Heat island simulations in Londrina city, Brazil

This work aims to study the urban heat island on North region of Parana state, Brazil and the influence of land use and urban settlements on the intensity and frequency of occurrence of these events. Through atmospheric modeling whith WRF/Chem model two simulations were made with different land and use files, one with the original land use another obtained from a composition of MODIS-Landsat imagery. The simulations showed good skills compared to observed data. Urban areas presented higher temperatures. Landsat land use has represented better urban heat islands (UHI), the gradient between urban and rural areas was well demonstrated and the correlation coefficient was above 0.92. The model underestimated the maximum values and overestimated the minimum compared with observed data in both simulations.

Das wasserlösliche Chlorophyll-Protein (WSCP): biochemische Charakterisierung und Untersuchungen zur biologischen Funktion

Das WSCP (water-soluble chlorophyll protein) der Brassicaceen ist das einzig bekannte Chlorophyll-bindende Protein, welches keine Carotinoide bindet. Es ist ein wasserlösliches, ca. 80 kDa großes Homotetramer mit 1-4 gebundenen Chlorophyllen. Das Protein ist äußerst stabil und vermag die gebundenen Chlorophylle vor Photooxidation zu schützen. Seine Funktion in der Pflanze ist bis heute ein Rätsel und sollte in dieser Arbeit zusammen mit seinen biochemischen Eigenschaften weiter aufgeklärt werden. Es wurden Versuche durchgeführt mit nativem und rekombinantem WSCP aus Blumenkohl (BoWSCP bzw. BoWSCPhis) und aus Arabidopsis thaliana (AtWSCP bzw. AtWSCPhis). Die Expressionsausbeute von BoWSCPhis konnte verbessert werden und zusätzlich wurde die Rekonstitutionsmethode für das rekombinante WSCP optimiert, sodass das pigmentierte Protein mit hoher Ausbeute und großer Reinheit gewonnen werden konnte. Zudem wurde ein neuer WSCP-Klon hergestellt, mBoWSCPhis, der in seiner Sequenz dem maturen nativen BoWSCP entspricht und weitaus weniger Aggregationsprobleme zeigte als BoWSCPhis. Weiterführende Versuche zur Stabilität und dem Oligomerisierungsgrad von WSCP haben die neue Erkenntnis erbracht, dass die Phytolschwänze der von WSCP gebundenen Chlorophylle zwar essentiell sind für die Stabilität von WSCP-Oligomeren, nicht aber für die Oligomerisierung selbst, wie es in der Literatur bislang postuliert wurde. Zusätzlich zu ihrer außerordentlichen Hitzestabilität erwiesen sich die Chl-WSCP-Komplexe als stabil in einem breiten pH-Spektrum. AtWSCPhis besaß eine vergleichbare Stabilität, und auch das Oligomerisierungsverhalten zeigte Ähnlichkeiten zu BoWSCPhis. Im Rahmen einer Forschungskooperation mit dem Institut für Optik und Atomare Physik der TU Berlin wurden zeitaufgelöste Absorptionsspektren sowie Tieftemperatur-Fluoreszenzspektren an Chl-WSCP-Komplexen gemessen. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die WSCP-gebundenen Chlorophylle excitonisch gekoppelt sind und wiesen zudem auf unterschiedliche Chl-Bindungsmodi hin. Aufgrund seines einfachen Aufbaus und seines geringen Chlorophyllgehalts hat sich WSCP bei diesen Versuchen als sehr geeignetes Modellsystem erwiesen, um Messungen zur Chlorophyllbindung mit Vorhersagen aus theoretischen Modellen zu vergleichen. Bei den Experimenten zur biologischen Funktion wurden einerseits Arabidopsis thaliana WSCP-„knock-out“-Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen charakterisiert, andererseits wurden Experimente mit rekombinantem WSCP durchgeführt, um eine mögliche Interaktion mit anderen Proteinen zu detektieren. Die vegetativen Stadien der Mutante zeigten keinen Phänotyp; das native Arabidopsis-WSCP konnte später bei der Wildtyp-Pflanze ausschließlich in jungen Schoten lokalisiert werden, was eine Erklärung hierfür lieferte. Rekombinantes WSCP konnte Chlorophylle aus nativem LHCII entfernen, eine Interaktion mit Chlorophyllase konnte jedoch nicht nachgewiesen werden; daher konnte auch die Hypothese, WSCP sei ein Chl-Carrier beim Chl-Abbau, nicht untermauert werden. Bei den durchgeführten Enzym-Assays wurde eine geringfügige Inhibition der Cysteinprotease Papain beobachtet, aber keine Inhibition der Serinprotease Trypsin, obwohl Blumenkohl-WSCP N-proximal das Motiv der Künitz-Proteaseinhibitoren besitzt. Die Frage nach der biologischen Funktion von WSCP bleibt also weiterhin offen.

90 Nb: potential radionuclide for application in immuno-PET : development of appropriate production strategy and first in vivo evaluation of 90 Nb-labeled monoclonal antibody

Die Nuklearmedizin ist ein modernes und effektives Werkzeug zur Erkennung und Behandlung von onkologischen Erkrankungen. Molekulare Bildgebung, die auf dem Einsatz von Radiopharmaka basiert, beinhaltet die Einzel-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT) und Positronenemissions¬tomographie (PET) und ermöglicht die nicht-invasive Visualisierung von Tumoren auf nano-und picomolarer Ebene.rnDerzeit werden viele neue Tracer für die genauere Lokalisierung von kleinen Tumoren und Metastasen eingeführt und hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Die meisten von ihnen sind Protein-basierte Biomoleküle, die die Natur selbst als Antigene für die Tumorzellen produziert. Dabei spielen Antikörper und Antikörper-Fragmente eine wichtige Rolle in der Tumor-Diagnostik und Behandlung. Die PET-Bildgebung mit Antikörpern und Antikörperfragmenten bezeichnet man als immuno-PET. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist, dass entsprechende Radiopharmaka benötigt werden, deren Halbwertszeit mit der Halbwertszeit der Biomoleküle korreliert ist.rnIn neueren Arbeiten wird 90Nb als potenzieller Kandidat für die Anwendung in der immuno-PET vorgeschlagen. Seine Halbwertszeit von 14,6 Stunden ist geeignet für die Anwendung mit Antikörperfragmenten und einige intakten Antikörpern. 90Nb hat eine relativ hohen Anteil an Positronenemission von 53% und eine optimale Energie für die β+-Emission von 0,35 MeV, die sowohl eine hohe Qualität der Bildgebung als auch eine niedrige Aktivitätsmenge des Radionuklids ermöglicht.rnErsten grundlegende Untersuchungen zeigten: i) dass 90Nb in ausreichender Menge und Reinheit durch Protonen-Bombardierung des natürlichen Zirkonium Targets produziert, ii) aus dem Targetmaterial in entsprechender radiochemischer Reinheit isoliert und iii) zur Markierung des monoklonalen Antikörpers (Rituximab) verwendet werden kann und iv) dieser 90Nb-markierte mAb eine hohe in vitro Stabilität besitzt. Desweiteren wurde eine alternative und schnelle Abtrennungsmethode entwickelt, die es erlaubt 90Nb, mit einer geeigneten radiochemischen und radionuklidischen Reinheit für eine anschließende Markierung von Biomolekülen in einer Stunde zu aufzureinigen. Schließlich wurden erstmals 90Nb-markierte Biomolekülen in vivo untersucht. Desweiteren wurden auch Experimente durchgeführt, um den optimalen bifunktionellen Chelatbildner (BFC) für 90Niob zu finden. Mehrere BFC wurden hinsichtlich Komplexbildung mit NbV untersucht. Desferrioxamin (Df) erwies sich als geeignetster Chelator für 90Nb. Der monoklonale Antikörper Bevacizumab (Avastin®) wurde mit 90Nb markiert und eine Biodistributionsstudie und eine PET-Untersuchung durchgeführt. Alle diese Ergebnisse zeigten, dass 90Nb ein vielversprechendes Radionuklid für die Immuno-PET ist, welches sogar für weitere kommerzielle Anwendungen in der klinischen Routine geeignet zu sein scheint.rn

RAB3GAP1 und RAB3GAP2 (RAB3 GTPase-activating Protein 1/2) beeinflussen die Autophagie in C. elegans und humanen Zellen

Die Proteinhomöostase wird in der Zelle von drei Stoffwechselwegen reguliert: den molekularen Chaperonen, dem Ubiquitin-Proteasom-System und dem autophagosomalen Abbauweg. Die (Makro)Autophagie verpackt und transportiert zytosolische Komponenten in Autophagosomen zu den Lysosomen, wo sie abgebaut werden. Eine Störung dieses Abbauwegs wirkt auf die Proteostase.rnIn dieser Dissertation wurde C. elegans als Modellorganismus zur Erforschung von Proteinstabilität genutzt. In einer RNAi-vermittelten Proteostase-Analyse von Chromosom I und ausgewählter zusätzlicher Gene wurde ein Wurmstamm, der ein Luc::GFP-Konstrukt im Muskel exprimiert, genutzt. Dieses Reporterprotein aggregiert unter Hitzestressbedingungen und diese Aggregation kann durch Modulatoren der Proteostase beeinflusst werden. Dabei wurden mögliche neue Faktoren der Proteinhomöostase entdeckt. Durch weitere Experimente bei denen die Aggregation von PolyQ35::YFP im AM140-System, der Paralyse-Phänotyp und die Akkumulation Thioflavin S-gefärbter Aggregate von Aβ42 im CL2006-Wurmstamm und die Effekte auf die Autophagie mittels eines GFP::LGG1-Konstrukt analysiert wurden, konnten rbg-1 und rbg-2 als neue Modulatoren der Proteinhomöostase, insbesondere der Autophagie, identifiziert werden.rnIm Säuger bilden beide Orthologe dieser Gene, RAB3GAP1 und RAB3GAP2 den heterodimeren RAB3GAP-Komplex, der bisher nur bekannt war für die Stimulation der Umwandlung der GTP-gebundenen aktiven Form zur GDP-gebundenen inaktiven Form der RAB GTPase RAB3. In Immunoblot-Analysen und mikroskopischen Darstellungen im Säugersystem konnte gezeigt werden, dass die Effekte auf die Proteostase über den autophagosomalen Abbauweg wirken. RAB3GAP1/2 wirken als positive Stimulatoren, wenn die Lipidierung von LC3-I und der autophagische Flux von LC3-II und p62/SQSTM1 betrachtet werden. Diese Effekte werden aber nicht über die RAB GTPase RAB3 vermittelt. Die Proteine FEZ1 und FEZ2 haben einen antagonistischen Effekt auf die Autophagie und wenn alle vier Komponenten RAB3GAP1, RAB3GAP2, FEZ1 und FEZ2 zusammen herunter- oder hochreguliert werden, heben sich diese Effekte auf. In Co-Immunopräzipitationen und proteomischen Analysen konnte keine direkte Interaktion zwischen dem RAB3GAP-Komplex und FEZ1/2 oder zu anderen Autophagie-Genen nachgewiesen werden.rnHier konnte der RAB3GAP-Komplex funktionell mit Proteostase und Autophagie in C. elegans und Säugerzellen assoziiert werden. Dieser Komplex zeigt Einflüsse auf die autophagosomale Biogenese indem sie die Proteostase und die Bildung von (prä)autophagosomalen Strukturen in C. elegans und die Lipidierung von LC3 und damit den autophagischen Flux der Autophagiesubstrate LC3-II und p62/SQSTM1 in Säugerzellen beeinflusst. Darüber hinaus wirkt RAB3GAP der komplexen Autophagie-Unterdrückung durch FEZ1 und FEZ2 entgegen. Somit konnte gezeigt werden, dass RAB3GAP als neuartiger Faktor auf die autophagosomale Biogenese und somit auf die Proteostase wirkt.rn

The effect of high-energy extracorporeal shock waves on hyaline cartilage of adult rats in vivo

The aim of this study was to determine if extracorporeal shock wave therapy (ESWT) in vivo affects the structural integrity of articular cartilage. A single bout of ESWT (1500 shock waves of 0.5 mJ/mm(2)) was applied to femoral heads of 18 adult Sprague-Dawley rats. Two sham-treated animals served as controls. Cartilage of each femoral head was harvested at 1, 4, or 10 weeks after ESWT (n = 6 per treatment group) and scored on safranin-O-stained sections. Expression of tenascin-C and chitinase 3-like protein 1 (Chi3L1) was analyzed by immunohistochemistry. Quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR) was used to examine collagen (II)alpha(1) (COL2A1) expression and chondrocyte morphology was investigated by transmission electron microscopy no changes in Mankin scores were observed after ESWT. Positive immunostaining for tenascin-C and Chi3L1 was found up to 10 weeks after ESWT in experimental but not in control cartilage. COL2A1 mRNA was increased in samples 1 and 4 weeks after ESWT. Alterations found on the ultrastructural level showed expansion of the rough-surfaced endoplasmatic reticulum, detachment of the cell membrane and necrotic chondrocytes. Extracorporeal shock waves caused alterations of hyaline cartilage on a molecular and ultrastructural level that were distinctly different from control. Similar changes were described before in the very early phase of osteoarthritis (OA). High-energy ESWT might therefore cause degenerative changes in hyaline cartilage as they are found in initial OA.

Current approach to the haemodynamic management of septic shock patients in European intensive care units: a cross-sectional, self-reported questionnaire-based survey

The aim of this survey was to investigate clinicians' current approach to the haemodynamic management and resuscitation endpoints in septic shock.

Crystal structure of a CAP-DNA complex: the DNA is bent by 90 degrees

The 3 angstrom resolution crystal structure of the Escherichia coli catabolite gene activator protein (CAP) complexed with a 30-base pair DNA sequence shows that the DNA is bent by 900. This bend results almost entirely from two 400 kinks that occur between TG/CA base pairs at positions 5 and 6 on each side of the dyad axis of the complex. DNA sequence discrimination by CAP derives both from sequence-dependent distortion of the DNA helix and from direct hydrogen-bonding interactions between three protein side chains and the exposed edges of three base pairs in the major groove of the DNA. The structure of this transcription factor-DNA complex provides insights into possible mechanisms of transcription activation

Homeodomain-only protein HOP is a novel modulator of late differentiation in keratinocytes

The homeodomain-only protein (HOP) contains an atypical homeodomain which is unable to bind to DNA due to mutations in residues important for DNA binding. Recently, HOP was reported to regulate proliferation/differentiation homeostasis in different cell types. In the present study, we performed transcriptional profiling of cultured primary human keratinocytes and noted a robust induction of HOP upon calcium-induced cell differentiation. Immunohistochemistry of human skin localized HOP to the granular layer in the epidermis. Overexpression of HOP using a lentiviral vector up-regulated FLG and LOR expression during keratinocyte differentiation. Conversely, decreasing HOP expression using small interfering RNA markedly reduced the calcium-induced expression of late markers of differentiation in vitro, with the most prominent effect on profilaggrin (FLG) mRNA. Moreover, mRNA levels of profilaggrin and loricrin were downregulated in the epidermis of HOP knockout mice. Analysis of skin disorders revealed altered HOP expression in lichen planus, psoriasis and squamous cell carcinoma (SCC). Our data indicate that HOP is a novel modulator of late terminal differentiation in keratinocytes.

Association of the (CA)n repeat polymorphism of insulin-like growth factor-I and -202 A/C IGF-binding protein-3 promoter polymorphism with adult height in patients with severe growth hormone deficiency

A number of mathematical models for predicting growth and final height outcome have been proposed to enable the clinician to 'individualize' growth-promoting treatment. However, despite optimizing these models, many patients with isolated growth hormone deficiency (IGHD) do not reach their target height. The aim of this study was to analyse the impact of polymorphic genotypes [CA repeat promoter polymorphism of insulin-like growth factor-I (IGF-I) and the -202 A/C promoter polymorphism of IGF-Binding Protein-3 (IGFBP-3)] on variable growth factors as well as final height in severe IGHD following GH treatment. DESIGN, PATIENTS AND CONTROLS: One hundred seventy eight (IGF-I) and 167 (IGFBP-3) subjects with severe growth retardation because of IGHD were studied. In addition, the various genotypes were also studied in a healthy control group of 211 subjects.

Physiologic cold shock of Moraxella catarrhalis affects the expression of genes involved in the iron acquisition, serum resistance and immune evasion

Background Moraxella catarrhalis, a major nasopharyngeal pathogen of the human respiratory tract, is exposed to rapid downshifts of environmental temperature when humans breathe cold air. It was previously shown that the prevalence of pharyngeal colonization and respiratory tract infections caused by M. catarrhalis are greatest in winter. The aim of this study was to investigate how M. catarrhalis uses the physiologic exposure to cold air to upregulate pivotal survival systems in the pharynx that may contribute to M. catarrhalis virulence. Results A 26°C cold shock induces the expression of genes involved in transferrin and lactoferrin acquisition, and enhances binding of these proteins on the surface of M. catarrhalis. Exposure of M. catarrhalis to 26°C upregulates the expression of UspA2, a major outer membrane protein involved in serum resistance, leading to improved binding of vitronectin which neutralizes the lethal effect of human complement. In contrast, cold shock decreases the expression of Hemagglutinin, a major adhesin, which mediates B cell response, and reduces immunoglobulin D-binding on the surface of M. catarrhalis. Conclusion Cold shock of M. catarrhalis induces the expression of genes involved in iron acquisition, serum resistance and immune evasion. Thus, cold shock at a physiologically relevant temperature of 26°C induces in M. catarrhalis a complex of adaptive mechanisms that enables the bacterium to target their host cellular receptors or soluble effectors and may contribute to enhanced growth, colonization and virulence.

Acquisition of complement inhibitor serine protease factor I and its cofactors C4b-binding protein and factor H by Prevotella intermedia

Infection with the Gram-negative pathogen Prevotella intermedia gives rise to periodontitis and a growing number of studies implies an association of P. intermedia with rheumatoid arthritis. The serine protease Factor I (FI) is the central inhibitor of complement degrading complement components C3b and C4b in the presence of cofactors such as C4b-binding protein (C4BP) and Factor H (FH). Yet, the significance of complement inhibitor acquisition in P. intermedia infection and FI binding by Gram-negative pathogens has not been addressed. Here we show that P. intermedia isolates bound purified FI as well as FI directly from heat-inactivated human serum. FI bound to bacteria retained its serine protease activity as shown in degradation experiments with (125)I-labeled C4b. Since FI requires cofactors for its activity we also investigated the binding of purified cofactors C4BP and FH and found acquisition of both proteins, which retained their activity in FI mediated degradation of C3b and C4b. We propose that FI binding by P. intermedia represents a new mechanism contributing to complement evasion by a Gram-negative bacterial pathogen associated with chronic diseases.

Cloning and expression of the gene encoding the major surface protein 5 (MSP5) of Anaplasma phagocytophilum and potential application for serodiagnosis

BACKGROUND: Anaplasma phagocytophilum (formerly known as the human granulocytic ehrlichia, Ehrlichia equi and Ehrlichia phagocytophila) is an obligate intracellular organism causing clinical disease in humans and various species of domestic animals. OBJECTIVES: The objectives of this investigation were to sequence and clone the major surface protein 5 (MSP5) of A phagocytophilum and to evaluate the suitability of this antigen in the serologic diagnosis of anaplasmosis in humans and dogs. METHODS: The msp5 gene of A phagocytophilum was sequenced, cloned, and expressed in Escherichia coli. The predicted amino acid sequence homology of the various MSP5/major antigenic protein 2 orthologs was compared among various Anaplasma and Ehrlichia species. Recombinant MSP5 of A phagocytophilum was used in an ELISA to detect antibodies in serum samples from humans and dogs infected with the organism. RESULTS: Serum samples from 104 individuals previously diagnosed with A phagocytophilum infection, as well as samples from clinically healthy humans, were tested. In addition, multiple samples from 4 dogs experimentally infected with 2 different geographic isolates of A phagocytophilum and 5 dogs naturally infected with a Swiss isolate were tested using ELISA. Using this group of immunofluorescent antibody test-positive and immunofluorescent antibody test-negative samples, we found the overall agreement between assays to be >90%. CONCLUSIONS: These results indicate that recombinant MSP5 has potential for use as a diagnostic test antigen to detect infection with A phagocytophilum in both dogs and humans. However, sequence similarities among orthologs of MSP5 in related species of anaplasma and ehrlichia suggest that cross-reactivity among these pathogens is likely if the entire peptide is used as a test antigen.

Early resuscitation with polymerized bovine hemoglobin reverses acidosis, but not peripheral tissue oxygenation, in a severe hamster shock model

Awake hamsters equipped with the dorsal window chamber preparation were subjected to hemorrhage of 50% of the estimated blood volume. Initial resuscitation (25% of estimated blood volume) with polymerized bovine hemoglobin (PBH) or 10% hydroxyethyl starch (HES) occurred in concert with an equivolumetric bleeding to simulate the early, prehospital setting (exchange transfusion). Resuscitation (25% of estimated blood volume) without bleeding was performed with PBH, HES, or autologous red blood cells (HES-RBCs). Peripheral microcirculation, tissue oxygenation, and systemic hemodynamic and blood gas parameters were assessed. After exchange transfusion, base deficit was -8.6 +/- 3.7 mmol/L (PBH) and -5.1 +/- 5.3 mmol/L (HES) (not significant). Functional capillary density was 17% +/- 6% of baseline (PBH) and 31% +/- 11% (HES) (P < 0.05) and arteriolar diameter 73% +/- 3% of baseline (PBH) and 90% + 5% (HES) (P < 0.01). At the end, hemoglobin levels were 3.7 +/- 0.3 g/dL with HES, 8.2 +/- 0.6 g/dL with PBH, and 10.4 +/- 0.8 g/dL with HES-RBCs (P < 0.01 HES vs. PBH and HES-RBCs, P < 0.05 PBH vs. HES-RBCs). Base excess was restored to baseline with PBH and HES-RBCs, but not with HES (P < 0.05). Functional capillary density was 46% +/- 5% of baseline (PBH), 62% + 20% (HES-RBCs), and 36% +/- 19% (HES) (P < 0.01 HES-RBCs vs. HES). Peripheral oxygen delivery and consumption was highest with HES-RBCs, followed by PBH (P < 0.05 HES-RBCs vs. PBH, P < 0.01 HES-RBCs and PBH vs. HES). In conclusion, the PBH led to a correction of base deficit comparable to blood transfusion. However, oxygenation of the peripheral tissue was inferior with PBH. This was attributed to its negative impact on the peripheral microcirculation caused by arteriolar vasoconstriction.

Stejnulxin, a novel snake C-type lectin-like protein from Trimeresurus stejnegeri venom is a potent platelet agonist acting specifically via GPVI

Stejnulxin, a novel snake C-type lectin-like protein with potent platelet activating activity, was purified and characterized from Trimeresurus stejnegeri venom. Under non-reducing conditions, it migrated on a SDS-polyacrylamide gel with an apparent molecular mass of 120 kDa. On reduction, it separated into three polypeptide subunits with apparent molecular masses of 16 kDa (alpha), 20 kDa (beta1) and 22 kDa (beta2), respectively. The complete amino acid sequences of its subunits were deduced from cloned cDNAs. The N-terminal sequencing and cDNA cloning indicated that beta1 and beta2 subunits of stejnulxin have identical amino acid sequences and each contains two N-glycosylation sites. Accordingly, the molecular mass difference between beta1 and beta2 is caused by glycosylation heterogenity. The subunit amino acid sequences of stejnulxin are similar to those of convulxin, with sequence identities of 52.6% and 66.4% for the alpha and beta, respectively. Stejnulxin induced human platelet aggregation in a dose-dependent manner. Antibodies against alphaIIbbeta3 inhibited the aggregation response to stejnulxin, indicating that activation of alphaIIbbeta3 and binding of fibrinogen are involved in stejnulxin-induced platelet aggregation. Antibodies against GPIbalpha or alpha2beta1 as well as echicetin or rhodocetin had no significant effect on stejnulxin-induced platelet aggregation. However, platelet activation induced by stejnulxin was blocked by anti-GPVI antibodies. In addition, stejnulxin induced a tyrosine phosphorylation profile in platelets that resembled that produced by convulxin. Biotinylated stejnulxin bound specifically to platelet membrane GPVI.