Wenn die C. elegans TVPs in humanen Epithelzellen synthetisiert werden, lokalisieren sie in zytoplasmatischen Vesikeln. In Kotransfektionsexperimenten wurde gezeigt, dass sie größtenteils in den gleichen Strukturen enthalten sind. In C. elegans synthetisierte TVP-Reporterkonstrukte können in unterschiedlichen Geweben nachgewiesen werden. Dabei ist SNG-1 fast ausschließlich in Neuronen zu finden. SPH-1 und SCM-1 hingegen weisen komplexe und teilweise überlappende Verteilungsmuster auf. Während für SPH-1 eine starke Fluoreszenz im Pharynx, auf der apikalen Seite der Darmzellen oberhalb des sog. terminal webs und in adluminalen Regionen von exkretorischen Geweben gefunden wurde, war SCM-1 stark in der Muskulatur und den Coelomozyten vertreten. Die Expression von SCM-1 in Pharynx und Darm war deutlich schwächer. Die C. elegans TVPs werden früh in der Entwicklung ab der Gastrulation (SPH-1 und SCM-1) bzw. ab der Neurulation im sog. Komma-Stadium (SNG-1) produziert. Um die Funktion der TVPs in C. elegans zu untersuchen, wurden TVP-Mutanten analysiert. Durch Kombination aller drei TVP-Gen-Mutanten wurden TVP-Dreifachmutanten generiert. Diese wiesen keinen offensichtlichen Defekt im Bewegungsmuster auf, entwickelten sich normal und bildeten ein normales Nervensystem aus. Auch auf unterschiedliche chemische und physikalische Reize in sensorischen Tests reagierten die TVP-Dreifachmutanten in gleicher Weise wie Wildtyptiere. Ebenso zeigen die TVP-Dreifachmutanten elektrophysiologisch unter normalen Bedingungen keine anormalen Reaktionsmuster. In ultrastrukturellen Untersuchungen wurde lediglich eine signifikant erhöhte Anzahl Clathrin-ummantelter Vesikel in cholinergen Synapsen gefunden. Erst unter Stressbedingungen, hervorgerufen durch den GABA-Antagonisten Pentylentetrazol (PTZ), wiesen sowohl die TVP-Dreifach- als auch die TVP-Einzelmutanten eine deutlich erhöhte Krampfbereitschaft auf. Zusammengenommen zeigen die Analysen, dass TVPs zwar für grundlegende neuronale Prozesse nicht notwendig sind, dass sie aber auf der anderen Seite vermutlich an alternativen redundanten Wegen der Neurotransmitterfreisetzung beteiligt sind.

Intrazelluläre Lokalisation und synaptische Ausschüttung der Neurotrophine in hippokampalen Neuronen und die Bedeutung von BDNF bei hippokampaler synaptischer Plastizität

Die Mitglieder der Neurotrophin-Familie (NGF, BDNF, NT-3 und NT-4) sind sekretierte Neuropeptide, die eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung von Nervenzellen und bei der Modulation der synaptischen Transmission spielen. Wenngleich eine aktivitätsabhängige Sekretion von BDNF bereits gezeigt werden konnte, wurden die subzelluläre Expression und die Ausschüttung der anderen Neurotrophine bislang nur unzureichend charakterisiert. Um die Expression und die Ausschüttung aller Neurotrophine unter identischen Bedingungen untersuchen zu können, wurde in der vorliegenden Arbeit das Expressionsmuster und die synaptische Ausschüttung GFP-markierter Neurotrophine in dissoziierten hippokampalen Neuronen mit Hilfe der konfokalen Fluoreszenz-Videomikroskopie zeitaufgelöst untersucht. Zwei Phänotypen konnten unterschieden werden: der distale vesikuläre Expressionstyp mit Neurotrophin-beinhaltenden Vesikeln in distalen Neuriten, und der proximale Expressionstyp mit einer diffusen Neurotrophin-Verteilung in den Neuriten und Neurotrophin-beinhaltenden Vesikeln im Soma des Neurons und in den proximalen Dendriten. Der distale vesikuläre Phänotyp entsprach einer Verteilung des entsprechenden Neurotrophins in die sekretorischen Granula des aktivitätsabhängigen Sekretionsweges, während der proximale Phänotyp den Transport eines Neurotrophins in den konstitutiven Sekretionsweg widerspiegelte. Alle Neurotrophine erreichten in hippokampalen Neuronen prinzipiell beide Sekretionswege. Jedoch gelangten BDNF und NT-3 mit einer größeren Effizienz in den regulierten Sekretionsweg als NT-4 und NGF (BDNF: in 98% aller Zellen, NT-3: 85%, NT-4: 23% und NGF: 46%). Neurotrophine besitzen, wie es für sekretorische Peptide üblich ist, eine Vorläufersequenz, die während der Reifung des Proteins proteolytisch abgespalten wird. Die Fusion dieser Präpro-Sequenz von BDNF mit der Sequenz des maturen NT-4 bewirkte einen effizienteren Transport von NT-4 in die sekretorischen Granula des regulierten Sekretionsweges, und zeigte die große Bedeutung der Präpro-Sequenz für das zelluläre Verteilungsmuster von Neurotrophinen. In Neuronen, in denen die Neurotrophine in den regulierten Sekretionsweg transportiert wurden, konnte eine aktivitätsabhängige Sekretion der Neurotrophine an postsynaptische Strukturen glutamaterger Synapsen beobachtet werden. Die aktivitätsabhängige postsynaptische Ausschüttung der Neurotrophine zeigte eine Heterogenität in der Kinetik der Sekretion (exponentieller Abfall des Neurotrophin-Signals mit Zeitkonstanten von tau = 121 bis 307s). Die Präinkubtion mit dem Protonen-Ionophor Monensin, welcher die Neutralisation des intragranulären pH-Wertes und somit die Solubilisierung der dicht gepackten Proteinstrukturen in den Vesikeln erzwingt, erhöhte die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung auf den Wert des unter physiologischen Bedingungen schnellsten Neurotrophins NT-4. Dennoch blieb die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung im Vergleich zur Neurotransmitter-Ausschüttung langsam (tau = 13 ± 2 s). Diese Daten belegen eindeutig, dass die Neutralisation der sekretorischen Granula die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung kritisch determiniert und die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung im Vergleich zur konventionellen Neurotransmitter-Ausschüttung langsam erfolgt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass das Neurotrophin BDNF effizient in distale vesikuläre Strukturen von CA1 Pyramidenzellen organotypischer Schnittkulturen des Hippokampus sortiert wird. Die basalen elektrischen Eigenschaften von CA1 Pyramidenzellen BDNF-defizienter Mäuse sind vergleichbar zu den Eigenschaften von Wildtyp Mäusen. Sowohl das Eigenpotential der CA1 Pyramidenzellen, die Form der Aktionspotentiale als auch die evozierten Antworten der CA1 Pyramdenzellen auf eine gepaarte präsynaptische Stimulation der Schaffer-Kollateralen zeigten bei BDNF-/- -, BDNF+/- - und BDNF+/+ -Mäusen keine signifikanten Unterschiede. Die Fähigkeit der CA1 Pyramidenzellen auf eine hochfrequente Reizung mit einer Langzeitpotenzierung (LTP) der postsynaptischen Ströme zu reagieren ist jedoch bei den BDNF-defizienten Mäusen beinträchtigt. Eine verminderte Induktion von LTP war in den BDNF-defizienten Mäusen nach tetanischer Stimulation der präsynaptischen Schaffer-Kollateralen und simultaner postsynaptischer Depolarisation der CA1 Pyramidenzelle zu beobachten.

Expression der pronozizeptiven Vanilloidrezeptoren TRPV1 und TRPV2 und des antinozizeptiven Cannabinoidrezeptors CB1 in Spinalganglienneuronen der Ratte

Nozizeptive Spinalganglienneurone detektieren mit einer Vielzahl liganden- und spannungsgesteuerter Ionenkanäle noxische Reize, d.h. Reize, die eine Gewebeschädigung bewirken können, wandeln sie in Aktionspotenzialentladungen um und leiten sie über das Rückenmark zum Gehirn weiter, wo eine Schmerzempfindung ausgelöst wird. Die pronozizeptiven transienten Rezeptor-Potenzial-Kanäle der Vanilloidrezeptorfamilie, TRPV1 und TRPV2, sind die klassischen Transduktionsmoleküle für noxische Hitzereize in den Spinalganglien und werden von Reiztemperaturen über 43°C bzw. 52°C aktiviert. Daneben finden sich auch antinozizeptive Membranproteine, wie z.B. der metabotrope Cannabinoidrezeptor CB1. Er koppelt an spannungsgesteuerte Kaliumkanäle, die neben Natrium- und Kalziumkanälen ebenfalls an der neuronalen Erregbarkeit beteiligt sind. Von den spannungsgesteuerten Kaliumkanälen könnte der Kv1.4, der einen schnell inaktivierenden A-Strom vermittelt, an antinozizeptiven Signalwegen beteiligt sein. Um die molekulare Physiologie der Regulation von Nozizeption und Antinozizeption zu charakterisieren, wurde die Expression bzw. Ko-Expression dieser Membranproteine auf der einen als auch die funktionelle Charakterisierung von TRPV1 auf der anderen Seite im Soma der Spinalganglienneurone und im heterologen Expressionssystem untersucht. TRPV1 wurde in je einem Drittel und TRPV2 in je einem Zehntel aller Spinalganglienneurone nachgewiesen. Das Expressionsmuster veränderte sich nicht zwischen verschiedenen Präparationsmethoden, die zur Aufarbeitung der Zellen für unterschiedliche experimentelle Ansätze notwendig sind. Somit können die aus Expressionsanalysen und funktionellen Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse miteinander verglichen werden. Obwohl TRPV1 und TRPV2 in unterschiedlich großen Zellen exprimiert werden, überlappen dennoch ihre Größenverteilungen. Durch Ko-Expressionsanalysen konnten hier erstmalig TRPV1-TRPV2-ko-exprimierende Neurone detektiert werden. Mit dem neu entwickelten N-terminalen Antikörper gegen TRPV1 (3C11) konnte gezeigt werden, dass für TRPV1 verschiedene Splice-Varianten existieren. Neben den bereits bekannten Splice-Varianten wurde hier die neue Variante Vr.3’sv isoliert. Diese besitzt zwischen Exon 15 und 16 eine Insertion aus 104 Basen und exprimiert daher einen veränderten C-Terminus. Trotz dieser Veränderung bildeten sich im heterologen Expressionssystem funktionelle Kanäle aus, die im Gegensatz zu den anderen Varianten immer noch durch Capsaicin aktivierbar waren. Vr.3’sv könnte als Homo- oder Heterotetramer die Eigenschaften TRPV1-positiver Neurone beeinflussen. Bei der Bestimmung der Häufigkeit von TRPV1 in einem Gewebe ist somit die Wahl des Antikörpers von entscheidender Bedeutung. Für TRPV2 dagegen gibt es hier keine Hinweise auf Splice-Varianten. TRPV1 wird durch das Vanilloid Capsaicin aktiviert, wobei diese Substanz neurotoxisch ist und eine Degeneration von Neuronen und epidermalen Nervenfasern bewirkt. Hier wurde nun gezeigt, dass unabhängig von den Splice-Varianten nicht alle TRPV1-positiven Neurone bei langer Inkubationszeit absterben. Funktionelle Untersuchungen belegten, dass auch Capsaicin-sensitive Zellen unter dem Einfluss des Agonisten überleben können. Dieser Schutzmechanismus wird möglicherweise von den verschiedenen Splice-Varianten vermittelt. Ko-Expressionsanalysen zeigten, dass der spannungsgesteuerte Kaliumkanal Kv1.4 in nahezu allen TRPV1- aber nicht TRPV2-positiven Neuronen exprimiert wird. Desweiteren ko-exprimierten nahezu alle TRPV1-positiven Neurone auch den Cannabinoidrezeptor CB1. Diese fast vollständige Ko-Lokalisation von CB1 und Kv1.4 in nozizeptiven Spinalganglienneuronen spricht für eine funktionell synergistische Aktivität. Der Kaliumkanal kann unter der regulativen Kontrolle von CB1 als Vermittler von A-Typ-Kaliumströmen an der Kontrolle der repetitiven Entladungen in der Peripherie und der Transmitterausschüttung zentral beteiligt sein. Es ergeben sich daraus Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Medikamente. Mit Kv1.4-Aktivatoren und/oder peripher wirkenden Cannabinoiden könnten die Nebenwirkungen der Cannabinoide im zentralen Nervensystem umgangen werden.

Le collocazioni in traduzione e interpretazione tra italiano e francese: Uno studio su eptic_01_2011

This dissertation aims at investigating differences in phraseological patterns in translated and interpreted language, on the basis of the intermodal corpus EPTIC_01_2011 and focusing on Italian and French. First of all, an overview is offered of the main studies and theories about corpus linguistics and collocations: the notion of corpus is defined and a typology (focusing on intermodal corpora) is presented, before moving on to the linguistic phenomenon of collocation and its investigation through corpus linguistics methods. Second, the general structure of EPTIC_01_2011 is presented, including the ways in which its texts have been assembled, edited through ad hoc conventions and enriched with metadata. The methodology proposed by Durrant and Schmitt (2009), slightly edited to fit the present study, has been used to extract and compare noun+adjective/adjective+noun bigrams from a quantitative point of view. A subset of these data have then been extracted and analysed manually. The results of the study are presented through graphs and examples, with an in-depth discussion of the bigrams considered. Lastly, the data collected are analysed and categorised in terms of shifts occurring in translation and in interpreting, potential causes are discussed and ideas for further research and for the development of the EPTIC corpus are sketched.

Le collocazioni in traduzione e interpretazione tra italiano e inglese: Uno studio su eptic_01_2011

The aim of this dissertation is to investigate the differences in the phraseological patterns used by Italian and English translators and interpreters through the intermodal corpus EPTIC_01_2011. First, the most important studies and theories about corpus linguistics and collocations are introduced. After defining the notion of “corpus”, the different types of corpora are categorised, giving particular attention to the intermodal one. Then the dissertation focuses on a description of collocations, as defined by the main linguistics scholars, and it describes some attempts to apply corpus linguistics to the study of collocations. Secondly, EPTIC_01_2011 is presented, with a description of its structure and of the text editing process carried out applying specific editing conventions and adding a set of metadata before each text. The analysis of collocation candidate bigrams (adjective+noun/noun+adjective) from a quantitative point of view, was conducted applying a methodology adapted from Durrant and Schmitt (2009). Qualitative analysis was also performed on a subsection of the data. The results of the study are presented through examples and graphs, giving particular attention to the interpretation of the data analysed from a qualitative perspective. Finally, results are summarised and categorised, and suggestions are made concerning the diverging choices made in translation and interpreting. The final section concentrates on further studies that could be carried out in the future, as well as on suggestions for corpus enlargement.

Targeting neuronal populations by AAV-mediated gene transfer for studying the endocannabinoid system

The cannabinoid type 1 (CB1) receptor is involved in a plethora of physiological functions and heterogeneously expressed on different neuronal populations. Several conditional loss-of-function studies revealed distinct effects of CB1 receptor signaling on glutamatergic and GABAergic neurons, respectively. To gain a comprehensive picture of CB1 receptor-mediated effects, the present study aimed at developing a gain-of-function approach, which complements conditional loss-of-function studies. Therefore, adeno-associated virus (AAV)-mediated gene delivery and Cre-mediated recombination were combined to recreate an innovative method, which ensures region- and cell type-specific transgene expression in the brain. This method was used to overexpress the CB1 receptor in glutamatergic pyramidal neurons of the mouse hippocampus. Enhanced CB1 receptor activity at glutamatergic terminals caused impairment in hippocampus-dependent memory performance. On the other hand, elevated CB1 receptor levels provoked an increased protection against kainic acid-induced seizures and against excitotoxic neuronal cell death. This finding indicates the protective role of CB1 receptor on hippocampal glutamatergic terminals as a molecular stout guard in controlling excessive neuronal network activity. Hence, CB1 receptor on glutamatergic hippocampal neurons may represent a target for novel agents to restrain excitotoxic events and to treat neurodegenerative diseases. Endocannabinoid synthesizing and degrading enzymes tightly regulate endocannabinoid signaling, and thus, represent a promising therapeutic target. To further elucidate the precise function of the 2-AG degrading enzyme monoacylglycerol lipase (MAGL), MAGL was overexpressed specifically in hippocampal pyramidal neurons. This genetic modification resulted in highly increased MAGL activity accompanied by a 50 % decrease in 2-AG levels without affecting the content of arachidonic acid and anandamide. Elevated MAGL protein levels at glutamatergic terminals eliminated depolarization-induced suppression of excitation (DSE), while depolarization-induced suppression of inhibition (DSI) was unchanged. This result indicates that the on-demand availability of the endocannabinoid 2-AG is crucial for short-term plasticity at glutamatergic synapses in the hippocampus. Mice overexpressing MAGL exhibited elevated corticosterone levels under basal conditions and an increase in anxiety-like behavior, but surprisingly, showed no changes in aversive memory formation and in seizure susceptibility. This finding suggests that 2 AG-mediated hippocampal DSE is essential for adapting to aversive situations, but is not required to form aversive memory and to protect against kainic acid-induced seizures. Thus, specific inhibition of MAGL expressed in hippocampal pyramidal neurons may represent a potential treatment strategy for anxiety and stress disorders. Finally, the method of AAV-mediated cell type-specific transgene expression was advanced to allow drug-inducible and reversible transgene expression. Therefore, elements of the tetracycline-controlled gene expression system were incorporated in our “conditional” AAV vector. This approach showed that transgene expression is switched on after drug application and that background activity in the uninduced state was only detectable in scattered cells of the hippocampus. Thus, this AAV vector will proof useful for future research applications and gene therapy approaches.

Distribution of muscarinic receptor subtypes and interstitial cells of Cajal in the gastrointestinal tract of healthy dairy cows

OBJECTIVE: To describe the distribution of muscarinic receptor subtypes M(1) to M(5) and interstitial cells of Cajal (ICCs) in the gastrointestinal tract of healthy dairy cows. SAMPLE POPULATION: Full-thickness samples were collected from the fundus, corpus, and pyloric part of the abomasum and from the duodenum, ileum, cecum, proximal loop of the ascending colon, and both external loops of the spiral colon of 5 healthy dairy cows after slaughter. PROCEDURES: Samples were fixed in paraformaldehyde and embedded in paraffin. Muscarinic receptor subtypes and ICCs were identified by immunohistochemical analysis. RESULTS: Staining for M(1) receptors was found in the submucosal plexus and myenteric plexus. Antibodies against M(2) receptors stained nuclei of smooth muscle cells only. Evidence of M(3) receptors was found in the lamina propria, in intramuscular neuronal terminals, on intermuscular nerve fibers, and on myocytes of microvessels. There was no staining for M(4) receptors. Staining for M(5) receptors was evident in the myocytes of microvessels and in smooth muscle cells. The ICCs were detected in the myenteric plexus and within smooth muscle layers. Distribution among locations of the bovine gastrointestinal tract did not differ for muscarinic receptor subtypes or ICCs. CONCLUSIONS AND CLINICAL RELEVANCE: The broad distribution of M(1), M(3), M(5), and ICCs in the bovine gastrointestinal tract indicated that these components are likely to play an important role in the regulation of gastrointestinal tract motility in healthy dairy cows. Muscarinic receptors and ICCs may be implicated in the pathogenesis of motility disorders, such as abomasal displacement and cecal dilatation-dislocation.

Spastin in the human and mouse central nervous system with special reference to its expression in the hippocampus of mouse pilocarpine model of status epilepticus and temporal lobe epilepsy

In the present in situ hybridization and immunocytochemical studies in the mouse central nervous system (CNS), a strong expression of spastin mRNA and protein was found in Purkinje cells and dentate nucleus in the cerebellum, in hippocampal principal cells and hilar neurons, in amygdala, substantia nigra, striatum, in the motor nuclei of the cranial nerves and in different layers of the cerebral cortex except piriform and entorhinal cortices where only neurons in layer II were strongly stained. Spastin protein and mRNA were weakly expressed in most of the thalamic nuclei. In selected human brain regions such as the cerebral cortex, cerebellum, hippocampus, amygdala, substania nigra and striatum, similar results were obtained. Electron microscopy showed spastin immunopositive staining in the cytoplasma, dendrites, axon terminals and nucleus. In the mouse pilocarpine model of status epilepticus and subsequent temporal lobe epilepsy, spastin expression disappeared in hilar neurons as early as at 2h during pilocarpine induced status epilepticus, and never recovered. At 7 days and 2 months after pilocarpine induced status epilepticus, spastin expression was down-regulated in granule cells in the dentate gyrus, but induced expression was found in reactive astrocytes. The demonstration of widespread distribution of spastin in functionally different brain regions in the present study may provide neuroanatomical basis to explain why different neurological, psychological disorders and cognitive impairment occur in patients with spastin mutation. Down-regulation or loss of spastin expression in hilar neurons may be related to their degeneration and may therefore initiate epileptogenetic events, leading to temporal lobe epilepsy.

New ways of looking at synapses

Current concepts of synaptic fine-structure are derived from electron microscopic studies of tissue fixed by chemical fixation using aldehydes. However, chemical fixation with glutaraldehyde and paraformaldehyde and subsequent dehydration in ethanol result in uncontrolled tissue shrinkage. While electron microscopy allows for the unequivocal identification of synaptic contacts, it cannot be used for real-time analysis of structural changes at synapses. For the latter purpose advanced fluorescence microscopy techniques are to be applied which, however, do not allow for the identification of synaptic contacts. Here, two approaches are described that may overcome, at least in part, some of these drawbacks in the study of synapses. By focusing on a characteristic, easily identifiable synapse, the mossy fiber synapse in the hippocampus, we first describe high-pressure freezing of fresh tissue as a method that may be applied to study subtle changes in synaptic ultrastructure associated with functional synaptic plasticity. Next, we propose to label presynaptic mossy fiber terminals and postsynaptic complex spines on CA3 pyramidal neurons by different fluorescent dyes to allow for the real-time monitoring of these synapses in living tissue over extended periods of time. We expect these approaches to lead to new insights into the structure and function of central synapses.

AN ASSESSMENT OF BALLAST SOURCE'S QUALITY AND LOCATIONS WITH RESPECT TO MDOT'S UPGRADE OF THE WOLVERINE RAILROAD LINE FOR HIGH SPEED RAIL USEAGE

The Michigan Department of Transportation is evaluating upgrading their portion of the Wolverine Line between Chicago and Detroit to accommodate high speed rail. This will entail upgrading the track to allow trains to run at speeds in excess of 110 miles per hour (mph). An important component of this upgrade will be to assess the requirement for ballast material for high speed rail. In the event that the existing ballast materials do not meet specifications for higher speed train, additional ballast will be required. The purpose of this study, therefore, is to investigate the current MDOT railroad ballast quality specifications and compare them to both the national and international specifications for use on high speed rail lines. The study found that while MDOT has quality specifications for railroad ballast it does not have any for high speed rail. In addition, the American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association (AREMA), while also having specifications for railroad ballast, does not have specific specifications for high speed rail lines. The AREMA aggregate specifications for ballast include the following tests: (1) LA Abrasion, (2) Percent Moisture Absorption, (3) Flat and Elongated Particles, (4) Sulfate Soundness test. Internationally, some countries do require a highly standard for high speed rail such as the Los Angeles (LA) Abrasion test, which is uses a higher standard performance and the Micro Duval test, which is used to determine the maximum speed that a high speed can operate at. Since there are no existing MDOT ballast specification for high speed rail, it is assumed that aggregate ballast specifications for the Wolverine Line will use the higher international specifications. The Wolverine line, however, is located in southern Michigan is a region of sedimentary rocks which generally do not meet the existing MDOT ballast specifications. The investigation found that there were only 12 quarries in the Michigan that meet the MDOT specification. Of these 12 quarries, six were igneous or metamorphic rock quarries, while six were carbonate quarries. Of the six carbonate quarries four were locate in the Lower Peninsula and two in the Upper Peninsula. Two of the carbonate quarries were located in near proximity to the Wolverine Line, while the remaining quarries were at a significant haulage distance. In either case, the cost of haulage becomes an important consideration. In this regard, four of the quarries were located with lake terminals allowing water transportation to down state ports. The Upper Peninsula also has a significant amount of metal based mining in both igneous and metamorphic rock that generate significant amount of waste rock that could be used as a ballast material. The main drawback, however, is the distance to the Wolverine rail line. One potential source is the Cliffs Natural Resources that operates two large surface mines in the Marquette area with rail and water transportation to both Lake Superior and Lake Michigan. Both mines mine rock with a very high compressive strength far in excess of most ballast materials used in the United States and would make an excellent ballast materials. Discussions with Cliffs, however, indicated that due to environmental concerns that they would most likely not be interested in producing a ballast material. In the United States carbonate aggregates, while used for ballast, many times don't meet the ballast specifications in addition to the problem of particle degradation that can lead to fouling and cementation issues. Thus, many carbonate aggregate quarries in close proximity to railroads are not used. Since Michigan has a significant amount of carbonate quarries, the research also investigated using the dynamic properties of aggregate as a possible additional test for aggregate ballast quality. The dynamic strength of a material can be assessed using a split Hopkinson Pressure Bar (SHPB). The SHPB has been traditionally used to assess the dynamic properties of metal but over the past 20 years it is now being used to assess the dynamic properties of brittle materials such as ceramics and rock. In addition, the wear properties of metals have been related to their dynamic properties. Wear or breakdown of railroad ballast materials is one of the main problems with ballast material due to the dynamic loading generated by trains and which will be significantly higher for high speed rails. Previous research has indicated that the Port Inland quarry along Lake Michigan in the Southern Upper Peninsula has significant dynamic properties that might make it potentially useable as an aggregate for high speed rail. The dynamic strength testing conducted in this research indicate that the Port Inland limestone in fact has a dynamic strength close to igneous rocks and much higher than other carbonate rocks in the Great Lakes region. It is recommended that further research be conducted to investigate the Port Inland limestone as a high speed ballast material.

Development of room temperature operating single electron transistor using FIB etching and deposition technology

The single-electron transistor (SET) is one of the best candidates for future nano electronic circuits because of its ultralow power consumption, small size and unique functionality. SET devices operate on the principle of Coulomb blockade, which is more prominent at dimensions of a few nano meters. Typically, the SET device consists of two capacitively coupled ultra-small tunnel junctions with a nano island between them. In order to observe the Coulomb blockade effects in a SET device the charging energy of the device has to be greater that the thermal energy. This condition limits the operation of most of the existing SET devices to cryogenic temperatures. Room temperature operation of SET devices requires sub-10nm nano-islands due to the inverse dependence of charging energy on the radius of the conducting nano-island. Fabrication of sub-10nm structures using lithography processes is still a technological challenge. In the present investigation, Focused Ion Beam based etch and deposition technology is used to fabricate single electron transistors devices operating at room temperature. The SET device incorporates an array of tungsten nano-islands with an average diameter of 8nm. The fabricated devices are characterized at room temperature and clear Coulomb blockade and Coulomb oscillations are observed. An improvement in the resolution limitation of the FIB etching process is demonstrated by optimizing the thickness of the active layer. SET devices with structural and topological variation are developed to explore their impact on the behavior of the device. The threshold voltage of the device was minimized to ~500mV by minimizing the source-drain gap of the device to 17nm. Vertical source and drain terminals are fabricated to realize single-dot based SET device. A unique process flow is developed to fabricate Si dot based SET devices for better gate controllability in the device characteristic. The device vi parameters of the fabricated devices are extracted by using a conductance model. Finally, characteristic of these devices are validated with the simulated data from theoretical modeling.

Semi-Automated Creation of Converged iTV Services: From Macromedia Director Simulations to Services Ready for Broadcast

While sound and video may capture viewers' attention, interaction can captivate them. This has not been available prior to the advent of Digital Television. In fact, what lies at the heart of the Digital Television revolution is this new type of interactive content, offered in the form of interactive Television (iTV) services. On top of that, the new world of converged networks has created a demand for a new type of converged services on a range of mobile terminals (Tablet PCs, PDAs and mobile phones). This paper aims at presenting a new approach to service creation that allows for the semi-automatic translation of simulations and rapid prototypes created in the accessible desktop multimedia authoring package Macromedia Director into services ready for broadcast. This is achieved by a series of tools that de-skill and speed-up the process of creating digital TV user interfaces (UI) and applications for mobile terminals. The benefits of rapid prototyping are essential for the production of these new types of services, and are therefore discussed in the first section of this paper. In the following sections, an overview of the operation of content, service, creation and management sub-systems is presented, which illustrates why these tools compose an important and integral part of a system responsible of creating, delivering and managing converged broadcast and telecommunications services. The next section examines a number of metadata languages candidates for describing the iTV services user interface and the schema language adopted in this project. A detailed description of the operation of the two tools is provided to offer an insight of how they can be used to de-skill and speed-up the process of creating digital TV user interfaces and applications for mobile terminals. Finally, representative broadcast oriented and telecommunication oriented converged service components are also introduced, demonstrating how these tools have been used to generate different types of services.

Methods and Applications in Interactive Broadcasting

Interactive TV technology has been addressed in many previous works, but there is sparse research on the topic of interactive content broadcasting and how to support the production process. In this article, the interactive broadcasting process is broadly defined to include studio technology and digital TV applications at consumer set-top boxes. In particular, augmented reality studio technology employs smart-projectors as light sources and blends real scenes with interactive computer graphics that are controlled at end-user terminals. Moreover, TV producer-friendly multimedia authoring tools empower the development of novel TV formats. Finally, the support for user-contributed content raises the potential to revolutionize the hierarchical TV production process, by introducing the viewer as part of content delivery chain.

Größenentwicklung von Containerschiffen und Auswirkung auf die intermodale Transportkette

Gegenstand des vorliegenden Beitrages ist eine Methode zur Kosten- und Leistungsbewertung von Containerschiffen als Transportmittel des Hauptlaufes in intermodalen Transportketten für ISO-Container. Anlass bildet die permanente Größenentwicklung der Containerschiffe und die daraufhin ausgerichtete Infrastruktur- und Transportkettenentwicklung im Vor- und Nachlauf, die nicht risikofrei zu beurteilen ist. Mit der vorgestellten Methode wird deutlich, dass die Erfolgs- bzw. Misserfolgsfaktoren der Großcontainerschiffe fast nur noch in den Häfen und deren Hinterlandanbindungen zu suchen sind.

Effiziente, operative Torbelegung mittels kombinatorischer Auktionen

Das operative Torbelegungsproblem (TBP) z. B. an einem Distributions- oder Cross-dockingzentrum ist ein logistisches Problem, bei dem es gilt, an- und abfahrende Fahrzeuge zeitlich und räumlich so auf die Warenein- und -ausgangstore zu verteilen, dass eine mög-lichst kostengünstige Abfertigung ermöglicht wird. Bisherige Arbeiten, die sich mit dem TBP beschäftigen, lassen Aspekte der Kooperation außer Acht. Dieser Beitrag stellt ein Verfahren vor, durch das der Nachteil einseitig optimaler Torbelegungen überwunden werden kann. Dabei wird auf das Mittel der kombinatorischen Auktionen zurückgegriffen und das TBP als Allokationsproblem modelliert, bei dem Frachtführer um Bündel konsekutiver Einheitszeit-intervalle an den Toren konkurrieren. Mittels eines Vickrey-Clarke-Groves-Mechanismus wird einerseits die Anreizkompatibilität, andererseits die individuelle Rationalität des Auk-tionsverfahrens sichergestellt. Das Verfahren wurde in ILOG OPL Studio 3.6.1 implemen-tiert und die durch Testdaten gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass die Laufzeiten gering genug sind, um das Verfahren für die operative (kurzfristige) Planung einzusetzen und so transportlogistische Prozesse für alle Beteiligten wirtschaftlicher zu gestalten.