The potential role of environmental exposures and genomic signaling in development of central nervous system tumors

The etiology of central nervous system tumors (CNSTs) is mainly unknown. Aside from extremely rare genetic conditions, such as neurofibromatosis and tuberous sclerosis, the only unequivocally identified risk factor is exposure to ionizing radiation, and this explains only a very small fraction of cases. Using meta-analysis, gene networking and bioinformatics methods, this dissertation explored the hypothesis that environmental exposures produce genetic and epigenetic alterations that may be involved in the etiology of CNSTs. A meta-analysis of epidemiological studies of pesticides and pediatric brain tumors revealed a significantly increased risk of brain tumors among children whose mothers had farm-related exposures during pregnancy. A dose response was recognized when this risk estimate was compared to those for risk of brain tumors from maternal exposure to non-agricultural pesticides during pregnancy, and risk of brain tumors among children exposed to agricultural activities. Through meta-analysis of several microarray studies which compared normal tissue to astrocytomas, we were able to identify a list of 554 genes which were differentially expressed in the majority of astrocytomas. Many of these genes have in fact been implicated in development of astrocytoma, including EGFR, HIF-1α, c-Myc, WNT5A, and IDH3A. Reverse engineering of these 554 genes using Bayesian network analysis produced a gene network for each grade of astrocytoma (Grade I-IV), and ‘key genes’ within each grade were identified. Genes found to be most influential to development of the highest grade of astrocytoma, Glioblastoma multiforme (GBM) were: COL4A1, EGFR, BTF3, MPP2, RAB31, CDK4, CD99, ANXA2, TOP2A, and SERBP1. Lastly, bioinformatics analysis of environmental databases and curated published results on GBM was able to identify numerous potential pathways and geneenvironment interactions that may play key roles in astrocytoma development. Findings from this research have strong potential to advance our understanding of the etiology and susceptibility to CNSTs. Validation of our ‘key genes’ and pathways could potentially lead to useful tools for early detection and novel therapeutic options for these tumors.

Fragm. lat. VI 90 - Antiphonarium (Dom.IV adv. - Fer.II a.nat.Dni)

Trägerband: Ms. lat. oct. 17; Vorbesitzer: Georg Kellner; Johann Maximilian Zum Jungen

Fragm. lat. IV 29 - Kommentar zu Aristoteles: Physica (u. a. L. IV 'Eodem autem modo')

Trägerband: Inc. qu. 1272; Vorbesitzer: Dominikanerkloster Frankfurt am Main

Fragm. lat. IV 31 - Scholastische Propositionen

Trägerband: Inc. qu. 1272; Vorbesitzer: Dominikanerkloster Frankfurt am Main

Fragm. lat. X 15 - Breviarium (Fer. VI et Sabb. p. Dom. III in Quadr.; Dom. IV in Quadr.)

Trägerband: Inc. qu. 1139; Vorbesitzer: Dominikanerkloster Frankfurt am Main

Fragm. lat. X 8 - Biblia (IV Rg 5,6 - 12)

Trägerband: Inc. oct. 414; Vorbesitzer: Karmeliterkloster Frankfurt am Main

Fragm. lat. X 9 - Breviarium (Dom. III, IV p. Pascha)

Trägerband: Inc. qu. 1290; Vorbesitzer: Dominikanerkloster Frankfurt am Main

An investigation of the molecular interactions between statins and bacterial pathogens, and their combined impact on the human immune system

Statins are a class of drug that inhibits cholesterol biosynthesis, and are used to treat patients with high serum cholesterol levels. They exert this function by competitively binding to the enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoenzymeA reductase (HMGR), which catalyses the formation of mevalonate, a rate-limiting step in cholesterol biosynthesis. In addition, statins have what are called “pleiotropic effects”, which include the reduction of inflammation, immunomodulation, and antimicrobial effects. Statins can also improve survival of patients with sepsis and pneumonia. Cystic fibrosis (CF) is the most common recessive inherited disease in the Caucasian population, which is characterised by factors including, but not limited to, excessive lung inflammation and increased susceptibility to infection. Therefore, the overall objective of this study was to examine the effects of statins on CFassociated bacterial pathogens and the host response. In this work, the prevalence of HMGR was examined in respiratory pathogens, and several CF-associated pathogens were found to possess homologues of this enzyme. HMGR homology was analysed in Staphylococcus aureus, Burkholderia cenocepacia and Streptococcus pneumoniae, and the HMGR of B. cenocepacia was found to have significant conservation to that of Pseudomonas mevalonii, which is the most widely-characterised bacterial HMGR. However, in silico analysis revealed that, unlike S. aureus and S. pneumoniae, B. cenocepacia did not possess homologues of other mevalonate pathway proteins, and that the HMGR of B. cenocepacia appeared to be involved in an alternative metabolic pathway. The effect of simvastatin was subsequently tested on the growth and virulence of S. aureus, B. cenocepacia and S. pneumoniae. Simvastatin inhibited the growth of all 3 species in a dose-dependent manner. In addition, statin treatment also attenuated biofilm formation of all 3 species, and reduced in vitro motility of S. aureus. Interestingly, simvastatin also increased the potency of the aminoglycoside antibiotic gentamicin against B. cenocepacia. The impact of statins was subsequently tested on the predominant CF-associated pathogen Pseudomonas aeruginosa, which does not possess a HMGR homologue. Mevastatin, lovastatin and simvastatin did not influence the growth of this species. However, sub-inhibitory statin concentrations reduced the swarming motility and biofilm formation of P. aeruginosa. The influence of statins was also examined on Type 3 toxin secretion, quorum sensing and chemotaxis, and no statin effect was observed on any of these phenotypes. Statins did not appear to have a characteristic effect on the P. aeruginosa transcriptome. However, a mutant library screen revealed that the effect of statins on P. aeruginosa biofilm was mediated through the PvrR regulator and the Cup fimbrial biosynthesis genes. Furthermore, proteomic analysis demonstrated that 6 proteins were reproducibly induced by simvastatin in the P. aeruginosa swarming cells. The effect of statins on the regulation of the host-P. aeruginosa immune response was also investigated. Statin treatment increased expression of the pro-inflammatory cytokines IL-8 and CCL20 in lung epithelial cells, but did not attenuate P. aeruginosa-mediated inflammatory gene induction. In fact, simvastatin and P. aeruginosa caused a synergistic effect on CCL20 expression. The expression of the transcriptional regulators KLF2 and KLF6 was also increased by statins and P. aeruginosa, with the induction of KLF6 by simvastatin proving to be a novel effect. Interestingly, both statins and P. aeruginosa were capable of inducing alternative splicing of KLF6. P. aeruginosa was found to induce KLF6 alternative splicing by way of the type 3 secreted toxin ExoS. In addition, a mechanistic role was elucidated for KLF6 in the lung, as it was determined that statin-mediated induction of this protein was responsible for the induction of the host response genes CCL20 and iNOS. Moreover, statin treatment caused a slight increase in infection-related cytotoxicity, and increased bacterial adhesion to cells. Taken together, these data demonstrate that statins can reduce the virulence of CFassociated bacterial pathogens and alter host response effectors. Furthermore, novel statin effectors were identified in both bacterial and host cells.

SAFE: A Declarative Trust-Agile System with Linked Credentials

Secure Access For Everyone (SAFE), is an integrated system for managing trust

using a logic-based declarative language. Logical trust systems authorize each

request by constructing a proof from a context---a set of authenticated logic

statements representing credentials and policies issued by various principals

in a networked system. A key barrier to practical use of logical trust systems

is the problem of managing proof contexts: identifying, validating, and

assembling the credentials and policies that are relevant to each trust

decision.

SAFE addresses this challenge by (i) proposing a distributed authenticated data

repository for storing the credentials and policies; (ii) introducing a

programmable credential discovery and assembly layer that generates the

appropriate tailored context for a given request. The authenticated data

repository is built upon a scalable key-value store with its contents named by

secure identifiers and certified by the issuing principal. The SAFE language

provides scripting primitives to generate and organize logic sets representing

credentials and policies, materialize the logic sets as certificates, and link

them to reflect delegation patterns in the application. The authorizer fetches

the logic sets on demand, then validates and caches them locally for further

use. Upon each request, the authorizer constructs the tailored proof context

and provides it to the SAFE inference for certified validation.

Delegation-driven credential linking with certified data distribution provides

flexible and dynamic policy control enabling security and trust infrastructure

to be agile, while addressing the perennial problems related to today's

certificate infrastructure: automated credential discovery, scalable

revocation, and issuing credentials without relying on centralized authority.

We envision SAFE as a new foundation for building secure network systems. We

used SAFE to build secure services based on case studies drawn from practice:

(i) a secure name service resolver similar to DNS that resolves a name across

multi-domain federated systems; (ii) a secure proxy shim to delegate access

control decisions in a key-value store; (iii) an authorization module for a

networked infrastructure-as-a-service system with a federated trust structure

(NSF GENI initiative); and (iv) a secure cooperative data analytics service

that adheres to individual secrecy constraints while disclosing the data. We

present empirical evaluation based on these case studies and demonstrate that

SAFE supports a wide range of applications with low overhead.

Identification of Miscellaneous Peptides from the Skin Secretion of the European Edible Frog, Pelophylax kl. Esculentus

The chemical compounds synthesised and secreted from the dermal glands of amphibian have diverse bioactivities that play key roles in the hosts' innate immune system and in causing diverse pharmacological effects in predators that may ingest the defensive skin secretions. As new biotechnological methods have developed, increasing numbers of novel peptides with novel activities have been discovered from this source of natural compounds. In this study, a number of defensive skin secretion peptide sequences were obtained from the European edible frog, P. kl. esculentus, using a 'shotgun' cloning technique developed previously within our laboratory. Some of these sequences have been previously reported but had either obtained from other species or were isolated using different methods. Two new skin peptides are described here for the first time. Esculentin-2c and Brevinin-2Tbe belong to the Esculentin-2 and Brevinin-2 families, respectively, and both are very similar to their respective analogues but with a few amino acid differences. Further, [Asn-3, Lys-6, Phe-13] 3-14-bombesin isolated previously from the skin of the marsh frog, Rana ridibunda, was identified here in the skin of P. kl. esculentus. Studies such as this can provide a rapid elucidation of peptide and corresponding DNA sequences from unstudied species of frogs and can rapidly provide a basis for related scientific studies such as those involved in systematic or the evolution of a large diverse gene family and usage by biomedical researchers as a source of potential novel drug leads or pharmacological agents.

Continuation of Benchmark Project - Phase IV, 1999 Calendar Year, 2000

This is the final Report to the Iowa DOT Offices of Construction and the Highway Division for the calendar year 1999 research project entitled - Continuation of Benchmarking Project: Phase IV. This project continues efforts started in 1995 with the development of a performance measurement system. The performance measurements were used to identify areas that required improvement and process improvement teams (PITs) were launched to make recommendations for improvement. This report provides a brief historical background, documents Benchmark Steering Team Activities, describes measurement activities including the employee survey and collection of non-survey data. Then a retrospective of past PIT activities is given, which sets the stage for the substantial increase in PIT activity that occurred during the winter of 1998/9. Finally, the report closes with suggestions for future directions in Benchmarking Activity.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

The mating system of the true fruit flyBactrocera tryoniand its sister-species, Bactrocera neohumeralis

The frugivorous “true” fruit fly, Bactrocera tryoni (Queensland fruit fly), is presumed to have a nonresourced-based lek mating system. This is largely untested, and contrary data exists to suggest Bactrocera tryoni may have a resource-based mating system focused on fruiting host plants. We tested the mating system of Bactrocera tryoni, and its close sibling Bactrocera neohumeralis, in large field cages using laboratory reared flies. We used observational experiments that allowed us to determine if: (i) mating pairs were aggregated or nonaggregated; (ii) mating system was resource or nonresource based; (iii) flies utilized possible landmarks (tall trees over short) as mate-rendezvous sites; and (iv) males called females from male-dominated leks. We recorded nearly 250 Bactrocera tryoni mating pairs across all experiments, revealing that: (i) mating pairs were aggregated; (ii) mating nearly always occurred in tall trees over short; (iii) mating was nonresource based; and (iv) that males and females arrived at the mate-rendezvous site together with no evidence that males preceded females. Bactrocera neohumeralis copulations were much more infrequent (only 30 mating pairs in total), but for those pairs there was a similar preference for tall trees and no evidence of a resource-based mating system. Some aspects of Bactrocera tryoni mating behavior align with theoretical expectations of a lekking system, but others do not. Until evidence for unequivocal female choice can be provided (as predicted under a true lek), the mating system of Bactrocera tryoni is best described as a nonresource based, aggregation system for which we also have evidence that land-marking may be involved.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.