A nonlinear QCT-based finite element model validation study for the human femur tested in two configurations in vitro

Purpose Femoral fracture is a common medical problem in osteoporotic individuals. Bone mineral density (BMD) is the gold standard measure to evaluate fracture risk in vivo. Quantitative computed tomography (QCT)-based homogenized voxel finite element (hvFE) models have been proved to be more accurate predictors of femoral strength than BMD by adding geometrical and material properties. The aim of this study was to evaluate the ability of hvFE models in predicting femoral stiffness, strength and failure location for a large number of pairs of human femora tested in two different loading scenarios. Methods Thirty-six pairs of femora were scanned with QCT and total proximal BMD and BMC were evaluated. For each pair, one femur was positioned in one-legged stance configuration (STANCE) and the other in a sideways configuration (SIDE). Nonlinear hvFE models were generated from QCT images by reproducing the same loading configurations imposed in the experiments. For experiments and models, the structural properties (stiffness and ultimate load), the failure location and the motion of the femoral head were computed and compared. Results In both configurations, hvFE models predicted both stiffness (R2=0.82 for STANCE and R2=0.74 for SIDE) and femoral ultimate load (R2=0.80 for STANCE and R2=0.85 for SIDE) better than BMD and BMC. Moreover, the models predicted qualitatively well the failure location (66% of cases) and the motion of the femoral head. Conclusions The subject specific QCT-based nonlinear hvFE model cannot only predict femoral apparent mechanical properties better than densitometric measures, but can additionally provide useful qualitative information about failure location.

Spectroscopy of element 115 decay chains

A high-resolution α, x-ray, and γ-ray coincidence spectroscopy experiment was conducted at the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Thirty correlated α-decay chains were detected following the fusion-evaporation reaction Ca48+Am243. The observations are consistent with previous assignments of similar decay chains to originate from element Z=115. For the first time, precise spectroscopy allows the derivation of excitation schemes of isotopes along the decay chains starting with elements Z>112. Comprehensive Monte Carlo simulations accompany the data analysis. Nuclear structure models provide a first level interpretation.

Zerstörung der Hornanlage beim Kalb – Literaturübersicht – das Schweizer Modell

In Deutschland werden jährlich die Hornanlagen von geschätzten 2,5 Mio. Kälbern zerstört. Dies ist bei Kälbern bis zum Alter von sechs Wochen ohne Anästhesie erlaubt, obwohl der Eingriff nachweislich starke Schmerzen verursacht. Der vorliegende Artikel fasst das aktuelle Wissen zum Thema zusammen und beschreibt die gesetzlichen Vorgaben anderer Länder zur Schmerzausschaltungspflicht. Weiterhin werden erstmals die Resultate einer aktuellen Umfrage bei allen Nutztierpraktikern (Rückantwortrate 40 %) in der Schweiz aus dem Jahr 2012 zur Delegation der Schmerzausschaltung an Tierhaltende vorgestellt. Auf Grund der aktuellen Literatur wird im Fall, dass auf die Zerstörung der Hornanlage nicht verzichtet werden kann, folgendes Vorgehen empfohlen: Die Hornanlage soll in den ersten 21 Lebenstagen des Kalbes, frühestens 10 Minuten nach Setzen einer Lokalanästhesie mit je 5 ml Procain 2 % pro Seite (Anästhesie des R. cornualis rechts und links) durch lokale Applikation von Hitze mit einem geeigneten Brennstab zerstört werden. Gleichzeitig zur Lokalanästhesie soll Meloxicam (einmalige Injektion von 0,5 mg/kg KGW; subkutan oder intravenös) appliziert werden. Die Einführung einer generellen Schmerzausschaltungsplicht bei der Zerstörung der Hornanlage von Kälbern ist aus Sicht des Tierwohls äußerst wünschenswert. In Deutschland ist heute die Schmerzausschaltung ohne Arzneimittelumwidmung möglich. Seit 2005 ist in der Schweiz die Schmerzausschaltung Pflicht, und seit 2008 besteht die Möglichkeit, die Anästhesie zur Zerstörung der Hornanlage bei Kälbern bis zum Alter von drei Wochen an den ausgebildeten Tierhalter zu delegieren. In allen landwirtschaftlichen Betrieben, welche von 52 % der tierärztlichen Praxen betreut werden, wird heute aus Sicht der antwortenden Nutztierpraktiker keine Zerstörung der Hornanlage bei Kälbern mehr ohne Anästhesie durchgeführt. Eine überwiegende Mehrheit dieser Tierärzte lehnt die Delegationsmöglichkeit der Schmerzausschaltung an Tierhalter nicht ab. Dies zeigt auf, dass dieses Modell eine erfolgversprechende Strategie darstellt, welche gegebenenfalls auch von anderen Ländern zur Umsetzung einer gesetzlich vorgeschriebenen Schmerzausschaltungspflicht in Betracht gezogen werden könnte.

Dynamics of a minimal model of interlocked positive and negative feedback loops of transcriptional regulation by cAMP-response element binding proteins.

cAMP-response element binding (CREB) proteins are involved in transcriptional regulation in a number of cellular processes (e.g., neural plasticity and circadian rhythms). The CREB family contains activators and repressors that may interact through positive and negative feedback loops. These loops can be generated by auto- and cross-regulation of expression of CREB proteins, via CRE elements in or near their genes. Experiments suggest that such feedback loops may operate in several systems (e.g., Aplysia and rat). To understand the functional implications of such feedback loops, which are interlocked via cross-regulation of transcription, a minimal model with a positive and negative loop was developed and investigated using bifurcation analysis. Bifurcation analysis revealed diverse nonlinear dynamics (e.g., bistability and oscillations). The stability of steady states or oscillations could be changed by time delays in the synthesis of the activator (CREB1) or the repressor (CREB2). Investigation of stochastic fluctuations due to small numbers of molecules of CREB1 and CREB2 revealed a bimodal distribution of CREB molecules in the bistability region. The robustness of the stable HIGH and LOW states of CREB expression to stochastic noise differs, and a critical number of molecules was required to sustain the HIGH state for days or longer. Increasing positive feedback or decreasing negative feedback also increased the lifetime of the HIGH state, and persistence of this state may correlate with long-term memory formation. A critical number of molecules was also required to sustain robust oscillations of CREB expression. If a steady state was near a deterministic Hopf bifurcation point, stochastic resonance could induce oscillations. This comparative analysis of deterministic and stochastic dynamics not only provides insights into the possible dynamics of CREB regulatory motifs, but also demonstrates a framework for understanding other regulatory processes with similar network architecture.

Die Sprache als Element sozialräumlicher Identitätskonstruktion im urbanen Raum. Das Beispiel Buenos Aires

Die dicht besiedelten lateinamerikanischen Metropolräume zeichnen sich heutzutage durch eine komplexe Dynamik der urbanen Sozialstruktur aus. Räumliche und soziokulturelle Segregationsprozesse – ausgelöst durch politische und ökonomische Umstrukturierungen und verstärkt durch die Einflüsse der Globalisierung – führten zu einer ausgeprägten Fragmentierung des urbanen Raumes. Soziale Ausgrenzung einerseits und bewusste Abschottung andererseits lassen innerhalb der einzelnen, immer stärker getrennten Stadtteile einen Drang zur Homogenisierung und Konzentration von Bevölkerungsgruppen mit ähnlichem sozioökonomischen Status feststellen. Im Zuge dieser urbanen Transformationen kommt der Identifikation mit einem bestimmten Ort innerhalb der Stadt eine stets größere Bedeutung zu. Dieses räumliche Verhalten ist Teil eines Lebensstils als ganzheitliches und vielschichtiges Phänomen (Auer 2007: 11), welches neben der Ortsgebundenheit auch durch soziokulturelle Verhaltensmuster, durch Konsumverhalten und schließlich durch den Sprachgebrauch zum Ausdruck kommt. Sprachliche Varietäten oder Merkmale als semiotisches Element konstituieren zusammen mit weiteren Faktoren den Lebensstil sozialer Gruppen im Raum und bilden demnach sowohl eine zentrale Komponente als auch ein Medium der sozialräumlichen Identitätskonstruktion. Unterschiede im Sprachgebrauch werden als Teil einer (räumlichen) Identität wahrgenommen, in Abhängigkeit der Repräsentationen und mentalen Bildern der Sprecher bezüglich des urbanen Raumes beurteilt und schließlich stilisiert. So spielen sie eine zentrale Rolle beim Ausdruck von Abgrenzung oder Zugehörigkeit zu einer sozialen Gruppe und geben vor dem historischen und geopolitischen Hintergrund einer Stadt Aufschluss über deren Sozialstruktur. Ausgehend von diesem konstruktivistischen Verständnis des Raumes als mehrdimensionales soziales Produkt im Sinne von Lefebvre (1974) werden an dem für die Entwicklungen der lateinamerikanischen Städte paradigmatischen Beispiel von Buenos Aires theoretische Überlegungen und methodische Herangehensweisen für die Erforschung des Zusammenhangs von sprachlicher Variation und sozialräumlicher Segregation dargestellt.

Sp1 up-regulates cAMP-response-element-binding protein expression during retinoic acid-induced mucous differentiation of normal human bronchial epithelial cells.

CREB [CRE (cAMP-response element)-binding protein] is an important transcription factor that is differentially regulated in cells of various types. We recently reported that RA (retinoic acid) rapidly activates CREB without using RARs (RA receptors) or RXRs (retinoid X receptors) in NHTBE cells (normal human tracheobronchial epithelial cells). However, little is known about the role of RA in the physiological regulation of CREB expression in the early mucous differentiation of NHTBE cells. In the present study, we report that RA up-regulates CREB gene expression and that, using 5'-serial deletion promoter analysis and mutagenesis analyses, two Sp1 (specificity protein 1)-binding sites located at nt -217 and -150, which flank the transcription initiation site, are essential for RA induction of CREB gene transcription. Furthermore, we found that CREs located at nt -119 and -98 contributed to basal promoter activity. Interestingly, RA also up-regulated Sp1 in a time- and dose-dependent manner. Knockdown of endogenous Sp1 using siRNA (small interfering RNA) decreased RA-induced CREB gene expression. However, the converse was not true: knockdown of CREB using CREB siRNA did not affect RA-induced Sp1 gene expression. We conclude that RA up-regulates CREB gene expression during the early stage of NHTBE cell differentiation and that RA-inducible Sp1 plays a major role in up-regulating human CREB gene expression. This result implies that co-operation of these two transcription factors plays a crucial role in mediating early events of normal mucous cell differentiation of bronchial epithelial cells.

Von der Volksschule in den Beruf: Ein integratives Modell der beruflichen Motivation beim Übertritt in das Erwerbsleben

Ziel Motivation ist ein Kernkonzept für das Verständnis von arbeitsbezogenem Verhalten. In der bisherigen Forschung wurde Motivation jedoch meist fragmentarisch untersucht. Mit dem Ziel, die theoretischen Grundlagen weiterzuentwickeln, schlagen wir einen neuen theoretischen Rahmen zur Erklärung der arbeitsbezogenen Motivation vor. Theoretischer Rahmen und Forschungsstand Als theoretische Grundlage nutzen wir die Motivational Systems Theorie sowie ein Modell der proaktiven Motivation. Basierend auf diesen Modellen verstehen wir arbeitsbezogene Motivation als ein System sich gegenseitig verstärkender Komponenten: Zielen, Emotionen, sowie persönlichen Wirkungsüberzeugungen (Ford & Smith, 2007). Methoden Aufgrund einer Integration von Literatur zur Berufswahl, proaktiven Motivation sowie Karrieremanagement wenden wir das Motivationsmodell auf den Übergang von der Schule in das Berufsleben an. Wir postulieren, dass dieses motivationale System durch soziale, persönliche und Umwelt-Variablen beeinflusst wird (z.B. erlebte soziale Unterstützung, berufliche Vorbilder, Persönlichkeitsvariablen, schulische Leistung). Wir erwarten, dass Schüler und Schülerinnen einen erfolgreicheren Übergang von der Schule in das Berufsleben haben, wenn sie autonom verankerte Ziele, die Erwartung von positiven affektiven Zuständen am zukünftigen Arbeitsplatz, weniger Hindernisse in ihrer Berufswahl sowie eine höhere berufliche Selbstwirksamkeit aufweisen. Daten Die Hypothesen werden zwischen 2013 und 2015 mit einer Multi-Kohorten Studie von ca. 800 Schweizer Jugendlichen längsschnittlich mit etablierten Messinstrumenten untersucht. Die erste Welle der Datenerhebung findet aktuell statt und an der AEPF-Tagung 2013 werden erste Ergebnisse daraus vorliegen. Geplante Analysen Mit Hilfe einer konfirmatorischen Faktorenanalyse werden wir die empirische Realität des theoretischen Modells überprüfen. Multiple Mediationsanalysen werden eingesetzt, um die direkten und mediierten Effekte von Person- und Umwelt-Variablen auf Motivation und Berufserfolg zu evaluieren. Wissenschaftliche Bedeutsamkeit der Studie Ein integratives Konzept der Motivation im Übergang von der Schule in den Beruf erweitert das theoretische Verständnis wichtiger Prädiktoren eines erfolgreichen Übergangs. Zudem bietet es vielfältige Implikationen für Praxisanwendungen in den Bereichen Berufsberatung und Berufswahlunterricht.

Dynamics of a minimal model of interlocked positive and negative feedback loops of transcriptional regulation by cAMP-response element binding proteins.

cAMP-response element binding (CREB) proteins are involved in transcriptional regulation in a number of cellular processes (e.g., neural plasticity and circadian rhythms). The CREB family contains activators and repressors that may interact through positive and negative feedback loops. These loops can be generated by auto- and cross-regulation of expression of CREB proteins, via CRE elements in or near their genes. Experiments suggest that such feedback loops may operate in several systems (e.g., Aplysia and rat). To understand the functional implications of such feedback loops, which are interlocked via cross-regulation of transcription, a minimal model with a positive and negative loop was developed and investigated using bifurcation analysis. Bifurcation analysis revealed diverse nonlinear dynamics (e.g., bistability and oscillations). The stability of steady states or oscillations could be changed by time delays in the synthesis of the activator (CREB1) or the repressor (CREB2). Investigation of stochastic fluctuations due to small numbers of molecules of CREB1 and CREB2 revealed a bimodal distribution of CREB molecules in the bistability region. The robustness of the stable HIGH and LOW states of CREB expression to stochastic noise differs, and a critical number of molecules was required to sustain the HIGH state for days or longer. Increasing positive feedback or decreasing negative feedback also increased the lifetime of the HIGH state, and persistence of this state may correlate with long-term memory formation. A critical number of molecules was also required to sustain robust oscillations of CREB expression. If a steady state was near a deterministic Hopf bifurcation point, stochastic resonance could induce oscillations. This comparative analysis of deterministic and stochastic dynamics not only provides insights into the possible dynamics of CREB regulatory motifs, but also demonstrates a framework for understanding other regulatory processes with similar network architecture.

A urokinase receptor promoter element (-152/-135) bound with an AP-2-alpha-related protein and SP1 is required for the induction of gene expression by PMA and SRC

The urokinase-type plasminogen activator receptor (u-PAR) promotes extracellular matrix degradation, invasion and metastasis. A first objective of this dissertation was to identify cis-elements and trans-acting factors activating u-PAR gene expression through a previously footprinted (–148/–124) promoter region. Mobility shifting experiments on nuclear extracts of a high u-PAR-expressing colon cancer cell line (RKO) indicated Sp1, Sp3 and a factor similar to, but distinct from, AP-2α bound to an oligonucleotide spanning –152/–135. Mutations preventing the binding of the AP-2α-related factor reduced u-PAR promoter activity. In RKO, the expression of a dominant negative AP-2 (AP-2αB) diminished u-PAR promoter activity, protein and u-PAR mediated laminin degradation. Conversely, u-PAR promoter activity in low u-PAR-expressing GEO cells was increased by AP-2αA expression. PMA treatment, which induces u-PAR expression, caused an increased amount of the AP-2α-related factor-containing complex in GEO, and mutations preventing AP-2α-like and Sp1/Sp3 binding reduced the u-PAR promoter stimulation by PMA. In resected colon cancers, u-PAR protein amounts were related to the amount of the AP-2α-related factor-containing complex. In conclusion, constitutive and PMA- inducible u-PAR gene expression and -proteolysis are mediated partly through transactivation via a promoter sequence (–152/435) bound with an AP-2α-related factor and Sp1/Sp3. ^ A second interest of this dissertation was to determine if a constitutively active Src regulates the transcription of the u-PAR gene, since c-src expression increases invasion in colon cancer. Increased u-PAR protein and laminin degradation paralleling elevated Src activity was evident in SW480 colon cancer cells stably expressing a constitutively active Src (Y- c-src527F). Nuclear run-on experiments indicated that this was due largely to transcriptional activation. While transient transfection of SW480 cells with Y-c-src527F induced a u-PAR-CAT-reporter, mutations preventing Sp1-binding to promoter region –152/435 abolished this induction. Mobility shift assays revealed increased Sp1 binding to region –152/135 with nuclear extracts of Src-transfected SW480 cells. Finally, the amounts of endogenous u-PAR in resected colon cancers significantly correlated with Src-activity. These data suggest that u-PAR gene expression and proteolysis are regulated by Src, this requiring the promoter region (–152/–135) bound with Sp1, thus, demonstrating for the first time that transcription factor Sp1 is a downstream effector of Src. ^