Untersuchung der DNA-Reparatur in humanen Lymphozyten

Oxidative DNA-Schäden, wie 7,8-Dihydro-8-oxoguanin (8-oxoG), werden kontinuierlich in allen Zellen durch endogene und exogene Noxen gebildet. Ohne eine effektive Reparatur können DNA-Schäden nach erfolgter Replikation als Mutationen fixiert werden und somit die Kanzerogenese initiieren.rnUntersuchungsgegenstand dieser Arbeit war die Reparatur, vorrangig von oxidativen DNA-Schäden, in humanen Lymphozyten. Dabei sollte ebenfalls überprüft werden, inwiefern eine Aktivierung dieser Immunzellen, die u.a. zu einer Initiierung der Proliferation führt, modulierend auf die DNA-Reparatur wirkt. Für diese Untersuchungen wurden primäre Lymphozyten aus Buffy Coats isoliert. Eine Aktivierung von T Lymphozyten, welche physiologisch Antigen-vermittelt über den T-Zell-Rezeptor verläuft, wurde durch eine ex vivo Stimulation mit Phytohämagglutinin (PHA) nachgeahmt. Die Induktion oxidativer DNA-Basenmodifikationen erfolgte mit Hilfe des Photosensibilisators Acridinorange in Kombination mit sichtbarem Licht. Das Schadensausmaß sowie die Reparatur wurden mittels der Alkalischen Elution unter Nutzung der Reparaturendonuklease Fpg bestimmt.rnDie Ergebnisse zeigten, dass global keine Reparatur induzierter oxidativer DNA-Schäden in primären Lymphozyten stattfindet. Eine Aktivierung der Lymphozyten mittels PHA führte hingegen zu einer deutlichen Reduktion der induzierten DNA-Schäden innerhalb einer 24-stündigen Reparaturzeit. Diese verbesserte Reparatur konnte auf eine Steigerung der Transkription und somit eine erhöhte Proteinmenge von OGG1, welches die Reparatur von 8-oxoG DNA-Glykosylase initiiert, zurückgeführt werden. Weiterführende mechanistische Untersuchungen deuten darauf hin, dass der transkriptionellen Regulation von OGG1 eine Aktivierung der JNK-Signalkaskade zugrunde liegt. Als ein verantwortlicher Transkriptionsfaktor konnte NF-YA identifiziert werden. Dessen erhöhte Bindung am OGG1-Promotor in Folge einer PHA-Stimulation konnte durch eine JNK-Hemmung reduziert werden.rnDie Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass eine Aktivierung von Lymphozyten, welche die Proliferation initiiert und dadurch mit dem Risiko für die Entstehung von Mutationen und malignen Entartungen verknüpft ist, gleichzeitig eine transkriptionelle Hochregulation von OGG1 bewirkt, die die Reparatur oxidativer DNA-Schäden sicherstellt. Die Fähigkeit zur Steigerung der DNA-Reparatur unter den gezeigten Bedingungen bietet den proliferierenden Zellen einen Schutzmechanismus zur Erhaltung ihrer genomischen Stabilität.rn

Synthesen von C-glycosylierten Aminosäuren und Peptiden unter Einsatz speziell konstruierter Mikroreaktoren

Die chemische Synthese definierter Glycopeptidstrukturen bildet die Basis einiger vielversprechender Ansätze zur Therapie verschiedener Krankheiten. Die Entwicklung hochaffiner Selektininhibitoren könnte der Behandlung chronischer Entzündungen und zur Unterdrückung der Metastasierung von Tumoren dienen. Vollsynthetische Vakzine auf Basis glycosylierter MUC1-Partialstrukturen sollen das Immunsystem zur Bekämpfung von krankem Gewebe anregen und so perspektivisch eine Impfung gegen Krebs ermöglichen. Da die natürlich vorkommenden O-Glycoside in vivo eine begrenzte Stabilität besitzen, wurde eine Methode entwickelt, welche die modulare Herstellung von stabilen rnC-Glycosylaminosäuren als Mimetika der natürlichen Serin-, Threonin- und Tyrosin-Glycoside ermöglicht. Dazu wurden passend geschützte Kohlenhydrat-Lactone synthetisiert, die in einer mikrowellengestützten Petasis-Olefinierung unter Durchflussbedingungen in die entsprechenden exo-Glycale überführt wurden. Die Reaktionszeit konnte durch diese spezielle Reaktionsführung auf weniger als drei Minuten verringert werden, während konventionell mehrere Stunden benötigt werden. Die C-glycosidische Verknüpfung mit den entsprechenden Aminosäurebausteinen gelang durch eine Hydroborierungs-Suzuki-Kupplungs-Kaskade. Nach umfangreicher Optimierung der Reaktionsparameter ließ sich neben mehreren Monosacchariden auch ein exo-Glycal der Lactose erfolgreich in der Kupplung einsetzen. Nach verschiedenen Schutzgruppenmanipulationen wurden einige der synthetisierten Bausteine zur Synthese C-glycosylierter Partialstrukturen des Mucins MUC1 an der festen Phase herangezogen. In ELISA-Experimenten wurden die C-Glycosylpeptide von an Brustkrebsgewebe bindenden Antikörpern erkannt, die durch Vakzinierung mit ähnlichen Strukturen erhalten worden waren. Zur Synthese zweier Bausteine potenzieller Selektin-Inhibitoren wurde ein Mimetikum des in natürlichen Liganden vorkommenden Tetrasaccharides Sialyl-Lewisx synthetisiert. Bei diesem wurde die terminale Sialinsäure durch (S)-Cyclohexylmilchsäure ersetzt. Die bei der gewählten Syntheseroute notwendige regioselektive Öffnung eines Benzylidenacetals wurde in einem Mikroreaktor durchgeführt, wodurch eine einfache Reaktionsoptimierung mit geringen Substanzmengen möglich war. Die Reaktionszeit liegt mit unter 4 Minuten deutlich unter den üblichen Werten von einer bis mehreren Stunden. In einer Block-Glycosylierung konnte das Pseudotetrasaccharid sowohl an einen C-Lactosyl-Tyrosin-, als auch an einen C-Lactosyl-Serin-Akzeptor angefügt und somit die Synthese der Zielverbindungen abgeschlossen werden. Diese Bausteine können in Zukunft als Bestandteile synthetischer Glycopeptide zum Einsatz kommen, welche Mimetika der natürlichen Selektin-Liganden darstellen sollen.rn

Signaltransduktion in der membranständigen Sensor-Histidinkinase DcuS von Escherichia coli

Escherichia coli kann unter aeroben und anaeroben Bedingungen mit C4-Dicarboxylaten wachsen, die Regulation des Stoffwechsels erfolgt durch das Zwei-Komponenten-System DcuSR. Die C4-Dicarboxylattransporter DctA (aerob) bzw. DcuB (anaerob) agieren als Co-Regulatoren und bilden gemeinsam mit der Sensor-Histidinkinase DcuS einen Sensorkomplex, in dem DcuS den Sensor darstellt und DctA bzw. DcuB diesen in seine rezeptive Form überführen. DcuS ist membranständig und verknüpft die Bindung von C4-Dicarboxylaten im Periplasma mit der Autophosphorylierung seiner Kinasedomäne im Cytoplasma. Dies stellt den Beginn einer Signalkaskade vom extrazellulären Reiz zum cytoplasmatischen Responseregulator DcuR dar.rnIn dieser Arbeit wurde die intramolekulare Signaltransduktion in DcuS und über die Membran untersucht. Der Fokus lag auf der Funktion der beiden Transmembranhelices TM1 und TM2 und der cytoplasmatischen PAS-Domäne, die die sensorische PASp- mit der effektorischen Kinasedomäne verbinden. Konformationsänderungen dieser Signalweiterleitung wurden durch Cysteinzugänglichkeitsstudien, oxidatives Cystein-Crosslinking und Mutageneseexperimente analysiert. rnTM2 wurde als der Überträger eines transmembranen Signals identifiziert, während TM1 als Membrananker fungiert. Der aktive Signalzustand von TM2 wird unabhängig von der Art der DcuS-Aktivierung (Effektorbindung, Deletion des Co-Regulators DctA oder PASc-ON-Mutationen) eingenommen. Der Signaltransduktion liegt eine Verschiebung von TM2 entlang ihrer Längsachse (Kolbenhub) in Richtung Periplasma zu Grunde. Cystein-Crosslinking offenbarte eine durchgehende Helix aus PASp-α6 und TM2, die im Dimer parallel mit ihrem Pendant verschoben wird. Die Amplitude des Kolbenhubs wurde anhand von Zugänglichkeitsveränderungen, der Lage verankernder Tryptophanreste, Strukturvergleichen und energetischen Berechnungen auf max. 4 - 6 Å festgelegt. Sie ist von der Effektorstärke abhängig und koppelt so die metabolische Bevorzugung einzelner Substrate an das Ausmaß des Kolbenhubs und der Genexpression. Für die cytoplasmatische PAS-Domäne wurde ein Zusammenhang zwischen lokaler Dimerisierung und Kontrolle der Sensorfunktion nachgewiesen. Schwächung der Dimerisierung führt zu einer Aktivierung der Sensorkinase. Es wurde eine hydrophobe Region identifiziert, deren strukturelle Integrität für diese Dimerisierung essentiell ist. Mit N248 wurde ein funktionell bedeutender Rest beschrieben, der auf Grund seiner Lage und seiner Eigenschaft mehrere Sekundärstrukturelemente zu verknüpfen, als Scharnier innerhalb der Domäne an der Umsetzung des Kolbenhubs in eine veränderte Quartärstruktur von PASc beteiligt sein könnte.

Synthesis, properties and application of polyphenylene phosphonium salts

The central objective of this work was to generate weakly coordinating cations of unprecedented molecular size providing an inherently stable hydrophobic shell around a central charge. It was hypothesized that divergent dendritic growth by means of thermal [4+2] Diels-Alder cycloaddition might represent a feasible synthetic method to circumvent steric constraints and enable a drastic increase in cation size.rnThis initial proposition could be verified: applying the divergent dendrimer synthesis to an ethynyl-functionalized tetraphenylphosphonium derivative afforded monodisperse cations with precisely nanoscopic dimensions for the first time. Furthermore, the versatile nature of the applied cascade reactions enabled a throughout flexible design and structural tuning of the desired target cations. The specific surface functionalization as well as the implementation of triazolyl-moieties within the dendrimer scaffold could be addressed by sophisticated variation of the employed building block units (see chapter 3). rnDue to the steric screening provided by their large, hydrophobic and shape-persistent polyphenylene shells, rigidly dendronized cations proved more weakly coordinating compared to their non-dendronized analogues. This hypothesis has been experimentally confirmed by means of dielectric spectroscopy (see chapter 4). It was demonstrated for a series of dendronized borate salts that the degree of ion dissociation increased with the size of the cations. The utilization of the very large phosphonium cations developed within this work almost achieved to separate the charge carriers about the Bjerrum length in solvents of low polarity, which was reflected by approaching near quantitative ion dissociation even at room temperature. In addition to effect the electrolyte behavior in solution, the steric enlargement of ions could be visualized by means of several crystal structure analyses. Thus an insight into lattice packing under the effect of extraordinary large cations could be gathered. rnAn essential theme of this work focused on the application of benzylphosphonium salts in the classical Wittig reaction, where the concept of dendronization served as synthetic means to introduce an exceptionally large polyphenylene substituent at the -position. The straightforward influence of this unprecedented bulky group on the Wittig stereochemistry was investigated by NMR-analysis of the resulting alkenes. Based on the obtained data a valuable explanation for the origin of the observed selectivity was brought in line with the up-to-date operating [2+2] cycloaddition mechanism. Furthermore, a reliable synthesis protocol for unsymmetrically substituted polyphenylene alkenes and stilbenes was established by the design of custom-built polyphenylene precursors (see chapter 5).rnFinally, fundamental experiments to functionalize a polymer chain with sterically shielded ionic groups either in the pending or internal position were outlined within this work. Thus, inherently hydrophobic polysalts shall be formed so that future research can invesigate their physical properties with regard to counter ion condensation and charge carrier mobility.rnIn summary, this work demonstrates how the principles of dendrimer chemistry can be applied to modify and specifically tailor the properties of salts. The numerously synthesized dendrimer-ions shown herein represent a versatile interface between classic organic and inorganic electrolytes, and defined macromolecular structures in the nanometer-scale. Furthermore the particular value of polyphenylene dendrimers in terms of a broad applicability was illustrated. This work accomplished in an interdisciplinary manner to give answer to various questions such as structural modification of ions, the resulting influence on the electrolyte behavior, as well as the stereochemical control of organic syntheses via polyphenylene phosphonium salts. rn

Physiologie eines erlernten Körpermodells in Drosophila melanogaster

In der vorliegenden Dissertation wird ein Körpergrößengedächtnis untersucht. Es wird dargestellt, wie diese Information über die Reichweite der Fliege beim Lückenklettern unter kotrollierten Umweltbedingungen erworben und prozessiert wird. Zusätzlich wird geklärt, welche biochemischen Signale benötigt werden, um daraus ein lang anhalten-des Gedächtnis zu formen. Adulte Fliegen sind in der Lage, ihre Körperreichweite zu lernen. Naive Fliegen, die in der Dunkelheit gehalten wurden, versuchen erfolglos, zu breite Lücken zu überqueren, während visuell erfahrene Fliegen die Kletterversuche an ihre Körpergröße anpassen. Erfahrene kleine Fliegen scheinen Kenntnis ihres Nachteils zu haben. Sie kehren an Lückenbreiten um, welche ihre größeren Artgenos-sen durchaus noch versuchen. Die Taufliegen lernen die größenabhängige Reichweite über die visuelle Rückmeldung während des Laufens (aus Parallaxenbewegung). Da-bei reichen 15 min in strukturierter, heller Umgebung aus. Es gibt keinen festgelegten Beginn der sensiblen Phase. Nach 2 h ist das Gedächtnis jedoch konsolidiert und kann durch Stress nicht mehr zerstört oder durch sensorische Eingänge verändert werden. Dunkel aufgezogene Fliegen wurden ausgewählten Streifenmustern mit spezifischen Raumfrequenzen ausgesetzt. Nur die Insekten, welche mit einem als „optimal“ klassi-fizierten Muster visuell stimuliert wurden, sind in der Lage, die Körperreichweite einzu-schätzen, indem die durchschnittliche Schrittlänge in Verbindung mit der visuellen Wahrnehmung gebracht wird. Überraschenderweise ist es sogar mittels partieller Kompensation der Parallaxen möglich, naive Fliegen so zu trainieren, dass sie sich wie kleinere Exemplare verhalten. Da die Experimente ein Erlernen der Körperreich-weite vermuten lassen, wurden lernmutante Stämme beim Lückenüberwinden getes-tet. Sowohl die Ergebnisse von rut1- und dnc1-Mutanten, als auch das defizitäre Klet-tern von oc1-Fliegen ließ eine Beteiligung der cAMP-abhängigen Lernkaskade in der Protocerebralbrücke (PB) vermuten. Rettungsexperimente der rut1- und dnc1-Hinter-gründe kartierten das Gedächtnis in unterschiedliche Neuronengruppen der PB, wel-che auch für die visuelle Ausrichtung des Kletterns benötigt werden. Erstaunlicher-weise haben laterale lokale PB-Neurone und PFN-Neurone (Projektion von der PB über den fächerförmigen Körper zu den Noduli) verschiedene Erfordernisse für cAMP-Signale. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass hohe Mengen an cAMP/PKA-Signalen in den latero-lateralen Elementen der PB benötigt werden, wäh-rend kolumnäre PFN-Neurone geringe oder keine Mengen an cAMP/PKA erfordern. Das Körperreichweitengedächtnis ist vermutlich das am längsten andauernde Ge-dächtnis in Drosophila. Wenn es erst einmal konsolidiert ist hält es länger als drei Wo-chen.rnAußerdem kann die Fruchtliege Drosophila melanogaster trainiert werden, die kom-plexe motorische Aufgabe des Lückenkletterns zu optimieren. Die trainierten Fliegen werden erfolgreicher und schneller beim Überqueren von Lücken, welche größer sind als sie selbst. Dabei existiert eine Kurzeitkomponente (STM), die 40 min nach dem ersten Training anhält. Nach weiteren vier Trainingsdurchläufen im Abstand von 20 min wird ein Langzeitgedächtnis (LTM) zum Folgetag geformt. Analysen mit Mutati-onslinien wiesen eine Beteiligung der cAMP-abhängigen Lernkaskade an dieser Ge-dächtnisform auf. Rettungsexperimente des rut2080-Hintergrunds kartierten sowohl das STM, als auch das LTM in PFN-Neuronen. Das STM kann aber ebenso in den alpha- und beta- Loben der Pilzkörper gerettet werden.rnLetztendlich sind wildtypische Fliegen sogar in der Lage, sich an einen Verlust eines Mittelbeintarsuses und dem einhergehenden Fehlen des Adhäsionsorgans am Tarsusende anzupassen. Das Klettern wird zwar sofort schlechter, erholt sich aber bis zum Folgetag wieder auf ein normales Niveau. Dieser neue Zustand erfordert ein Ge-dächtnis für die physischen Möglichkeiten, die nur durch plastische Veränderungen im Nervensystem des Insekts erreicht werden können.

Efficient subsequence alignment of time series

Zeitreihen sind allgegenwärtig. Die Erfassung und Verarbeitung kontinuierlich gemessener Daten ist in allen Bereichen der Naturwissenschaften, Medizin und Finanzwelt vertreten. Das enorme Anwachsen aufgezeichneter Datenmengen, sei es durch automatisierte Monitoring-Systeme oder integrierte Sensoren, bedarf außerordentlich schneller Algorithmen in Theorie und Praxis. Infolgedessen beschäftigt sich diese Arbeit mit der effizienten Berechnung von Teilsequenzalignments. Komplexe Algorithmen wie z.B. Anomaliedetektion, Motivfabfrage oder die unüberwachte Extraktion von prototypischen Bausteinen in Zeitreihen machen exzessiven Gebrauch von diesen Alignments. Darin begründet sich der Bedarf nach schnellen Implementierungen. Diese Arbeit untergliedert sich in drei Ansätze, die sich dieser Herausforderung widmen. Das umfasst vier Alignierungsalgorithmen und ihre Parallelisierung auf CUDA-fähiger Hardware, einen Algorithmus zur Segmentierung von Datenströmen und eine einheitliche Behandlung von Liegruppen-wertigen Zeitreihen.rnrnDer erste Beitrag ist eine vollständige CUDA-Portierung der UCR-Suite, die weltführende Implementierung von Teilsequenzalignierung. Das umfasst ein neues Berechnungsschema zur Ermittlung lokaler Alignierungsgüten unter Verwendung z-normierten euklidischen Abstands, welches auf jeder parallelen Hardware mit Unterstützung für schnelle Fouriertransformation einsetzbar ist. Des Weiteren geben wir eine SIMT-verträgliche Umsetzung der Lower-Bound-Kaskade der UCR-Suite zur effizienten Berechnung lokaler Alignierungsgüten unter Dynamic Time Warping an. Beide CUDA-Implementierungen ermöglichen eine um ein bis zwei Größenordnungen schnellere Berechnung als etablierte Methoden.rnrnAls zweites untersuchen wir zwei Linearzeit-Approximierungen für das elastische Alignment von Teilsequenzen. Auf der einen Seite behandeln wir ein SIMT-verträgliches Relaxierungschema für Greedy DTW und seine effiziente CUDA-Parallelisierung. Auf der anderen Seite führen wir ein neues lokales Abstandsmaß ein, den Gliding Elastic Match (GEM), welches mit der gleichen asymptotischen Zeitkomplexität wie Greedy DTW berechnet werden kann, jedoch eine vollständige Relaxierung der Penalty-Matrix bietet. Weitere Verbesserungen umfassen Invarianz gegen Trends auf der Messachse und uniforme Skalierung auf der Zeitachse. Des Weiteren wird eine Erweiterung von GEM zur Multi-Shape-Segmentierung diskutiert und auf Bewegungsdaten evaluiert. Beide CUDA-Parallelisierung verzeichnen Laufzeitverbesserungen um bis zu zwei Größenordnungen.rnrnDie Behandlung von Zeitreihen beschränkt sich in der Literatur in der Regel auf reellwertige Messdaten. Der dritte Beitrag umfasst eine einheitliche Methode zur Behandlung von Liegruppen-wertigen Zeitreihen. Darauf aufbauend werden Distanzmaße auf der Rotationsgruppe SO(3) und auf der euklidischen Gruppe SE(3) behandelt. Des Weiteren werden speichereffiziente Darstellungen und gruppenkompatible Erweiterungen elastischer Maße diskutiert.

Studies towards the total synthesis of penicillipyrone b via a biomimetic approach

Pennicillipyrone A and B are two novel meroterpenoids isolated from the marine-derived fungus Penicilliump sp. Although a preliminary toxicity studies demonstrated the bioactivity of penicillipyrone A to be far superior to that of its congener penicillipyrone B, we were intrigued by its structure. Moreover, it appeared as though one could design an efficient total synthesis based on chemistry that was familiar to our laboratory. The purpose of this project was the study of a new synthesis of Pennicillipyrone B by way of a doubley-biomimetic approach. The intended approach proceeds through a polyene cascade reaction terminated by a nucleophilic pyrone - a reaction not yet known in the literature for the construction of this type of scaffold. During the course of this study we have learned about the unanticipated reactivity of C2 substituted keto-dioxinones with regard to self-condensation. In addition, four new compounds were synthesized and two synthetic routes to the target molecule are presented.

Comprehensive analysis of lymph node stroma-expressed Ig superfamily members reveals redundant and nonredundant roles for ICAM-1, ICAM-2, and VCAM-1 in lymphocyte homing

Although it is well established that stromal intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), ICAM-2, and vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) mediate lymphocyte recruitment into peripheral lymph nodes (PLNs), their precise contributions to the individual steps of the lymphocyte homing cascade are not known. Here, we provide in vivo evidence for a selective function for ICAM-1 > ICAM-2 > VCAM-1 in lymphocyte arrest within noninflamed PLN microvessels. Blocking all 3 CAMs completely inhibited lymphocyte adhesion within PLN high endothelial venules (HEVs). Post-arrest extravasation of T cells was a 3-step process, with optional ICAM-1-dependent intraluminal crawling followed by rapid ICAM-1- or ICAM-2-independent diapedesis and perivascular trapping. Parenchymal motility of lymphocytes was modestly reduced in the absence of ICAM-1, while ICAM-2 and alpha4-integrin ligands were not required for B-cell motility within follicles. Our findings highlight nonredundant functions for stromal Ig family CAMs in shear-resistant lymphocyte adhesion in steady-state HEVs, a unique role for ICAM-1 in intraluminal lymphocyte crawling but redundant roles for ICAM-1 and ICAM-2 in lymphocyte diapedesis and interstitial motility.

The Combination of Interferon-Beta and HMG-CoA Reductase Inhibition in Multiple Sclerosis: Enthusiasm Lost too Soon?

Recent studies support the notion that statins, widely prescribed cholesterol-lowering agents, may target key elements in the immunological cascade leading to inflammation and tissue damage in the pathogenesis of multiple sclerosis (MS). Compelling experimental and observational clinical studies highlighted the possibility that statins may also exert immunomodulatory synergy with approved MS drugs, resulting in several randomized clinical trials testing statins in combination with interferon-beta (IFN-?). Some data, however, suggest that this particular combination may not be clinically beneficial, and might actually have a negative effect on the disease course in some patients with MS. In this regard, a small North American trial indicated that atorvastatin administered in combination with IFN-? may increase disease activity in relapsing-remitting MS. Although other trials did not confirm this finding, the enthusiasm for studies with statins dwindled. This review aims to provide a comprehensive overview of the completed clinical trials and reports of the interim analyses evaluating the combination of IFN-? and statins in MS. Moreover, we try to address the evident question whether usage of this combination routinely requires caution, since the number of IFN-?-treated MS patients receiving statins for lowering of cholesterol is expected to grow.

CLEC5A (MDL-1) is a novel PU.1 transcriptional target during myeloid differentiation

C-type lectin domain family 5, member A (CLEC5A), also known as myeloid DNAX activation protein 12 (DAP12)-associating lectin-1 (MDL-1), is a cell surface receptor strongly associated with the activation and differentiation of myeloid cells. CLEC5A associates with its adaptor protein DAP12 to activate a signaling cascade resulting in activation of downstream kinases in inflammatory responses. Currently, little is known about the transcriptional regulation of CLEC5A. We identified CLEC5A as one of the most highly induced genes in a microarray gene profiling experiment of PU.1 restored myeloid PU.1-null cells. We further report that CLEC5A expression is significantly reduced in several myeloid differentiation models upon PU.1 inhibition during monocyte/macrophage or granulocyte differentiation. In addition, CLEC5A mRNA expression was significantly lower in primary acute myeloid leukemia (AML) patient samples than in macrophages and granulocytes from healthy donors. Moreover, we found activation of a CLEC5A promoter reporter by PU.1 as well as in vivo binding of PU.1 to the CLEC5A promoter. Our findings indicate that CLEC5A expression in monocyte/macrophage and granulocytes is regulated by PU.1.

Spatio-temporal credit assignment in population learning

We present a model for plasticity induction in reinforcement learning which is based on a cascade of synaptic memory traces. In the cascade of these so called eligibility traces presynaptic input is first corre lated with postsynaptic events, next with the behavioral decisions and finally with the external reinforcement. A population of leaky integrate and fire neurons endowed with this plasticity scheme is studied by simulation on different tasks. For operant co nditioning with delayed reinforcement, learning succeeds even when the delay is so large that the delivered reward reflects the appropriateness, not of the immediately preceeding response, but of a decision made earlier on in the stimulus - decision sequence . So the proposed model does not rely on the temporal contiguity between decision and pertinent reward and thus provides a viable means of addressing the temporal credit assignment problem. In the same task, learning speeds up with increasing population si ze, showing that the plasticity cascade simultaneously addresses the spatial problem of assigning credit to the different population neurons. Simulations on other task such as sequential decision making serve to highlight the robustness of the proposed sch eme and, further, contrast its performance to that of temporal difference based approaches to reinforcement learning.

Fas death receptor signalling: roles of Bid and XIAP

Fas (also called CD95 or APO-1), a member of a subgroup of the tumour necrosis factor receptor superfamily that contain an intracellular death domain, can initiate apoptosis signalling and has a critical role in the regulation of the immune system. Fas-induced apoptosis requires recruitment and activation of the initiator caspase, caspase-8 (in humans also caspase-10), within the death-inducing signalling complex. In so-called type 1 cells, proteolytic activation of effector caspases (-3 and -7) by caspase-8 suffices for efficient apoptosis induction. In so-called type 2 cells, however, killing requires amplification of the caspase cascade. This can be achieved through caspase-8-mediated proteolytic activation of the pro-apoptotic Bcl-2 homology domain (BH)3-only protein BH3-interacting domain death agonist (Bid), which then causes mitochondrial outer membrane permeabilisation. This in turn leads to mitochondrial release of apoptogenic proteins, such as cytochrome c and, pertinent for Fas death receptor (DR)-induced apoptosis, Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspase/direct IAP binding protein with low Pi), an antagonist of X-linked inhibitor of apoptosis (XIAP), which imposes a brake on effector caspases. In this review, written in honour of Juerg Tschopp who contributed so much to research on cell death and immunology, we discuss the functions of Bid and XIAP in the control of Fas DR-induced apoptosis signalling, and we speculate on how this knowledge could be exploited to develop novel regimes for treatment of cancer.

Molecular mechanisms of muscle plasticity with exercise

The skeletal muscle phenotype is subject to considerable malleability depending on use. Low-intensity endurance type exercise leads to qualitative changes of muscle tissue characterized mainly by an increase in structures supporting oxygen delivery and consumption. High-load strength-type exercise leads to growth of muscle fibers dominated by an increase in contractile proteins. In low-intensity exercise, stress-induced signaling leads to transcriptional upregulation of a multitude of genes with Ca2+ signaling and the energy status of the muscle cells sensed through AMPK being major input determinants. Several parallel signaling pathways converge on the transcriptional co-activator PGC-1α, perceived as being the coordinator of much of the transcriptional and posttranscriptional processes. High-load training is dominated by a translational upregulation controlled by mTOR mainly influenced by an insulin/growth factor-dependent signaling cascade as well as mechanical and nutritional cues. Exercise-induced muscle growth is further supported by DNA recruitment through activation and incorporation of satellite cells. Crucial nodes of strength and endurance exercise signaling networks are shared making these training modes interdependent. Robustness of exercise-related signaling is the consequence of signaling being multiple parallel with feed-back and feed-forward control over single and multiple signaling levels. We currently have a good descriptive understanding of the molecular mechanisms controlling muscle phenotypic plasticity. We lack understanding of the precise interactions among partners of signaling networks and accordingly models to predict signaling outcome of entire networks. A major current challenge is to verify and apply available knowledge gained in model systems to predict human phenotypic plasticity.

Abandoned Coal Mine Drainage and Its Remediation: Impacts on Stream Ecosystem Structure and Function

The effects of abandoned mine drainage (AMD) on streams and responses to remediation efforts were studied using three streams (AMD-impacted, remediated, reference) in both the anthracite and the bituminous coal mining regions of Pennsylvania (USA). Response variables included ecosystem function as well as water chemistry and macroinvertebrate community composition. The bituminous AMD stream was extremely acidic with high dissolved metals concentrations, a prolific mid-summer growth of the filamentous alga, Mougeotia, and .10-fold more chlorophyll than the reference stream. The anthracite AMD stream had a higher pH, substrata coated with iron hydroxide(s), and negligible chlorophyll. Macroinvertebrate communities in the AMD streams were different from the reference streams, the remediated streams, and each other. Relative to the reference stream, the AMD stream(s) had (1) greater gross primary productivity (GPP) in the bituminous region and undetectable GPP in the anthracite region, (2) greater ecosystem respiration in both regions, (3) greatly reduced ammonium uptake and nitrification in both regions, (4) lower nitrate uptake in the bituminous (but not the anthracite) region, (5) more rapid phosphorus removal from the water column in both regions, (6) activities of phosphorus-acquiring, nitrogenacquiring, and hydrolytic-carbon-acquiring enzymes that indicated extreme phosphorus limitation in both regions, and (7) slower oak and maple leaf decomposition in the bituminous region and slower oak decomposition in the anthracite region. Remediation brought chlorophyll concentrations and GPP nearer to values for respective reference streams, depressed ecosystem respiration, restored ammonium uptake, and partially restored nitrification in the bituminous (but not the anthracite) region, reduced nitrate uptake to an undetectable level, restored phosphorus uptake to near normal rates, and brought enzyme activities more in line with the reference stream in the bituminous (but not the anthracite) region. Denitrification was not detected in any stream. Water chemistry and macroinvertebrate community structure analyses capture the impact of AMD at the local reach scale, but functional measures revealed that AMD has ramifications that can cascade to downstream reaches and perhaps to receiving estuaries.

Spatio-Temporal Credit Assignment in Neuronal Population Learning

n learning from trial and error, animals need to relate behavioral decisions to environmental reinforcement even though it may be difficult to assign credit to a particular decision when outcomes are uncertain or subject to delays. When considering the biophysical basis of learning, the credit-assignment problem is compounded because the behavioral decisions themselves result from the spatio-temporal aggregation of many synaptic releases. We present a model of plasticity induction for reinforcement learning in a population of leaky integrate and fire neurons which is based on a cascade of synaptic memory traces. Each synaptic cascade correlates presynaptic input first with postsynaptic events, next with the behavioral decisions and finally with external reinforcement. For operant conditioning, learning succeeds even when reinforcement is delivered with a delay so large that temporal contiguity between decision and pertinent reward is lost due to intervening decisions which are themselves subject to delayed reinforcement. This shows that the model provides a viable mechanism for temporal credit assignment. Further, learning speeds up with increasing population size, so the plasticity cascade simultaneously addresses the spatial problem of assigning credit to synapses in different population neurons. Simulations on other tasks, such as sequential decision making, serve to contrast the performance of the proposed scheme to that of temporal difference-based learning. We argue that, due to their comparative robustness, synaptic plasticity cascades are attractive basic models of reinforcement learning in the brain.