Synthese und Charakterisierung von Polymeren mit peptidischen Seitenketten

Die Forschung im Bereich der Drug Delivery-Systeme konzentriert sich auf biokompatible und wenig immunogene Trägermoleküle. Eine Klasse vielversprechender Trägersysteme stellen Peptid basierte Polymere dar, die neben einer hohen Biokompatibilität auch eine Sensitivität gegenüber externen Einflüssen aufweisen. Der zwitterionische Charakter von Aminosäuren und Peptiden verhindert die Adsorption von Serumproteinen und ein „antifouling“ Verhalten kann festgestellt werden, sodass diese Moleküle für den Einsatz als Wirkstoffträgersystem sehr geeignet scheinen. In Kombination mit einer bürstenartigen Struktur entstehen Systeme mit einer einzigartigen Peptidarchitektur, die sich durch eine hohe Dichte funktioneller Gruppen für Konjugationsreaktionen auszeichnen und deren formabhängige Zellaufnahme sie besonders attraktiv für die Anwendung als „Nanocarrier“ macht.rnrnDas zwitterionische Poly-(ε-N-Methacryloyl-L-Lysin) (Mw = 721,000 g∙mol 1) wurde durch freie radikalische Polymerisation dargestellt und seine Konformation in Abhängigkeit von Ionenstärke und pH-Wert untersucht. Die Biokompatibilität des Systems konnte durch Toxizitätstests und dynamische Lichtstreuung in humanem Blutserum nachgewiesen werden. Zusammen mit der vernachlässigbaren unspezifischen Aufnahme in dendritische Zellen aus Knochenmark erfüllt das System damit alle Bedingungen, die an ein polymeres Wirkstoffträgersystem gestellt werden. Darüber hinaus können Komplexe des Polymers mit DNA in Gegenwart von divalenten Metallionen für die Gentransfektion verwendet werden.rnrnDurch Kopplung von ε-N-Methacryloyl-L-Lysin mit der Elastin-ähnlichen Polypeptid Pentasequenz Valin-Prolin-Glycin-Glycin-Glycin konnte ein Hexapeptid-Makromonomer dargestellt werden, welches anschließend mittels „grafting through“ Polymerisation zur Polymerbürste umgesetzt wurde. Die wurmartige Struktur der Polymerbürsten wurde in AFM-Aufnahmen gezeigt und eine hohe Kettensteifigkeit der Polymerbürsten über dynamische und statische Lichtstreuung nachgewiesen. Zirkulardichroismus-Messungen lieferten Informationen über struktur-, salz- und temperaturabhängige Veränderungen der Konformation. Toxizitätstests und dynamische Lichtstreuung in humanem Blutserum bestätigten die erwartete Biokompatibilität.rnrnBasierend auf zwei Elastin-ähnlichen Polypeptiden mit ähnlicher Peptidsequenz wurden insgesamt vier unterschiedliche Makromonomere mit jeweils 20 Pentapeptid-Wiederholungseinheiten dargestellt. Über anschließende „grafting through“ Polymerisation entstanden molekulare Bürstenmoleküle mit variierenden externen funktionellen Gruppen, die für zukünftige Konjugationsreaktionen verwendet werden können. Der Einfluss von Ionenstärke und Temperatur auf die Konformation der Makromonomere und Polymere wurde mittels Zirkulardichroismus- und Trübungskurven-Messungen untersucht und ein starker Einfluss der hohen Seitenkettendichte auf das Verhalten der Polymerbürsten wurde festgestellt. Über dynamische Lichtstreuung konnte ein von den externen funktionellen Gruppen abhängiges Aggregationsverhalten in humanem Blutserum nachgewiesen werden.rnrnDie in dieser Arbeit synthetisierten Polymerbürsten mit peptidischen Seitenketten stellen damit biokompatible und vielversprechende Trägersysteme für die Konjugation mit Biomolekülen dar, die zukünftig als Drug Delivery-Systeme ihren Einsatz finden können.rn

Quantenchemische Behandlung von elektronischem Energietransfer

Im Rahmen dieser Dissertation wurden quantenchemische Untersuchungen zum Phänomen des elektronischen Energietransfers durchgeführt. Zum einen wurden theoretische Modelle zur Berücksichtigung temperaturabhängiger Elektron-Phonon-Kopplung in vibronischen Spektren ausgearbeitet und numerischen Tests unterzogen. Zum anderen erfolgte die Bestimmung molekularer Eigenschaften bichromophorer Systeme unter Anwendung etablierter Rechenmethoden. Im Fokus stehen das Zusammenspiel elektronischer Kopplung und statischer Unordnung sowie Energietransferzeiten und der Einfluss molekularer Brücken in Dimeren auf die Kopplung. Da sich elektronischer Energietransfer spektroskopisch nachweisen lässt, wurden temperaturabhängige Simulationen der Linienform von vibronischen Übergängen, die an ein Wärmebad ankoppeln, durchgeführt. Die erforderliche Antwortfunktion zur Bestimmung der spektralen Linienform kann aus einer Kumulantenentwicklung und alternativ aus der Multi-Level Redfieldtheorie abgeleitet werden. Statt der genäherten Schwingungsstruktur des Brownschen Oszillatormodells wurde eine explizit berechnete Zustandsdichte als Ausgangspunkt verwendet. Sowohl reine Elektron-Phonon- als auch Schwingung-Phonon-Kopplung werden für verschiedene Spektraldichten der Badmoden diskutiert. Im Zuge eines Kooperationsprojekts führten wir Untersuchungen zur elektronischen Kopplung an einer homologen Reihe von Rylendimeren mit unterschiedlichen Brückenlängen durch. Zu diesem Zweck wurden Ergebnisse aus Tieftemperatureinzelmolekülmessungen und quantenchemischen Berechnungen auf Grundlage des vibronischen Kopplungsmodells herangezogen und ausgewertet. Die untersuchten Dimere zeigen einen Übergang vom Grenzfall starker Kopplung hin zu schwacher Kopplung und die mittleren Energietransferzeiten konnten in guter Übereinstimmung mit experimentellen Messwerten berechnet werden. Da eine molekulare Brücke zwischen Donor- und Akzeptoreinheit die elektronische Kopplung modifiziert, kann sie sich störend auf experimentelle Messungen auswirken. Daher wurde untersucht, ob das interchromophore Kopplungsverhalten vorwiegend durch die Polarisierbarkeit des verbrückenden Elements oder durch bindungsvermittelte Wechselwirkungen beeinflusst wird und welche Brückentypen sich folglich für experimentelle Studien eignen. Sämtliche untersuchten Brückenelemente führten zu einer Vergrößerung der elektronischen Kopplung und die Kopplungsstärke wurde maßgeblich durch brückenvermittelte Wechselwirkungen bestimmt.

Temperatur- und ortsabhängige Zustandsdichte des organischen Supraleiters Kappa-(BEDT-TTF) 2 Cu[N(CN) 2]Br

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die temperatur- und ortsabhängige Zustandsdichte des organischen Supraleiters kappa-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br mit Rastertunnelspektroskopie bei tiefen Temperaturen untersucht.rnZusätzlich zur bereits bekannten supraleitenden Energielücke wird dabei eine logarithmische Unterdrückung der Zustandsdichte an der Fermikante beobachtet, die auch oberhalb der kritischen Temperatur erhalten bleibt. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass sich dieses Verhalten durch ein für ungeordnete elektronische Systeme entwickeltes Modell unter Berücksichtigung von Coulomb-Wechselwirkungen beschreiben lässt. Die daraus resultierenden Fluktuationen der elektronischen Struktur führen zu einer Verbreiterung der gemessenen supraleitenden Energielücke, die sich durch sehr kleine Kohärenzmaxima im entsprechenden Quasiteilchenanregungsspektrum äußert. Dieses Verhalten wurde bereits beobachtet, konnte jedoch bisher nicht erklärt werden. Die theoretische Beschreibung der logarithmischen Unterdrückung trägt somit zusätzlich zum Verständnis des supraleitenden Beitrags bei, sodass die gesamte Zustandsdichte vollständig beschrieben werden kann. Die Analyse der gemessenen supraleitenden Energielücke wurde für verschiedene Symmetrien des Ordnungsparameters durchgeführt, wobei die beste Übereinstimmung für die Annahme einer d-wellenartigen Symmetrie mit zwei unterschiedlich stark ausgeprägten Energielücken gefunden wurde. Der Paarbildungsmechanismus, der zur Bindung zweier Elektronen zu einem Cooper-Paar führt, kann mit einer $d$-wellenartigen Symmetrie nicht durch die in konventionellen Supraleitern gefundene Elektron-Phonon-Kopplung erklärt werden. Stattdessen wird in Analogie zur Hochtemperatur-Supraleitung eine durch antiferromagnetische Spin-Wechselwirkungen induzierte Kopplung der Elektronen vermutet. Dies wird zum einen durch die oberhalb der kritischen Temperatur auftretende, zweite Energielücke und zum anderen durch die zwischen 4,66 und 5,28 liegende Kopplungsstärke 2Delta/(kB Tc) unterstützt, die deutlich größer als für konventionelle Supraleiter mit Elektron-Phonon-Kopplung ist.

Multifunctional polyether architectures : versatile materials for surface attachment and functionalization

Chapter 1 of this thesis comprises a review of polyether polyamines, i.e., combinations of polyether scaffolds with polymers bearing multiple amino moieties. Focus is laid on controlled or living polymerization methods. Furthermore, fields in which the combination of cationic, complexing, and pH-sensitive properties of the polyamines and biocompatibility and water-solubility of polyethers promise enormous potential are presented. Applications include stimuli-responsive polymers with a lower critical solution temperature (LCST) and/or the ability to gel, preparation of shell cross-linked (SCL) micelles, gene transfection, and surface functionalization.rnIn Chapter 2, multiaminofunctional polyethers relying on the class of glycidyl amine comonomers for anionic ring-opening polymerization (AROP) are presented. In Chapter 2.1, N,N-diethyl glycidyl amine (DEGA) is introduced for copolymerization with ethylene oxide (EO). Copolymer microstructure is assessed using online 1H NMR kinetics, 13C NMR triad sequence analysis, and differential scanning calorimetry (DSC). The concurrent copolymerization of EO and DEGA is found to result in macromolecules with a gradient structure. The LCSTs of the resulting copolymers can be tailored by adjusting DEGA fraction or pH value of the environment. Quaternization of the amino moieties by methylation results in polyelectrolytes. Block copolymers are used for PEGylated gold nanoparticle formation. Chapter 2.2 deals with a glycidyl amine monomer with a removable protecting group at the amino moiety, for liberation of primary amines at the polyether backbone, which is N,N-diallyl glycidyl amine (DAGA). Its allyl groups are able to withstand the harsh basic conditions of AROP, but can be cleaved homogeneously after polymerization. Gradient as well as block copolymers poly(ethylene glycol)-PDAGA (PEG-PDAGA) are obtained. They are analyzed regarding their microstructure, LCST behavior, and cleavage of the protecting groups. rnChapter 3 describes applications of multi(amino)functional polyethers for functionalization of inorganic surfaces. In Chapter 3.1, they are combined with an acetal-protected catechol initiator, leading to well-defined PEG and heteromultifunctional PEG analogues. After deprotection, multifunctional PEG ligands capable of attaching to a variety of metal oxide surfaces are obtained. In a cooperative project with the Department of Inorganic and Analytical Chemistry, JGU Mainz, their potential is demonstrated on MnO nanoparticles, which are promising candidates as T1 contrast agents in magnetic resonance imaging. The MnO nanoparticles are solubilized in aqueous solution upon ligand exchange. In Chapter 3.2, a concept for passivation and functionalization of glass surfaces towards gold nanorods is developed. Quaternized mPEG-b-PqDEGA diblock copolymers are attached to negatively charged glass surfaces via the cationic PqDEGA blocks. The PEG blocks are able to suppress gold nanorod adsorption on the glass in the flow cell, analyzed by dark field microscopy.rnChapter 4 highlights a straightforward approach to poly(ethylene glycol) macrocycles. Starting from commercially available bishydroxy-PEG, cyclic polymers are available by perallylation and ring-closing metathesis in presence of Grubbs’ catalyst. Purification of cyclic PEG is carried out using α-cyclodextrin. This cyclic sugar derivative forms inclusion complexes with remaining unreacted linear PEG in aqueous solution. Simple filtration leads to pure macrocycles, as evidenced by SEC and MALDI-ToF mass spectrometry. Cyclic polymers from biocompatible precursors are interesting materials regarding their increased blood circulation time compared to their linear counterparts.rnIn the Appendix, A.1, a study of the temperature-dependent water-solubility of polyether copolymers is presented. Macroscopic cloud points, determined by turbidimetry, are compared with microscopic aggregation phenomena, monitored by continuous wave electron paramagnetic resonance (CW EPR) spectroscopy in presence of the amphiphilic spin probe and model drug (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl (TEMPO). These thermoresponsive polymers are promising candidates for molecular transport applications. The same techniques are applied in Chapter A.2 to explore the pH-dependence of the cloud points of PEG-PDEGA copolymers in further detail. It is shown that the introduction of amino moieties at the PEG backbone allows for precise manipulation of complex phase transition modes. In Chapter A.3, multi-hydroxyfunctional polysilanes are presented. They are obtained via copolymerization of the acetal-protected dichloro(isopropylidene glyceryl propyl ether)methylsilane monomer. The hydroxyl groups are liberated through acidic work-up, yielding versatile access to new multifunctional polysilanes.

Weinproteine - Allergenität und Trubbildung

Wein ist eine komplexe Lösung bestehend aus verschiedensten Komponenten wie Alkohol, Polyphenolen, Polysacchariden, Sulfiten und auch Proteinen. Auch wenn Proteine nur in geringen Mengen im Wein enthalten sind, beeinflussen sie die Qualität maßgeblich. Hier ist zum einen deren potentielle Unverträglichkeit bis hin zur Allergie zu nennen, und zum anderen der Einfluss der Weinproteine auf die Trübung. Im Rahmen einer epidemiologischen Studie der Arbeitsgruppe Fronk/Decker wurde festgestellt, dass es in der Weinregion Mainz ein starkes Interesse gibt die Ursache einer Weinunverträglichkeit zu untersuchen. Für weiterführende Untersuchungen wurde im Rahmen meiner Arbeit das Lipid Transfer Protein (LTP), welches als einziges Allergen der Traube bekannt ist, aus Trauben und Wein in hohem Reinheitsgrad isoliert. Es konnte gezeigt werden, dass dessen Struktur bei der Weinherstellung nicht maßgeblich verändert wurde. In einer klinischen Studie mit 29 Probanden wurde die potentielle Allergenität von Weinproteinen, im Besonderen des LTPs untersucht. Allerdings konnte bei den untersuchten Probanden keine echte IgE-Antikörper-vermittelte Allergie auf das LTP nachgewiesen werden. Daher wird die Ursache der beschriebenen Unverträglichkeiten bei anderen Weininhaltsstoffen oder auch auf pollenassoziierten Kreuzreaktionen vermutet. Bei der Entstehung einer Weintrübung sind zahlreiche Inhaltstoffe beteiligt. Die Rolle der Proteine ist in diesem Zusammenhang noch nicht abschließend geklärt. In dieser Arbeit wurde die Komplexität der Proteinzusammensetzung in Abhängigkeit von Lage, Jahrgang, Rebsorte sowie Behandlungsmaßnahmen gezeigt. Hinsichtlich der Stabilisierung und Trübungsrelevanz der Weinproteine konnte mittels biochemischer, bioinformatischer und biophysikalischer Methoden gezeigt werden, dass nur ein Teil der im Wein enthaltenen Thaumatin-ähnlichen Proteine und Chitinasen an der Trubbildung beteiligt sind. Die Invertase hingegen denaturiert erst ab einer Temperatur von ca. 83 °C und aggregiert in der Trübung. Somit führt dieses Protein bei Wärmetests zu Bentonitbedarfsermittlung in diesem Temperaturbereich zu einer Überschätzung. Die Versuche zur temperaturabhängigen Aggregation von Proteinen zeigen, wie wichtig die Berücksichtigung der Umgebungsfaktoren bei der Trubbildung ist. So konnten unterschiedliche Wechselwirkungen im Puffer- und realen Weinsystem von potentiell trübungsstabilisierenden Polysacchariden mit den Weinproteinen detektiert werden. Für das Arabinogalactan beispielsweise wurde in den Versuchen im Weinsystem eine destabilisierende Wirkung gefunden, während es bei den Versuchen im Puffersystem eine positive Wirkung auf die Stabilisierung der Probe zeigte. Es zeigte sich, dass die verschiedenen Weininhaltsstoffe in einer komplexen Wechselwirkung zueinander stehen und somit eine molekulare Interpretation erschweren.

Origin of the spin Seebeck effect

Der Spin Seebeck Effekt repräsentiert einen neuartigen Spin kalorischen Effekt mit vorteilhaften und aussichtsreichen Eigenschaften für Anwendungen in den Gebieten der Spintronik und Thermoelektrik.rnIn dieser Arbeit präsentieren wir eine umfangreiche Untersuchung des Spin Seebeck Effekts in isolierenden, magnetischen Granaten und geben Antworten zum kontrovers diskutierten Ursprung des Effekts. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir die Abhängigkeit des Spin Seebeck Effekts von der Dicke des Ferromagneten, der Temperatur, der Stärke des magnetisches Feldes, der Grenzflächen und des Detektormaterials, sowie Kombinationen dieser Parameter gemessen. Im Zuge dessen haben wir das Wachstum der untersuchten magnetischen Granate optimiert und eine umfassende Analyse der strukturellen und magnetischen Parameter durchgeführt, um Einflüsse der Probenqualität auszuschließen. Des Weiteren zeigte eine Untersuchung des magnetoresistiven Effekts, welcher als mögliche Ursache des Effekts galt, in Kombination mit einer Studie des Messaufbaus, dass parasitäre Einflüsse auf das Messergebnis ausgeschlossen werden können. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Spin Seebeck Effekt mit zunehmender Dicke des Ferromagneten eine Sättigung des Signals aufweist. Diese hängt zudem von der Temperatur ab, da mit abnehmender Temperatur die Sättigung erst bei dickeren Filmen auftritt. Außerdem fanden unsere Messungen ein Maximum des Spin Seebeck Effekts für Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, welcher sowohl von der Dicke des Materials als auch der Magnetfeldstärke und dem Detektormaterial beeinflusst wird. In Messungen bei hohen magnetischen Feldstärken beobachteten wir eine Unterdrückung des Messsignals, dessen Ursache mithilfe von Simulationen auf den magnonischen Ursprung des Spin Seebeck Effekts zurückgeführt werden kann. Dies unterstreicht, dass der Effekt auf vom Ferromagneten emittierten Magnonen basiert. Im letzten Abschnitt dieser Arbeit präsentieren wir Messungen in einem bislang nicht untersuchten ferrimagnetischen Material, welche zwei Vorzeichenwechsel des Spin Seebeck Effekts als Funktion der Temperatur aufzeigen. Dieses bisher unbekannte Signalverhalten betont, dass der Effekt aus einem komplexen Zusammenspiel der magnonischen Moden resultiert und zusätzlich vom Detektormaterial abhängt.rnSomit tragen unsere Ergebnisse und Beobachtungen im hohen Maße zur Beantwortung der Frage nach dem Ursprungs des Spin Seebeck Effekts bei und zeigen neuartige bisher nicht beobachtete Effekte, welche ein neues Kapitel für das Gebiet der Spin Kaloritronik eröffnen.

Life cycle complexity, environmental change and the emerging status of salmonid proliferative kidney disease

P>1. Proliferative kidney disease (PKD) is a disease of salmonid fish caused by the endoparasitic myxozoan, Tetracapsuloides bryosalmonae, which uses freshwater bryozoans as primary hosts. Clinical PKD is characterised by a temperature-dependent proliferative and inflammatory response to parasite stages in the kidney.;2. Evidence that PKD is an emerging disease includes outbreaks in new regions, declines in Swiss brown trout populations and the adoption of expensive practices by fish farms to reduce heavy losses. Disease-related mortality in wild fish populations is almost certainly underestimated because of e.g. oversight, scavenging by wild animals, misdiagnosis and fish stocking.;3. PKD prevalences are spatially and temporally variable, range from 0 to 90-100% and are typically highest in juvenile fish.;4. Laboratory and field studies demonstrate that (i) increasing temperatures enhance disease prevalence, severity and distribution and PKD-related mortality; (ii) eutrophication may promote outbreaks. Both bryozoans and T. bryosalmonae stages in bryozoans undergo temperature- and nutrient-driven proliferation.;5. Tetracapsuloides bryosalmonae is likely to achieve persistent infection of highly clonal bryozoan hosts through vertical transmission, low virulence and host condition-dependent cycling between covert and overt infections. Exploitation of fish hosts entails massive proliferation and spore production by stages that escape the immune response. Many aspects of the parasite's life cycle remain obscure. If infectious stages are produced in all hosts then the complex life cycle includes multiple transmission routes.;6. Patterns of disease outbreaks suggest that background, subclinical infections exist under normal environmental conditions. When conditions change, outbreaks may then occur in regions where infection was hitherto unsuspected.;7. Environmental change is likely to cause PKD outbreaks in more northerly regions as warmer temperatures promote disease development, enhance bryozoan biomass and increase spore production, but may also reduce the geographical range of this unique multihost-parasite system. Coevolutionary dynamics resulting from host-parasite interactions that maximise fitness in previous environments may pose problems for sustainability, particularly in view of extensive declines in salmonid populations and degradation of many freshwater habitats.

In situ cardiac performance of Atlantic cod (Gadus morhua) at cold temperatures: long-term acclimation, acute thermal challenge and the role of adrenaline

The resting and maximum in situ cardiac performance of Newfoundland Atlantic cod (Gadus morhua) acclimated to 10, 4 and 0°C were measured at their respective acclimation temperatures, and when acutely exposed to temperature changes: i.e. hearts from 10°C fish cooled to 4°C, and hearts from 4°C fish measured at 10 and 0°C. Intrinsic heart rate (f(H)) decreased from 41 beats min(-1) at 10°C to 33 beats min(-1) at 4°C and 25 beats min(-1) at 0°C. However, this degree of thermal dependency was not reflected in maximal cardiac output (Q(max) values were ~44, ~37 and ~34 ml min(-1) kg(-1) at 10, 4 and 0°C, respectively). Further, cardiac scope showed a slight positive compensation between 4 and 0°C (Q(10)=1.7), and full, if not a slight over compensation between 10 and 4°C (Q(10)=0.9). The maximal performance of hearts exposed to an acute decrease in temperature (i.e. from 10 to 4°C and 4 to 0°C) was comparable to that measured for hearts from 4°C- and 0°C-acclimated fish, respectively. In contrast, 4°C-acclimated hearts significantly out-performed 10°C-acclimated hearts when tested at a common temperature of 10°C (in terms of both Q(max) and power output). Only minimal differences in cardiac function were seen between hearts stimulated with basal (5 nmol l(-1)) versus maximal (200 nmol l(-1)) levels of adrenaline, the effects of which were not temperature dependent. These results: (1) show that maximum performance of the isolated cod heart is not compromised by exposure to cold temperatures; and (2) support data from other studies, which show that, in contrast to salmonids, cod cardiac performance/myocardial contractility is not dependent upon humoral adrenergic stimulation.

Hibernacula Microclimate and White-nose Syndrome Susceptibility in the Little Brown Myotis (Myotis lucifugus)

The objective of this project was to determine the relationship between hibernacula microclimate and White-nose Syndrome (WNS), an emerging infectious disease in bats. Microclimate was examined on a species scale and at the level of the individual bat to determine if there was a difference in microclimate preference between healthy and WNS-affected little brown myotis (Myotis lucifugus) and to determine the role of microclimate in disease progression. There is anecdotal evidence that colder, drier hibernacula are less affected by WNS. This was tested by placing rugged temperature and humidity dataloggers in field sites throughout the eastern USA, experimentally determining the response to microclimate differences in captive bats, and testing microclimate roosting preference. This study found that microclimate significantly differed from the entrance of a hibernaculum versus where bats traditionally roost. It also found hibernaculum temperature and sex had significant impacts on survival in WNS-affected bats. Male bats with WNS had increased survivability over WNS-affected female bats and WNS bats housed below the ideal growth range of the fungus that causes WNS, Geomyces destructans, had increased survival over those housed at warmer temperatures. The results from this study are immediately applicable to (1) predict which hibernacula are more likely to be infected next winter, (2) further our understanding of WNS, and (3) determine if direct mitigation strategies, such as altering the microclimate of mines, will be effective ways to combat the spread of the fungus.

Functional properties of multiple isoforms of human divalent metal-ion transporter 1 (DMT1)

DMT1 (divalent metal-ion transporter 1) is a widely expressed metal-ion transporter that is vital for intestinal iron absorption and iron utilization by most cell types throughout the body, including erythroid precursors. Mutations in DMT1 cause severe microcytic anaemia in animal models. Four DMT1 isoforms that differ in their N- and C-termini arise from mRNA transcripts that vary both at their 5'-ends (starting in exon 1A or exon 1B) and at their 3'-ends giving rise to mRNAs containing (+) or lacking (-) the 3'-IRE (iron-responsive element) and resulting in altered C-terminal coding sequences. To determine whether these variations result in functional differences between isoforms, we explored the functional properties of each isoform using the voltage clamp and radiotracer assays in cRNA-injected Xenopus oocytes. 1A/IRE+-DMT1 mediated Fe2+-evoked currents that were saturable (K(0.5)(Fe) approximately 1-2 microM), temperature-dependent (Q10 approximately 2), H+-dependent (K(0.5)(H) approximately 1 muM) and voltage-dependent. 1A/IRE+-DMT1 exhibited the provisional substrate profile (ranked on currents) Cd2+, Co2+, Fe2+, Mn2+>Ni2+, V3+>>Pb2+. Zn2+ also evoked large currents; however, the zinc-evoked current was accounted for by H+ and Cl- conductances and was not associated with significant Zn2+ transport. 1B/IRE+-DMT1 exhibited the same substrate profile, Fe2+ affinity and dependence on the H+ electrochemical gradient. Each isoform mediated 55Fe2+ uptake and Fe2+-evoked currents at low extracellular pH. Whereas iron transport activity varied markedly between the four isoforms, the activity for each correlated with the density of anti-DMT1 immunostaining in the plasma membrane, and the turnover rate of the Fe2+ transport cycle did not differ between isoforms. Therefore all four isoforms of human DMT1 function as metal-ion transporters of equivalent efficiency. Our results reveal that the N- and C-terminal sequence variations among the DMT1 isoforms do not alter DMT1 functional properties. We therefore propose that these variations serve as tissue-specific signals or cues to direct DMT1 to the appropriate subcellular compartments (e.g. in erythroid cells) or the plasma membrane (e.g. in intestine).

Spectroscopic properties of pyrene-containing DNA mimics

DNA mimics containing non-nucleosidic pyrene building blocks are described. The modified oligomers form stable hybrids, although a slight reduction in hybrid stability is observed in comparison to the unmodified DNA duplex. The nature of the interaction between the pyrene residues in single and double stranded oligomers is analyzed spectroscopically. Intra- and inter-strand stacking interactions of pyrenes are monitored by UV-absorbance as well as fluorescence spectroscopy. Excimer formation is observed in both single and double strands. In general, intrastrand excimers show fluorescence emission at shorter wavelengths (approx. 5-10 nm) than excimers formed by interstrand interactions. The existence of two different forms of excimers (intra- vs. interstrand) is also revealed in temperature dependent UV-absorbance spectra. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Transport model of the human Na+-coupled L-ascorbic acid (vitamin C) transporter SVCT1

Vitamin C (L-ascorbic acid) is an essential micronutrient that serves as an antioxidant and as a cofactor in many enzymatic reactions. Intestinal absorption and renal reabsorption of the vitamin is mediated by the epithelial apical L-ascorbic acid cotransporter SVCT1 (SLC23A1). We explored the molecular mechanisms of SVCT1-mediated L-ascorbic acid transport using radiotracer and voltage-clamp techniques in RNA-injected Xenopus oocytes. L-ascorbic acid transport was saturable (K(0.5) approximately 70 microM), temperature dependent (Q(10) approximately 5), and energized by the Na(+) electrochemical potential gradient. We obtained a Na(+)-L-ascorbic acid coupling ratio of 2:1 from simultaneous measurement of currents and fluxes. L-ascorbic acid and Na(+) saturation kinetics as a function of cosubstrate concentrations revealed a simultaneous transport mechanism in which binding is ordered Na(+), L-ascorbic acid, Na(+). In the absence of L-ascorbic acid, SVCT1 mediated pre-steady-state currents that decayed with time constants 3-15 ms. Transients were described by single Boltzmann distributions. At 100 mM Na(+), maximal charge translocation (Q(max)) was approximately 25 nC, around a midpoint (V(0.5)) at -9 mV, and with apparent valence approximately -1. Q(max) was conserved upon progressive removal of Na(+), whereas V(0.5) shifted to more hyperpolarized potentials. Model simulation predicted that the pre-steady-state current predominantly results from an ion-well effect on binding of the first Na(+) partway within the membrane electric field. We present a transport model for SVCT1 that will provide a framework for investigating the impact of specific mutations and polymorphisms in SLC23A1 and help us better understand the contribution of SVCT1 to vitamin C metabolism in health and disease.

Appearance of red mark syndrome / cold water strawberry disease in Switzerland and Austria

Red mark syndrome (RMS) or cold water strawberry disease (CWSD) is a non-lethal skin disease of rainbow trout Oncorhynchus mykiss that is of high economic importance in the UK. The disease is temperature-dependent, with up to 60% morbidity at water temperatures below 15 degrees C. Although CWSD is horizontally transmissible, the aetiology is still unknown. Here we describe the first cases of RMS on the European mainland in the alpine regions of Switzerland and Austria. In Switzerland, morbidity remained around 1% after the first outbreak, whereas in Austria no further cases were diagnosed.

Analysis of protein expression in zebrafish during gonad differentiation by targeted proteomics

The molecular mechanisms governing sex determination and differentiation in the zebrafish (Danio rerio) are not fully understood. To gain more insights into the function of specific genes in these complex processes, the expression of multiple candidates needs to be assessed, preferably on the protein level. Here, we developed a targeted proteomics method based on selected reaction monitoring (SRM) to study the candidate sex-related proteins in zebrafish which were selected based on a global proteomics analysis of adult gonads and representational difference analysis of male and female DNA, as well as on published information on zebrafish and other vertebrates. We employed the developed SRM protocols to acquire time-resolved protein expression profiles during the gonad differentiation period in vas::EGFP transgenic zebrafish. Evidence on protein expression was obtained for the first time for several candidate genes previously studied only on the mRNA level or suggested by bioinformatic predictions. Tuba1b (tubulin alpha 1b), initially included in the study as one of the potential housekeeping proteins, was found to be preferentially expressed in the adult testis with nearly absent expression in the ovary. The revealed changes in protein expression patterns associated with gonad differentiation suggest that several of the examined proteins, especially Ilf2 and Ilf3 (interleukin enhancer-binding factors 2 and 3), Raldh3 (retinaldehyde dehydrogenase type 3), Zgc:195027 (low density lipoprotein-related receptor protein 3) and Sept5a (septin 5a), may play a specific role in the sexual differentiation in zebrafish.

In situ dehydration behavior of zeolite-like pentagonite: A single-crystal X-ray study

The structural modifications upon heating of pentagonite, Ca(VO)(Si4O10)·4H2O (space group Ccm21, a=10.3708(2), b=14.0643(2), c=8.97810(10) Å, V=1309.53(3) Å3) were investigated by in situ temperature dependent single-crystal X-ray structure refinements. Diffraction data of a sample from Poona district (India) have been measured in steps of 25 up to 250 °C and in steps of 50 °C between 250 and 400 °C. Pentagonite has a porous framework structure made up by layers of silicate tetrahedra connected by V4+O5 square pyramids. Ca and H2O molecules are extraframework occupants. Room temperature diffraction data allowed refinement of H positions. The hydrogen-bond system links the extraframework occupants to the silicate layers and also interconnects the H2O molecules located inside the channels. Ca is seven-fold coordinated forming four bonds to O of the tetrahedral framework and three bonds to extraframework H2O. The H2O molecule at O9 showing a high displacement parameter is not bonded to Ca. The dehydration in pentagonite proceeds in three steps. At 100 °C the H2O molecule at O8 was released while O9 moved towards Ca. As a consequence the displacement parameter of H2O at O9 halved compared to that at room temperature. The unit-cell volume decreased to 1287.33(3) Å3 leading to a formula with 3H2O per formula unit (pfu). Ca remained seven-fold coordinated. At 175 °C Ca(VO)(Si4O10)·3H2O transformed into a new phase with 1H2O molecule pfu characterized by doubling of the c axis and the monoclinic space group Pn. Severe bending of specific TOT angles led to contraction of the porous three-dimensional framework. In addition, H2O at O9 was expelled while H2O at O7 approached a position in the center of the channel. The normalized volume decreased to 1069.44(9) Å3. The Ca coordination reduced from seven- to six-fold. At 225 °C a new anhydrous phase with space group Pna21 but without doubling of c had formed. Release of H2O at O7 caused additional contraction of TOT angles and volume reduction (V=1036.31(9) Å3). Ca adopted five-fold coordination. During heating excursion up to 400 °C this anhydrous phase remained preserved. Between room temperature and 225 °C the unit-cell volume decreased by 21% due to dehydration. The dehydration steps compare well with the thermo-gravimetric data reported in the literature.