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The glioblastoma multiforme (GBM) not only presents the most common tumor of the central nervous system in adults, it is also the most aggressive brain tumor. Although patients suffering from GBM standardly receive a combination of multiple treatments including surgery, radiotherapy and chemotherapy, its prognosis is still poor with a median survival time of only 12-15 months. Therefore, new and effective treatment methods are urgently needed. A signaling molecule which is both involved in proliferation, migration and invasion of a broad range of healthy and malignant cells is the lipid mediator sphingosine-1-phosphate (S1P). Previous studies have confirmed that sphingosine-1-phosphate (S1P) receptor 1 (S1PR1) is involved in the regulation of proliferation, invasion, metastasis, vascular maturation and angiogenesis of GBM cells, and is closely related to the occurrence and development of tumors. Thus, ACT-209905 (provided by Actelion Pharmaceuticals) as a selective S1PR1 modulator was applied to gain insights into the molecular processes activated by S1PR1 in GBM cells using two human (LN18, U87MG) and one murine (GL261) GBM cell line. In our in vitro cell viability analyses, we found that ACT-209905 significantly reduced viability of LN18 cells in a concentration dependent manner. A combined administration of ACT-209905 with S1PR2 inhibitors (Compound 16, Compound 16ME – both provided by ONO Pharmaceuticals, and JTE-013 – commercially available) showed a stronger effect than the single administration demonstrating that both S1PR1 and S1PR2 are involved in growth of GBM cells and may interact with each other. Our results also demonstrated that ACT-209905 can induce apoptosis in GBM cells since caspase 3 activity was induced by the S1PR1 modulator which might therefore play an important role in inhibiting the proliferation of GBM cells. Further, we found a significant inhibitory effect of ACT-209905 on the migration and invasion of LN18 and U87MG GBM cells arguing for a participation of S1PR1 signaling in migration and invasion of GBM cells, too. Stimulation of S1P receptors results in the activation of several kinases such as AKT1 and ERK1/2, correspondingly our immunoblot analyses showed a strong activation of both kinases by S1P which was reduced by ACT-209905 in LN18 cells but not in GL261 cells suggesting that different pathways are activated by S1P in these GBM cell lines. Further studies have to be performed to clarify the role of AKT1 and ERK1/2 in the inhibitory effects of ACT-209905 on GBM proliferation, migration and invasion. Currently, GBM stem cells are discussed as a reason for resistance against the radiochemotherapy and the recurrence of the tumor. Our immunoblot analyses showed that Nestin and CD133, two marker proteins for GBM stem cells, were higher expressed in GBM cells treated with ACT-209905 compared to control or S1P treated LN18 cells. Further investigations in the future might contribute to the elucidation of an involvement of the S1P receptors in the stem cell behavior of GBM cells. Paradoxically to the up-regulation of CD133 and Nestin by ACT-209905, treatment of LN18 stem-like neurospheres with ACT-209905 showed a significant cytotoxic effect of the compound which was even more pronounced in the stem-like neurosphere cells compared to the adherent parental LN18 cells. Overall, the studies of this work improve our understanding of the complex mechanisms of S1P signaling in GBM cells and might drive the development of its pharmacological modulation as a new therapeutic principle in GBM. Furthermore, an extended knowledge about the molecular effects of ACT-209905 on GBM cells will broaden the understanding for possible future applications and clinical indications.

Experience in the construction of optimized stellarators shows the coil system is a significant challenge. The precision necessary allow the generation of accurate flux surfaces in recent experiments affected both cost and schedule negatively. Moreover, recent experiments at Wendelstein 7-X have shown that small field corrections were necessary for the operation of specific desired magnetic configurations. Therefore, robust magnetic configurations in terms of coil geometry and assembly tolerances have a high potential to facilitate swifter and less expensive construction of future, optimized stellarators. We present a new coil optimization technique that is designed to seek out coil configurations that are resilient against 3D coil displacements. This stochastic version of stellarator coil optimization uses the sampling average approach to incorporate an iterative perturbation analysis into the optimization routine. The result is a robust magnetic configuration that simultaneously reproduces the target magnetic field more accurately and leads to a better fusion performing coil configuration.

Der globale Rückgang der Artenvielfalt, verursacht durch das intensive Eingreifen des Menschen in die Ökosysteme, zählt zu den großen Herausforderungen der kommenden Jahrzehnte, nicht zuletzt im Interesse des Menschen, dessen Existenz dadurch zunehmend bedroht wird. Auch Wälder sind von dieser Entwicklung betroffen. In Deutschland über Jahrhunderte zu Forsten umgebildet, die vorwiegend der Holzproduktion dienten, führte dies zu monotonen Strukturen, in denen natürliche Elemente wie Totholz nicht den notwendigen Platz haben, um die zahlreichen davon abhängigen Arten zu versorgen. Derzeit findet jedoch – ausgelöst durch wissenschaftliche Befunde – ein gesellschaftliches Umdenken statt, das natürliche Waldelemente vermehrt in Wirtschaftswälder integrieren möchte. Vor dem Hintergrund der sich durch diese Entwicklungen abzeichnenden Veränderung der Wälder wurde nun erstmals für das deutsche Bundesland Bayern flächenrepräsentativ untersucht, wie die Bevölkerung dieser Veränderung gegenübersteht, und wie die kulturellen Ökosystemleistungen von Wäldern, also die Beiträge des Ökosytems Wald für das menschliche Wohlergehen, wahrgenommen und beurteilt werden. Im Vordergrund standen dabei das natürliche Erbe und die Erholung. Dazu wurde eine repräsentative Online-Befragung mit 2473 Probanden durchgeführt, in die zwei leicht modifizierte Choice Experimente eingebunden wurden. Mit ihrer Hilfe sollten nicht nur die Präferenzen für bestimmte Waldzustände und Maßnahmen zur Sicherung der Artenvielfalt aufgedeckt, sondern auch festgestellt werden, welche Trade-offs zwischen ihren gesellschaftlichen, ökologischen und ökonomischen Folgen bestehen. Auch die Einstellung der Befragten gegenüber der Natur allgemein, und Totholz speziell, war Gegenstand der Studie. Zudem wurde über Reisekostenmodelle versucht, die Erholungsleistung der bayerischen Wälder zu bemessen, um sie in Relation zu den anderen Leistungen zu setzen. Es zeigte sich, dass die Einstellung der bayerischen Bevölkerung gegenüber der Natur und vor allem gegenüber Totholz überwiegend positiv ist, auch wenn unterschiedliche Formen der Umwelteinstellung identifiziert werden konnten. In den Präferenzanalysen ergaben sich positive Zahlungsbereitschaften für solche Waldnaturschutzprogramme, die zu einer Verbesserung der Habitatverfügbarkeit für gefährdete Arten in allen Wäldern, nicht nur in einzelnen Schutzgebieten führen würden. Dabei sind ebenfalls Unterschiede zwischen verschiedenen Waldmanagementstrategien, sowie zwischen bestimmten sozio-demographischen Subgruppen festzustellen. Darüber hinaus konnte ein hoher Wert der Erholungsleistung der bayerischen Wälder ermittelt werden, der sich nicht wesentlich verändern würde, wenn mehr natürliche Strukturen zugelassen werden. Somit wäre diese kulturelle Ökosystemleistung auch weiterhin gewährleistet, vorausgesetzt, dass keine Extremzustände angestrebt werden. Aus Sicht der Forstpraxis und des Naturschutzes ist von besonderem Interesse, dass die Trade-offs, welche zwischen der Gesellschaft und diesen beiden Akteursgruppen bestehen, allen drei Seiten zugute kommen können.

Vorhofflimmern ist die häufigste Herzrhythmusstörung des Menschen. Die Generierung neuen Wissens über Prozesse der Zellregulation und Zellkommunikation kann unser Verständnis über zugrundeliegende Pathomechanismen dieser Erkrankung erweitern und bei der Entwicklung neuer Therapiestrategien helfen. Diese Phosphoproteom-Analyse beschreibt Veränderungen des Phosphorylierungsstatus von Proteinen in HL-1 Kardiomyozyten in Abhängigkeit verschiedener Rapid Atrial Pacing (RAP) Stimulationsprotokolle. Um den Einfluss von Regenerationsphasen, wie es sie z. B. auch beim paroxysmalen Vorhofflimmern gibt, auf den Phosphorylierungsstatus von Proteinen zu untersuchen, wurden die Zellen nicht nur kontinuierlich, sondern auch in Intervallen RAP-stimuliert. Insgesamt konnten in dieser Arbeit 9626 Phosphorylierungen in 3463 Proteinen identifiziert werden, von denen 295 Phosphorylierungen in 261 Proteinen signifikant verändert waren. Stark veränderte Phosphorylierungen konnten z. B. in den Proteinen DOCK7 und MARK2 für kontinuierlich stimulierte HL-1 Zellen und OBSCN und JPH2 für Intervall-stimulierte HL-1 Zellen gefunden werden. Neben spezifisch regulierten Proteinphosphorylierungen konnten auch solche beschrieben werden, deren Regulation für kontinuierliches bzw. Intervall-RAP identisch waren (Overlap). Vertreter dieser Gruppe waren z. B. Phosphorylierungen der Proteine KCNH2 und ABLIM3. Eine Vielzahl beobachteter Unterschiede bezüglich der Richtung und Stärke der Regulation von Proteinphosphorylierungen zwischen kontinuierlich und Intervall- stimulierten HL-1 Zellen ist dabei ein deutliches Indiz für einen bestehenden Einfluss der Regenerationsphasen auf die Modulation zellulärer Signalwege. Bei der Zuordnung veränderter Protein-Phosphorylierungen zu definierten Signalwegen zeigte sich das Netrin-Signaling als signifikantes Beispiel für Signalwege, die sowohl bei kontinuierlich als auch bei Intervall-stimulierten HL-1 Zellen einer Modulation unterliegen. Veränderungen in der Regulation der Proteinphosphorylierung bzw. der Proteinexpression konnten dabei vor allem in einem bestimmten Teil des Signalweges identifiziert werden, an dem die Proteine Netrin, DCC-Rezeptor, NCK, RAC und ABLIM beteiligt sind.

Die McsB Argininkinase spielt in grampositiven Bakterien wie Bazillen, Staphylokokken und Listerien durch die Phosphorylierung von Guanidinogruppen eine gesonderte Rolle innerhalb der Familie der Kinasen. Insbesondere während der bakteriellen Stressadaptation scheint diese Art der posttranslationalen Proteinmodifikation von großer Bedeutung zu sein. Um die Funktionsweise der McsB Kinasefunktion in Verbindung mit dessen McsA Modulatorprotein besser verstehen zu können, wurden konservierte Arginine gegen Lysin substituiert. Auf diese Weise konnten entscheidende intramolekulare Positionen identifiziert werden, die für die Ausbildung der Autokinase- bzw. Phospho-Transferase Aktivität von Bedeutung sind. Diese konnten darüber hinaus in Einklang mit der McsB Struktur (Suskiewicz et al., 2019) gebracht werden. Eines der Zielproteine für die McsB vermittelte Argininphosphorylierung (Arg-P) ist dabei der CtsR Regulator, welcher die Genexpression der Clp-Maschinerie in Bacillus subtilis reprimiert. Mit Hilfe globaler Transkriptomanalysen war es möglich, neben den bereits etablierten Zielgenen auch eine Art fine-tuning Regulation des MhqR Regulons aufzuzeigen. Zwei weitere Proteine, die durch McsB vermittelte Arg-Ps beeinflusst werden, sind der Modulator der generellen Stressantwort, MgsR, und die intrinsisch inaktive Glutamat-Dehydrogenase GudB. Insbesondere GudB fällt durch die Identifikation von 15 Phospho-sites auf, wohingegen lediglich zwei Arg-P Bindungsstellen für MgsR nachgewiesen werden konnten (Elsholz et al., 2012; Schmidt et al., 2014; Trentini et al., 2016). Dennoch ist die GudB Stabilität nur geringfügig durch die McsB Kinasefunktion beeinflusst, wohingegen die MgsR Degradation entscheidend durch Arg-Ps beeinflusst scheint. Durch die Substitution der Arginine von MgsR gegen Glutamat wurde eine Art Phospho-Mimikry integriert. So konnten die Auswirkungen auf Regulatoraktivität und Stabilität von MgsR durch mögliche Arg-Ps im Detail untersucht werden. In diesem Zusammenhang wurden durch detaillierte Untersuchungen der MgsR Degradation zusätzliche Informationen zur Funktionsweise von McsB als Adapterprotein gesammelt. Dieses legten die Vermutung nahe, dass McsB nicht nur als ClpC-Adapterprotein fungiert, sondern darüber hinaus auch die ClpX-abhängige Proteindegradation unterstützt.