De Novo Design of secondary structures: Synthesis and conformational studies

Chemists have long sought to extrapolate the power of biological catalysis and recognition to synthetic systems. These efforts have focused largely on low molecular weight catalysts and receptors; however, biological systems themselves rely almost exclusively on polymers, proteins and RNA, to perform complex chemical functions. Proteins and RNA are unique in their ability to adopt compact, well-ordered conformations, and specific folding provides precise spatial orientation of the functional groups that comprise the “active site”. These features suggest that identification of new polymer backbones with discrete and predictable folding propensities (“foldamers”) will provide a basis for design of molecular machines with unique capabilities. The foldamer approach complements current efforts to design unnatural properties into polypeptides and polynucleotides. The aim of this thesis is the synthesis and conformational studies of new classes of foldamers, using a peptidomimetic approach. Moreover their attitude to be utilized as ionophores, catalysts, and nanobiomaterials were analyzed in solution and in the solid state. This thesis is divided in thematically chapters that are reported below. It begins with a very general introduction (page 4) which is useful, but not strictly necessary, to the expert reader. It is worth mentioning that paragraph I.3 (page 22) is the starting point of this work and paragraph I.5 (page 32) isrequired to better understand the results of chapters 4 and 5. In chapter 1 (page 39) is reported the synthesis and conformational analysis of a novel class of foldamers containing (S)-β3-homophenylglycine [(S)-β3-hPhg] and D- 4-carboxy-oxazolidin-2-one (D-Oxd) residues in alternate order is reported. The experimental conformational analysis performed in solution by IR, 1HNMR, and CD spectroscopy unambiguously proved that these oligomers fold into ordered structures with increasing sequence length. Theoretical calculations employing ab initio MO theory suggest a helix with 11-membered hydrogenbonded rings as the preferred secondary structure type. The novel structures enrich the field of peptidic foldamers and might be useful in the mimicry of native peptides. In chapter 2 cyclo-(L-Ala-D-Oxd)3 and cyclo-(L-Ala-DOxd) 4 were prepared in the liquid phase with good overall yields and were utilized for bivalent ions chelation (Ca2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+ and Hg2+); their chelation skill was analyzed with ESI-MS, CD and 1HNMR techniques and the best results were obtained with cyclo-(L-Ala-D-Oxd)3 and Mg2+ or Ca2+. Chapter 3 describes an application of oligopeptides as catalysts for aldol reactions. Paragraph 3.1 concerns the use of prolinamides as catalysts of the cross aldol addition of hydroxyacetone to aromatic aldeydes, whereas paragraphs 3.2 and 3.3 are about the catalyzed aldol addition of acetone to isatins. By means of DFT and AIM calculations, the steric and stereoelectronic effects that control the enantioselectivity in the cross-aldol addition of acetone to isatin catalysed by L-proline have been studied, also in the presence of small quantities of water. In chapter 4 is reported the synthesis and the analysis of a new fiber-like material, obtained from the selfaggregation of the dipeptide Boc-L-Phe-D-Oxd-OBn, which spontaneously forms uniform fibers consisting of parallel infinite linear chains arising from singleintermolecular N-H···O=C hydrogen bonds. This is the absolute borderline case of a parallel β-sheet structure. Longer oligomers of the same series with general formula Boc-(L-Phe-D-Oxd)n-OBn (where n = 2-5), are described in chapter 5. Their properties in solution and in the solid state were analyzed, in correlation with their attitude to form intramolecular hydrogen bond. In chapter 6 is reported the synthesis of imidazolidin-2- one-4-carboxylate and (tetrahydro)-pyrimidin-2-one-5- carboxylate, via an efficient modification of the Hofmann rearrangement. The reaction affords the desired compounds from protected asparagine or glutamine in good to high yield, using PhI(OAc)2 as source of iodine(III).

Selektiv deblockierbare 2,6-Diamino-2,6-didesoxy-D-glucose-Scaffolds für die kombinatorische Synthese potentieller RNA-Liganden

Aminoglydosid-Antibiotika wie Neomycin B oder Cyclopeptid-Antibiotike wie Viaomycin sind dafür bekannt, daß sie selektiv an RNA binden können. Diese Interaktionen beruhen sowohl auf elektrostatischen Wechselwirkungen als auch auf H-Brücken-Bindungen. Des weiteren ist die definierte räumliche Anordnung von Donor- und Akzeptor-Resten in den Strukturen der RNA-Liganden wichtig für die Affinität. Eine Möglichkeit natürliche RNA-Liganden zu imitieren ist der Einsatz polyfunktioneller Template wie zum Beispiel das 2,6-Diamino-2,6-didesoxy-D-glucose-Scaffold. Mit Hilfe dieser Scaffolds können dann verschiedene positv geladene Reste und Donatoren sowie Akzeptoren für H-Brücken-Bindungen oder auch Interkalatoren räumlich definiert präsentiert werden. Für die unabhängige Funktionalisierung einer jeden Position ist ein Satz orthogonal stabiler Schutzgruppen nötig, wobei eine Hydroxylguppe durch einen Anker ersetzt wird, der eine Anbindung des Scaffolds an einen polymeren Träger ermöglicht. Das neu entwickelte 2,6-Diamino-2,6-didesoxy-D-glucose-Scaffold ist das erste Monosaccharid-Templat, das in allen fünf Positionen mit orthogonal stabilen Schutzgruppen blockiert ist. Alle Positionen könne in beliebiger Reihenfolge selektiv deblockiert und anschließend derivatisiert werden. Das Scaffold kann mit Aminosäuren, Guanidinen oder Interkalatoren umgesetzt werden, um so natürlich vorkommende RNA-bindende Aminoglycoside oder Peptide zu imitieren. Aufbauend auf diesem Monosaccharid-Templat wurde eine Bibliothek von über 100 potentiellen RNA-Liganden synthetisiert, die im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 579 (RNA-Liganden-Wechselwirkungen) in Zellassays auf ihre Fähigkeit zur Hemmung der Tat/TAR-Wechselwirkung untersucht wurden, wobei bis jetzt 9 Verbindungen mit einer hemmenden Wirkung im micromolaren Bereich gefunden wurden.

Strukturbildung durch Selbstorganisation von Oligonukleotiden

Die DNA-Doppelhelix ist eine relativ dicke (Ø ≈ 2 nm), kompakte und dadurch auf kurzen Längenskalen relativ steife Verbindung (lp[dsDNA] ≈ 50-60 nm), mit einer klar definierten Struktur, die durch biologische Methoden sehr präzise manipuliert werden kann. Die Auswirkungen der primären Sequenz auf die dreidimensionale Strukturbildung ist gut verstanden und exakt vorhersagbar. Des Weiteren kann DNA an verschiedenen Stellen mit anderen Molekülen verknüpft werden, ohne dass ihre Selbsterkennung gestört wird. Durch die helikale Struktur besteht außerdem ein Zusammenhang zwischen der Lage und der räumlichen Orientierung von eingeführten Modifikationen. Durch moderne Syntheseverfahren lassen sich beliebige Oligonukleotidsequenzen im Bereich bis etwa 150-200 Basen relativ preiswert im Milligrammmaßstab herstellen. Diese Eigenschaften machen die DNA zu einem idealen Kandidaten zur Erzeugung komplexer Strukturen, die durch Selbsterkennung der entsprechenden Sequenzen gebildet werden. In der hier vorgelegten Arbeit wurden einzelsträngige DNA-Abschnitte (ssDNA) als adressierbare Verknüpfungsstellen eingesetzt, um verschiedene molekulare Bausteine zu diskreten nicht periodischen Strukturen zu verbinden. Als Bausteine dienten flexible synthetische Polymerblöcke und semiflexible Doppelstrang-DNA-Abschnitte (dsDNA), die an beiden Enden mit unterschiedlichen Oligonukleotidsequenzen „funktionalisiert“ sind. Die zur Verknüpfung genutzten Oligonukleotidabschnitte wurden so gewählt (n > 20 Basen), dass ihre Hybridisierung zu einer bei Raumtemperatur stabilen Doppelstrangbildung führt. Durch Kombination der Phosphoramiditsynthese von DNA mit einer festkörpergestützten Blockkopplungsreaktion konnte am Beispiel von Polyethylenoxiden ein sehr effektiver Syntheseweg zur Herstellung von ssDNA1-PEO-ssDNA2-Triblockcopolymeren entwickelt werden, der sich problemlos auf andere Polymere übertragen lassen sollte. Die Längen und Basenabfolgen der beiden Oligonukleotidsequenzen können dabei unabhängig voneinander frei gewählt werden. Somit wurden die Voraussetzungen geschaffen, um die Selbsterkennung von Oligonukleotiden durch Kombination verschiedener Triblockcopolymere zur Erzeugung von Multiblockcopolymeren zu nutzen, die mit klassischen Synthesetechniken nicht zugänglich sind. Semiflexible Strukturelemente lassen sich durch die Synthese von Doppelstrangfragmenten mit langen überstehenden Enden (sticky-ends) realisieren. Die klassischen Ansätze der molekularen Genetik zur Erzeugung von sticky-ends sind in diesem Fall nicht praktikabel, da sie zu Einschränkungen im Bezug auf Länge und Sequenz der überhängenden Enden führen. Als Methode der Wahl haben sich zwei verschiedene Varianten der Polymerase Kettenreaktion (PCR) erwiesen, die auf der Verwendung von teilkomplementären Primern beruhen. Die eigentlichen Primersequenzen wurden am 5´-Ende entweder über ein 2´-Desoxyuridin oder über einen kurzen Polyethylenoxid-Spacer (n = 6) mit einer frei wählbaren „sticky-end-Sequenz“ verknüpft. Mit diesen Methoden sind sowohl 3´- als auch 5´-Überhänge zugänglich und die Länge der Doppelstrangabschnitte kann über einen breiten Molmassenbereich sehr exakt eingestellt werden. Durch Kombination derartiger Doppelstrangfragmente mit den biosynthetischen Triblockcopolymeren lassen sich Strukturen erzeugen, die als Modellsysteme zur Untersuchung verschiedener Biomoleküle genutzt werden können, die in Form eines mehrfach gebrochenen Stäbchens vorliegen. Im letzten Abschnitt wurde gezeigt, dass durch geeignete Wahl der überstehenden Enden bzw. durch Hybridisierung der Doppelstrangfragmente mit passenden Oligonukleotiden verzweigte DNA-Strukturen mit Armlängen von einigen hundert Nanometern zugänglich sind. Im Vergleich zu den bisher veröffentlichten Methoden bietet diese Herangehensweise zwei entscheidende Vorteile: Zum einen konnte der Syntheseaufwand auf ein Minimum reduziert werden, zum anderen ist es auf diesem Weg möglich die Längen der einzelnen Arme, unabhängig voneinander, über einen breiten Molmassenbereich zu variieren.

Die Synthese eines Sialyl-Lewis X-Mimetikums als Baustein zur Herstellung von Glycopeptid-Zelladhäsionsinhibitoren für Selektine

Zelladhäsionsphänomene spielen eine wichtige Rolle in vielen biologischen Vorgängen, wie z. B. in der Embryogenese, der Wundheilung, der Immunantwort und Entzündungsprozessen. So wird die inflammatorische Kaskade durch P- und E-Selektin vermittelte Adhäsion der im Blutstrom zirkulierenden Leukozyten an Endothelzellen eingeleitet. Übermäßige Zelladhäsion kann hingegen eine Vielzahl von Krankheiten bewirken. Nachgewiesen ist eine solche Beteiligung der Selektine u. a. bei rheumatoider Arthritis, Erkrankungen der Herzkranzgefäße und dem Reperfusionssyndrom. Ein Ansatz zur Therapie besteht in der Verabreichung löslicher Selektinliganden, die kompetitiv an die Selektine binden und deren Aktivität dadurch mindern. Die wichtigste Leitstruktur für pharmakologisch aktive Selektinliganden stellt hierbei das Tetrasaccharid-Epitop Sialyl-Lewisx (sLex) dar.rnrnIn dieser Arbeit wurde nach einer nicht enzymatischen Strategie ein auf der sLex Struktur basierender Baustein für die Festphasen-Peptidsynthese synthetisiert. Aus diesem sollen nach Schutzgruppen-Manipulationen durch Einsatz in automatisierten Festphasen-Peptidsynthesen, verschiedene Glycopeptide als Zelladhäsionsinhibitoren für Selektine gewonnen werden. Der rasche Abbau der sLex-Struktur im Organismus schränkt die pharmakologische Nutzung von sLex-Derivaten jedoch stark ein. Das synthetisierte Kohlenhydrat Epitop weist daher gegenüber der natürlichen sLex-Struktur mehrere Modifikationen auf, die zu einer erhöhten metabolischen Stabilität führen sollen, ohne die für eine effektive Bindung zum Rezeptor nötigen Wechselwirkungen zu beeinträchtigen. rnrnAus diesem Grund wurde der synthetisch anspruchsvolle Sialinsäure-Baustein durch die L-Cyclohexylmilchsäure substituiert. Die Anbindung des Kohlenhydrat-Epitops an das Peptid wird im Gegensatz zur natürlichen N-glycosidischen Verknüpfung hier über eine zusätzliche Glucosamin-Einheit O-glycosidisch an die Aminosäure L-Threonin bewirkt. Außerdem wird der labile Fucose-Rest durch die D-Arabinose ersetzt, die nicht im menschlichen Organismus vorkommt, jedoch die drei essentiellen pharmakophoren Hydroxylfunktionen in der gleichen dreidimensionalen Orientierung präsentiert wie die L-Fucose.

3D-electron microscopy of different conformations of cephalopod hemocyanins

Die Hämocyanine der Cephalopoden Nautilus pompilius und Sepia officinalis sorgen für den Sauerstofftransport zwischen den Kiemen und den Geweben. Sie bestehen aus einem zylindrischen Dekamer mit interner Kragenstruktur. Während eine Untereinheit (also eine Polypeptidkette) bei NpH aus sieben paralogen funktionellen Domänen (FU-a bis FU-g) besteht, führte ein Genduplikationsereignis der FU-d zu acht FUs in SoH (a, b, c, d, d´, e, f, g). In allen Mollusken Hämocyaninen bilden sechs dieser FUs den äußeren Ring und die restlichen die interne Kragenstruktur. rnrnIn dieser Arbeit wurde ein dreidimensionales Modell des Hämocyanins von Sepia officinalis (SoH) erstellt. Die Rekonstruktion, mit einer Auflösung von 8,8Å (FSC=0,5), erlaubt das Einpassen von Homolologiemodellen und somit das Erstellen eines molekularen Modells mit pseudo atomarer Auflösung. Des Weiteren wurden zwei Rekonstruktionen des Hämocyanins von Nautilus pompilius (NpH) in verschiedenen Oxygenierungszuständen erstellt. Die auf 10 und 8,1Å aufgelösten Modelle zeigen zwei verschiedene Konformationen des Proteins. Daraus ließ sich eine Modellvorstellung über die allosterische Funktionsweise ableiten. Die hier erreichte Auflösung von 8Å ist die momentan höchste eines Molluskenhämocyanins. rnAuf Grundlage des molekularen Modells von SoH konnte die Topologie des Proteins aufgeklärt werden. Es wurde gezeigt, dass die zusätzliche FU-d´ in den Kragen integriert ist und somit die prinzipielle Wandarchitektur aller Mollusken Hämocyanine identisch ist. Wie die Analyse des erstellten molekularen Modells zeigt werden sind die beiden Isoformen (SoH1 und SoH2) in den Bereichen der Interfaces nahezu identisch; auch der Vergleich mit NpH zeigt grosse Übereinstimmungen. Des weiteren konnte eine Fülle von Informationen bezüglich der allosterischen Signalübertragung innerhalb des Moleküls gewonnen werden. rnDer Versuch, NpH in verschiedenen Oxygenierungszuständen zu zeigen, war erfolgreich. Die Datensätze, die unter zwei atmosphärischen Bedingungen präpariert wurden, führten reproduzierbar zu zwei unterschiedlichen Rekonstruktionen. Dies zeigt, daß der hier entwickelte experimentelle Ansatz funktioniert. Er kann nun routinemäßig auf andere Proteine angewandt werden. Wie der strukturelle Vergleich zeigte, verändert sich die Orientierung der FUs durch die Oxygenierung leicht. Dies wiederum beeinflusst die Anordnung innerhalb der Interfaces sowie die Abstände zwischen den beteiligten Aminosäuren. Aus dieser Analyse konnte eine Modellvorstellung zum allosterischen Signaltransfer innerhalb des Moleküls abgeleitet werden, die auf einer Umordnung von Salzbrücken basiert.

Essays in Applied and Labor Economics

This thesis consists of three self-contained papers. In the first paper I analyze the labor supply behavior of Bologna Pizza Delivery Vendors. Recent influential papers analyze labor supply behavior of taxi drivers (Camerer et al., 1997; and Crawford and Meng, 2011) and suggest that reference-dependence preferences have an important influence on drivers’ labor-supply decisions. Unlike previous papers, I am able to identify an exogenous and transitory change in labor demand. Using high frequency data on orders and rainfall as an exogenous demand shifter, I invariably find that reference-dependent preferences play no role in their labor’ supply decisions and the behavior of pizza vendors is perfectly consistent with the predictions of the standard model of labor’ supply. In the second paper, I investigate how the voting behavior of Members of Parliament is influenced by the Members seating nearby. By exploiting the random seating arrangements in the Icelandic Parliament, I show that being seated next to Members of a different party increases the probability of not being aligned with one’s own party. Using the exact spatial orientation of the peers, I provide evidence that supports the hypothesis that interaction is the main channel that explain these results. In the third paper, I provide an estimate of the trade flows that there would have been between the UK and Europe if the UK had joined the Euro. As an alternative approach to the standard log-linear gravity equation I employ the synthetic control method. I show that the aggregate trade flows between Britain and Europe would have been 13% higher if the UK had adopted the Euro.

Ein räumliches Orientierungsgedächtnis im Zentralkomplex von Drosophila melanogaster und die spezifische Rolle von ellipsoid-body-open

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Strukturmutationslinien von Drosophila melanogaster, grf und ebo, hinsichtlich ihres Lauf- und Orientierungsverhaltens im Buridanschen sowie im Detour-Paradigma untersucht. Als Kernthema der Arbeit entwickelte sich rasch die molekulare Analyse von ebo in Bezug auf das räumliche Orientierungsgedächtnis, da ebo-mutante Fliegen Letzteres nicht zeigen. Durch Wiederherstellen der EBO-Funktion kann der Verhaltensphänotyp der ebo-Mutante in jeder Ringneuronengruppe des Ellipsoidkörpers gerettet werden, jedoch nicht der Strukturdefekt. Zudem wird zur Ausbildung des Orientierungsgedächtnisses EBO nicht während der Entwicklung, sondern akut benötigt. Aufgrund der Tatsache, dass ebo für das nukleäre Protein Exportin6 codiert, und selbiges für den Export von Aktin-Profilin-Komplexen aus dem Zellkern verantwortlich ist (STÜVEN ET AL., 2003), zeigen ebo-Tiere nukleäre Aktin-Akkumulationen sowohl während der Entwicklung in Speicheldrüsen als auch im adulten Gehirn, was mittels Expression eines Actin::GFP-Fusionsproteins gezeigt wurde. Die genetischen Interaktionsexperimente zeigen, dass der anatomische Defekt von ebo durch eine reduzierte Aktin-Polymerisation erfolgt, für den Verhaltensphänotyp jedoch die Aktin-Anreicherung in den Zellkernen von Ringneuronen des Ellipsoidkörpers ursächlich ist. Die erstaunliche Redundanz der Ringneurone in Bezug auf die Rettung des Verhaltensphänotyps legt nahe, dass diffusible Faktoren eine wichtige Rolle für die Ausbildung eines Orientierungsgedächtnisses spielen. Bezüglich dieser Hypothese konnte nachgeweisen werden, dass durch FMRFamid-RNAi in R2- und R4-Ringneuronen des Ellipsoidkörpers das Orientierungsgedächtnis zerstört wird. Eine daraufhin durchgeführte Antikörperfärbung gegen pro-FMRFa in wildtypischen und ebo-mutanten Gehirnen ergab jedoch keine Verschiedenheit die Menge oder Lokalisation betreffend. Die bei ebo vorhandene Anreicherung von Aktin im Zellkern bewirkt, dass die Aktin-Monomere im Nucleus an den Cofaktor dMRTF (Mrtf) binden und diesen somit inaktivieren. Dadurch kann der Transkriptionsfaktor dSRF (bs) nicht mehr durch dMRTF aktiviert werden, was den Orientierungsgedächtnis-Verlust bewirkt. Da es jedoch unwahrscheinlich ist, dass ein Gedächtnis, welches nur wenige Sekunden andauert, von Transkriptionsregulation abhängt, könnte dSRF auch die Genexpression von Molekülen, die schnelle Veränderungen synaptischer Transmission der Ringneurone vermitteln, modulieren. Für die Zukunft wäre es demnach von enormer Bedeutung, weitere Zielgene von dSRF aufzuklären und zu analysieren.

Fine-tuning of substrate architecture and surface chemistry promotes muscle tissue development

Tissue engineering has been increasingly brought to the scientific spotlight in response to the tremendous demand for regeneration, restoration or substitution of skeletal or cardiac muscle after traumatic injury, tumour ablation or myocardial infarction. In vitro generation of a highly organized and contractile muscle tissue, however, crucially depends on an appropriate design of the cell culture substrate. The present work evaluated the impact of substrate properties, in particular morphology, chemical surface composition and mechanical properties, on muscle cell fate. To this end, aligned and randomly oriented micron (3.3±0.8 μm) or nano (237±98 nm) scaled fibrous poly(ε-caprolactone) non-wovens were processed by electrospinning. A nanometer-thick oxygen functional hydrocarbon coating was deposited by a radio frequency plasma process. C2C12 muscle cells were grown on pure and as-functionalized substrates and analysed for viability, proliferation, spatial orientation, differentiation and contractility. Cell orientation has been shown to depend strongly on substrate architecture, being most pronounced on micron-scaled parallel-oriented fibres. Oxygen functional hydrocarbons, representing stable, non-immunogenic surface groups, were identified as strong triggers for myotube differentiation. Accordingly, the highest myotube density (28±15% of total substrate area), sarcomeric striation and contractility were found on plasma-coated substrates. The current study highlights the manifold material characteristics to be addressed during the substrate design process and provides insight into processes to improve bio-interfaces.

Automated detection of the osseous acetabular rim using three-dimensional models of the pelvis

An automated algorithm for detection of the acetabular rim was developed. Accuracy of the algorithm was validated in a sawbone study and compared against manually conducted digitization attempts, which were established as the ground truth. The latter proved to be reliable and reproducible, demonstrated by almost perfect intra- and interobserver reliability. Validation of the automated algorithm showed no significant difference compared to the manually acquired data in terms of detected version and inclination. Automated detection of the acetabular rim contour and the spatial orientation of the acetabular opening plane can be accurately achieved with this algorithm.

An evaluation of sleep hypnotic and stimulant effect on human performance using a computerized psychological test battery

This study evaluated the administration-time-dependent effects of a stimulant (Dexedrine 5-mg), a sleep-inducer (Halcion 0.25-mg) and placebo (control) on human performance. The investigation was conducted on 12 diurnally active (0700-2300) male adults (23-38 yrs) using a double-blind, randomized sixway-crossover three-treatment, two-timepoint (0830 vs 2030) design. Performance tests were conducted hourly during sleepless 13-hour studies using a computer generated, controlled and scored multi-task cognitive performance assessment battery (PAB) developed at the Walter Reed Army Institute of Research. Specific tests were Simple and Choice Reaction Time, Serial Addition/Subtraction, Spatial Orientation, Logical Reasoning, Time Estimation, Response Timing and the Stanford Sleepiness Scale. The major index of performance was "Throughput", a combined measure of speed and accuracy.^ For the Placebo condition, Single and Group Cosinor Analysis documented circadian rhythms in cognitive performance for the majority of tests, both for individuals and for the group. Performance was best around 1830-2030 and most variable around 0530-0700 when sleepiness was greatest (0300).^ Morning Dexedrine dosing marginally enhanced performance an average of 3% with reference to the corresponding in time control level. Dexedrine AM also increased alertness by 10% over the AM control. Dexedrine PM failed to improve performance with reference to the corresponding PM control baseline. With regard to AM and PM Dexedrine administrations, AM performance was 6% better with subjects 25% more alert.^ Morning Halcion administration caused a 7% performance decrement and 16% increase in sleepiness and a 13% decrement and 10% increase in sleepiness when administered in the evening compared to corresponding in time control data. Performance was 9% worse and sleepiness 24% greater after evening versus morning Halcion administration.^ These results suggest that for evening Halcion dosing, the overnight sleep deprivation occurring in coincidence with the nadir in performance due to circadian rhythmicity together with the CNS depressant effects combine to produce performance degradation. For Dexedrine, morning administration resulted in only marginal performance enhancement; Dexedrine in the evening was less effective, suggesting the 5-mg dose level may be too low to counteract the partial sleep deprivation and nocturnal nadir in performance. ^

Estrategias gráficas arquitectónicas para el desarrollo de la capacidad espacial en población joven con síndrome de Down

La tesis conceptualiza la inteligencia espacial y su relación con las estrategias de dibujo de arquitectura para el desarrollo de las habilidades visoespaciales y orientación espacial de los jóvenes con síndrome de Down, utilizando un marco teórico seleccionado de la arquitectura, la neurociencia y la educación. Estas estrategias son diseñadas y adaptadas para innovar el ejercicio de la funcionalidad espacial en los jóvenes con discapacidad intelectual. Todo ello encaminado a proporcionar una mejor autonomía personal y la inclusión social, vinculada a su funcionalidad y la mejora de la percepción espacial de su entorno inmediato. Una de esas estrategias es el mapa o mapeo. Se selecciona el marco teórico entorno la experiencia de un estudio empírico de dibujo arquitectónico, llamado arquitecta, desarrollado con 25 jóvenes con discapacidad intelectual, y cuyos resultados proporcionan las observaciones finales de dos interesantes discusiones y las conclusiones de la tesis frente a dos hipótesis: Hipótesis 1_ La implementación de estrategias gráficas basadas en el dibujo arquitectónico es posible para la ejercitación de la capacidad de comprensión espacial en jóvenes con síndrome de Down. Hipótesis 2_ La capacidad de orientación espacial puede ser ejercitada mediante el mapeo en jóvenes con síndrome de Down. Ambos escenarios se demuestran con detalles metodológicos y de contenidos gráficos del estudio empírico que se valoran con nuevas pruebas gráficas adaptadas y diseñadas para ello. ABSTRACT The thesis conceptualizes spatial intelligence and its possible link with architectural drawing strategies for the development of visuospatial and spatial orientation abilities of young people with Down syndrome, using a selected theoretical frame of architecture, neuroscience and education. These strategies are designed and adapted as possible ways to innovate the exercise of the spatial functionality in youth with intellectual disabilities. All aimed to better personal autonomy and social inclusion, linked to their functionality and improved spatial awareness of their immediate environment. One such strategy is to map or mapping. This framework is selected around a practical research with a empirical study of architectural drawing, called ARQUITECTA, developed with 25 young people with intellectual disabilities, and its results provide the concluding remarks of two interesting discussions and the conclusions of the two hypotheses thesis: Hypothesis 1_The implementation of graphic strategies based on the architectural drawing is possible for exercing the capacity of spatial understanding in youth with Down syndrome. Hypothesis 2_The spatial capacity can be exercised by mapping in youth with Down syndrome. Both scenarios are demonstrated with methodological details and graphic contents of the empitical study that are valued with new adapted graphic tests.

Molecular characteristics of fibroblast growth factor–fibroblast growth factor receptor–heparin-like glycosaminoglycan complex

Fibroblast growth factor (FGF) family plays key roles in development, wound healing, and angiogenesis. Understanding of the molecular nature of interactions of FGFs with their receptors (FGFRs) has been seriously limited by the absence of structural information on FGFR or FGF–FGFR complex. In this study, based on an exhaustive analysis of the primary sequences of the FGF family, we determined that the residues that constitute the primary receptor-binding site of FGF-2 are conserved throughout the FGF family, whereas those of the secondary receptor binding site of FGF-2 are not. We propose that the FGF–FGFR interaction mediated by the ‘conserved’ primary site interactions is likely to be similar if not identical for the entire FGF family, whereas the ‘variable’ secondary sites, on both FGF as well as FGFR mediates specificity of a given FGF to a given FGFR isoform. Furthermore, as the pro-inflammatory cytokine interleukin 1 (IL-1) and FGF-2 share the same structural scaffold, we find that the spatial orientation of the primary receptor-binding site of FGF-2 coincides structurally with the IL-1β receptor-binding site when the two molecules are superimposed. The structural similarities between the IL-1 and the FGF system provided a framework to elucidate molecular principles of FGF–FGFR interactions. In the FGF–FGFR model proposed here, the two domains of a single FGFR wrap around a single FGF-2 molecule such that one domain of FGFR binds to the primary receptor-binding site of the FGF molecule, while the second domain of the same FGFR binds to the secondary receptor-binding site of the same FGF molecule. Finally, the proposed model is able to accommodate not only heparin-like glycosaminoglycan (HLGAG) interactions with FGF and FGFR but also FGF dimerization or oligomerization mediated by HLGAG.

Epidermal muscle attachment site-specific target gene expression and interference with myotube guidance in response to ectopic stripe expression in the developing Drosophila epidermis

The egr-type zinc-finger transcription factor encoded by the Drosophila gene stripe (sr) is expressed in a subset of epidermal cells to which muscles attach during late stages of embryogenesis. We report loss-of-function and gain-of-function experiments indicating that sr activity provides ectodermal cells with properties required for the establishment of a normal muscle pattern during embryogenesis and for the differentiation of tendon-like epidermal muscle attachment sites (EMA). Our results show that sr encodes a transcriptional activator which acts as an autoregulated developmental switch gene. sr activity controls the expression of EMA-specific target genes in cells of ectodermal but not of mesodermal origin. sr-expressing ectodermal cells generate long-range signals that interfere with the spatial orientation of the elongating myotubes.

Substratal idiothetic navigation of rats is impaired by removal or devaluation of extramaze and intramaze cues

The spatial orientation of vertebrates is implemented by two complementary mechanisms: allothesis, processing the information about spatial relationships between the animal and perceptible landmarks, and idiothesis, processing the substratal and inertial information produced by the animal's active or passive movement through the environment. Both systems allow the animal to compute its position with respect to perceptible landmarks and to the already traversed portion of the path. In the present study, we examined the properties of substratal idiothesis deprived of relevant exteroceptive information. Rats searching for food pellets in an arena formed by a movable inner disk and a peripheral immobile belt were trained in darkness to avoid a 60° sector; rats that entered this sector received a mild foot shock. The punished sector was defined in the substratal idiothetic frame, and the rats had to determine the location of the shock sector with the use of substratal idiothesis only, because all putative intramaze cues were made irrelevant by angular displacements of the disk relative to the belt. Striking impairment of place avoidance by this “shuffling procedure” indicates that effective substratal idiothesis must be updated by exteroceptive intramaze cues.

Hierarchical organisation of neuro-anatomical constraints in interlimb coordination

Based on the observation that bimanual finger tapping movements tend toward mirror symmetry with respect to the body midline, despite the synchronous activation of non-homologous muscles, F. Mechsner, D. Kerzel, G. Knoblich, and W. Prinz (2001) [Perceptual basis of bimanual coordination. Nature, 414, 69-73] suggested that the basis of rhythmic coordination is purely spatial/perceptual in nature, and independent of the neuro-anatomical constraints of the motor system. To investigate this issue further, we employed a four finger tapping task similar to that used by F. Mechsner and G. Knoblich (2004) [Do muscle matter in bimanual coordination? Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 30, 490-503] in which six male participants were required to alternately tap combinations of adjacent pairs of index (1), middle (M) and ring (R) fingers of each hand in time with an auditory metronome. The metronome pace increased continuously from 1 Hz to 3 Hz over the course of a 30-s trial. Each participant performed three blocks of trials in which finger combination for each hand (IM or MR) and mode of coordination (mirror or parallel) were presented in random order. Within each block, the right hand was placed in one of three orientations; prone, neutral and supine. The order of blocks was counterbalanced across the six participants. The left hand maintained a prone position throughout the experiment. On the basis of discrete relative phase analyses between synchronised taps, the time at which the initial mode of coordination was lost was determined for each trial. When the right hand was prone, transitions occurred only from parallel symmetry to mirror symmetry, regardless of finger combination. In contrast, when the right hand was supine, transitions occurred only from mirror symmetry to parallel but no transitions were observed in the opposite direction. In the right hand neutral condition, mirror and parallel symmetry are insufficient to describe the modes of coordination since the hands are oriented orthogonally. When defined anatomically, however, the results in each of the three right hand orientations are consistent. That is, synchronisation of finger tapping is deter-mined by a hierarchy of control of individual fingers based on their intrinsic neuro-mechanical properties rather than on the basis of their spatial orientation. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.