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Hibernation is a widespread adaptation in animals to seasonally changing environmental conditions. In the face of global anthropogenic change, information about plastic adjustments to environmental conditions and associated mortality costs are urgently needed to assess population persistence of hibernating species. Here, we used a five-year data set of 1047 RFID-tagged individuals from two bat species, Myotis nattereri and Myotis daubentonii that were automatically recorded each time they entered or left a hibernaculum. Because the two species differ in foraging strategy and activity pattern during winter, we expected species–specific responses in the timing of hibernation relative to environmental conditions, as well as different mortality costs of early departure from the hibernaculum in spring. Applying mixed-effects modelling, we disentangled population-level and individual-level plasticity in the timing of departure. To estimate mortality costs of early departure, we used both a capture mark recapture analysis and a novel approach that takes into account individual exposure times to mortality outside the hibernaculum. We found that the timing of departure varied between species as well as among and within individuals, and was plastically adjusted to large-scale weather conditions as measured by the NAO (North Atlantic Oscillation) index. Individuals of M. nattereri, which can exploit milder temperatures for foraging during winter, tuned departure more closely to the NAO index than individuals of M. daubentonii, which do not hunt during winter. Both analytical approaches used to estimate mortality costs showed that early departing individuals were less likely to survive until the subsequent hibernation period than individuals that departed later. Overall, our study demonstrates that individuals of long-lived hibernating bat species have the potential to plastically adjust to changing climatic conditions, although the potential for adjustment differs between species.
We apply the charge simulation method (CSM) in order to compute the logarithmic capacity of compact sets consisting of (infinitely) many “small” components. This application allows to use just a single charge point for each component. The resulting method therefore is significantly more efficient than methods based on discretizations of the boundaries (for example, our own method presented in Liesen et al. (Comput. Methods Funct. Theory 17, 689–713, 2017)), while maintaining a very high level of accuracy. We study properties of the linear algebraic systems that arise in the CSM, and show how these systems can be solved efficiently using preconditioned iterative methods, where the matrix-vector products are computed using the fast multipole method. We illustrate the use of the method on generalized Cantor sets and the Cantor dust.
Hintergrund
Migräne ist eine hochprävalente Erkrankung, die bei betroffenen Patient*innen eine hohe Belastung sowohl durch die Kopfschmerzen an sich als auch durch die Einschränkung ihres Sozial- und Berufslebens hervorruft. Die Therapie besteht aus einer Akuttherapie der Kopfschmerzattacken sowie einer prophylaktischen Therapie zur Reduktion der Kopfschmerzfrequenz und -schwere. In der Prophylaxe stehen mit Antikörpern gegen das Calcitonin-gene-related-peptide (CGRP) und dessen Rezeptor erstmalig für die Migräne entwickelte gezielte prophylaktische Therapien zur Verfügung. Es stellt sich jedoch hierbei die Frage, ob CGRP-Antikörper lediglich symptomatisch in der Peripherie des trigemino-vaskulären-Systems wirken oder auch im zentralen Nervensystem die zugrundeliegenden pathophysiologischen Mechanismen beeinflussen, was einer krankheitsmodifizierenden Wirkung entspräche. Ziel unserer Studie war es, die Nullhypothese einer rein symptomatischen Wirkung gegen die Alternativhypothese einer Krankheitsmodifikation und somit zentralnervösen Wirkung, zu prüfen, indem bei Patient*innen mit episodischer Migräne der nozizeptive Blinkreflex vor und nach der Behandlung mit CGRP-Antikörpern untersucht wurde.
Methoden
22 Patient*innen mit episodischer Migräne (21 Frauen, 46,2 ± 13,8 Jahre alt) und 22 alters- und geschlechts-gematchte Kontrollen wurden im Rahmen dieser prospektiven Beobachtungsstudie eingeschlossen. Sie erhielten einen umfassenden Fragebogen zur Erhebung demografischer Charakteristika sowie der Kopfschmerzanamnese. Es erfolgte eine Messung des Blinkreflexes (10 Durchgänge à 6 Stimuli) vor (V0) und 3 Monate (V3) nach der Behandlung mit CGRP-Antikörpern (Kontrollen wurden einmalig gemessen). Im Rahmen der Messung wurden wiederholt schmerzhafte Stimuli supraorbital appliziert, die direkte Rückschlüsse auf die zentralnervöse Erregbarkeit des Hirnstamms als pathophysiologisch zentralen Mechanismus im Rahmen der Migräneentstehung zulassen. Die Area-under-the-curve (AUC) der R2-Komponente der Muskelsummenaktionspotentiale des Blinkreflexes sowie das Habituationsverhalten (Regressionskoeffizient über mehrere Blöcke) der stimulierten sowie nicht-stimulierten Seite wurden über 10 Blöcke hinweg evaluiert (primärer Endpunkt). Es wurde jeweils zuerst ein Test auf globale Veränderungen durchgeführt, der dann durch post-hoc-Analysen weiter spezifiziert wurde.
Ergebnisse
Alle Patient*innen zeigten eine signifikante Reduktion der Kopfschmerztage/Monat (V0: 12,4±3,3, V3: 6,6 ± 4,9) nach Beginn der Behandlung mit einem CGRP-/Rezeptorantikörper. Auf der stimulierten Seite reduzierte sich die AUC signifikant in den Blöcken eins, zwei sowie acht (Fglobal=5,86, p<0,001; block 1: R2a_s: -28%, p<0,001). Auf der nicht-stimulierten Seite zeigten sich Block eins, zwei, drei, acht sowie zehn als signifikant reduziert (Fglobal=8,22, p<0,001, block 1: R2a_ns: -22%, p=0,003). Die Veränderung der Habituation erwies sich in den Blöcken sechs, sieben, acht und zehn auf der nicht-stimulierten Seite als signifikant (Fglobal=3,07, p<0,001; block 6: R2h_ns: r=-1,36, p=0,007). Weder die AUC noch die Habituation des ersten Messtermins (V0) korrelierte mit dem späteren klinischen Ansprechen, sodass kein Prädiktor für das Therapieansprechen detektiert werden konnte (binär logistische Regression; alle Prädiktoren p>0,05).
Diskussion & Zusammenfassung
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die dreimonatige Therapie mit CGRP-Antikörpern die Erregbarkeit des Hirnstamms als Antwort auf wiederholte schmerzhafte Stimuli bei Patient*innen mit Migräne normalisiert und liefert somit Hinweise für ein krankheitsmodifizierendes Potenzial. Veränderungen der Habituation korrelierten signifikant mit der Verringerung der Kopfschmerz-Frequenz, weitere Studien sind jedoch nötig, um zu eruieren, ob Parameter als Prädiktor geeignet sind um eine Voraussage über das Therapieansprechen und das Risiko einer Verschlechterung nach Beendigung der Therapie zu ermöglichen.
Representative epidemiologic data on the average volume of the parotid gland in a large population-based MRI survey is non-existent. Within the Study of Health in Pomerania (SHIP), we examined the parotid gland in 1725 non-contrast MRI-scans in T1 weighted sequence of axial layers. Thus, a reliable standard operating procedure (Intraclass Correlation Coefficient > 0.8) could be established. In this study, we found an average, single sided parotid gland volume of 27.82 cm3 (95% confidence interval (CI) 27.15 to 28.50) in male and 21.60 cm3 (95% CI 21.16 to 22.05) in female subjects. We observed positive associations for age, body mass index (BMI), as well as male sex with parotid gland size in a multivariate model. The prevalence of incidental tumors within the parotid gland regardless of dignity was 3.94% in the Northeast German population, slightly higher than assumed. Further epidemiologic investigations regarding primary salivary gland diseases are necessary.
Kognitive Beeinträchtigungen treten bei 43-70 % der Patient*innen mit Multipler Sklerose (MS) auf [1]. Der Symbol Digit Modalities Test (SDMT) ist ein kognitiver Test, der ein empfindliches Maß für die Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit ist, und bei MS-Patient*innen häufig beeinträchtigt ist [2, 3]. In bildgebenden Studien wurden bereits die Bedeutung von Läsionen in der weißen Substanz, aber auch der grauen Substanz im Bereich des beidseitigen superioren Parietallappens (Brodman Areal [BA] 7A) für die Durchführung des SDMT hervorgehoben [4–6]. Bislang liegen jedoch nur wenige Daten speziell zur Integrität der von BA 7A absteigenden Bahnen der weißen Substanz vor. Ein Zusammenhang zwischen der Integrität des BA 7A Traktes der weißen Substanz und der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit bei Patient*innen mit Multipler Sklerose ist bisher noch unbekannt.
In dieser Studie untersuchten wir die Assoziation zwischen der Integrität des von BA 7A ausgehenden Traktes der weißen Substanz und der Leistung im SDMT in einer Gruppe von 101 MS-Erkrankten. Dazu verwendeten wir die Diffusionstensor Bildgebung (DTI), um diesen Trakt mit der probabilistischen Traktographie zu rekonstruieren. Anhand der quantifizierten mittleren fraktionalen Anisotropie (FA), ein Maß für die Abweichung von isotroper Diffusivität in allen Richtungen und der SDMT Leistung konnten wir mit und ohne Maskierung der zuvor festgestellten Läsionen der weißen Substanz mögliche Korrelationen berechnen. Dabei zeigte sich, dass die Werte der fraktionalen Anisotropie positiv mit den verminderten Ergebnissen des SDMT assoziiert waren. Für den kortikospinalen Trakt als Kontrolltrakt ergab sich diese Assoziation erwartungsgemäß nicht, da er mit motorischen und nicht mit kognitiven Beeinträchtigungen in Verbindung gebracht wird [7]. Der positive Zusammenhang blieb auch nach Maskierung der Läsionen innerhalb des BA 7A Traktes bestehen, was auf eine zusätzliche Schädigung der normal erscheinenden weißen Substanz schließen lässt.
Die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung bei Patient*innen mit Multipler Sklerose und der Integrität des BA 7A-Traktes der weißen Substanz wurde festgestellt. Durch diese Studie können weitere Erkenntnisse über die strukturelle Korrelation der weißen Substanz des Gehirns mit der kognitiven Leistung von MS-Erkrankten gewonnen werden. In der Zukunft ist eine Kombination aus strukturellen mit funktionellen Messungen sinnvoll.
Hematophagous leeches express a broad variety of secretory factors in their salivary glands; among them are hirudins, inhibitors of blood coagulation, and decorsins/ornatins, inhibitors of platelet aggregation. Here, we describe the identification and molecular and functional characterization of putative hirudins and decorsins/ornatins in two leech species of American origin, Limnobdella mexicana and Haementeria vizottoi. The leech species represent two orders of leeches, the proboscis-bearing Rhynchobdellida and the non-proboscis-bearing Arhynchobdellida. Members of the hirudin superfamily, such as hirudins or decorsins/ornatins, are described for the first time in the genus Haementeria. Both species expressed very potent inhibitors of platelet aggregation, but only the putative hirudins of L. mexicana displayed high thrombin-inhibitory potency, whereas the putative hirudin of H. vizottoi turned out to be a hirudin-like factor. The results of our study provide new insights into the evolutionary background of the blood-sucking lifestyle in leeches.
Although the common pathology of Alzheimer’s disease (AD) and white matter hyperintensities (WMH) is disputed, the gene TREML2 has been implicated in both conditions: its whole-blood gene expression was associated with WMH volume and its missense variant rs3747742 with AD risk. We re-examined those associations within one comprehensive dataset of the general population, additionally searched for cross-relations and illuminated the role of the apolipoprotein E (APOE) ε4 status in the associations. For our linear regression and linear mixed effect models, we used 1949 participants from the Study of Health in Pomerania (Germany). AD was assessed using a continuous pre-symptomatic MRI-based score evaluating a participant’s AD-related brain atrophy. In our study, increased whole-blood TREML2 gene expression was significantly associated with reduced WMH volume but not with the AD score. Conversely, rs3747742-C was significantly associated with a reduced AD score but not with WMH volume. The APOE status did not influence the associations. In sum, TREML2 robustly associated with WMH volume and AD-related brain atrophy on different molecular levels. Our results thus underpin TREML2’s role in neurodegeneration, might point to its involvement in AD and WMH via different biological mechanisms, and highlight TREML2 as a worthwhile target for disentangling the two pathologies.
The predominantly vegetative propagating duckweeds are of growing commercial interest. Since clonal accessions within a respective species can vary considerably with respect to their physiological as well as biochemical traits, it is critical to be able to track the clones of species of interest after their characterization. Here, we compared the efficacy of five different genotyping methods for Spirodela polyrhiza, a species with very low intraspecific sequence variations, including polymorphic NB-ARC-related loci, tubulin-gene-based polymorphism (TBP), simple sequence repeat variations (SSR), multiplexed ISSR genotyping by sequencing (MIG-seq), and low-coverage, reduced-representation genome sequencing (GBS). Four of the five approaches could distinguish 20 to 22 genotypes out of the 23 investigated clones, while TBP resolved just seven genotypes. The choice for a particular method for intraspecific genotyping can depend on the research question and the project budget, while the combination of orthogonal methods may increase the confidence and resolution for the results obtained.
Target Mechanisms of the Cyanotoxin Cylindrospermopsin in Immortalized Human Airway Epithelial Cells
(2022)
Cylindrospermopsin (CYN) is a cyanobacterial toxin that occurs in aquatic environments worldwide. It is known for its delayed effects in animals and humans such as inhibition of protein synthesis or genotoxicity. The molecular targets and the cell physiological mechanisms of CYN, however, are not well studied. As inhalation of CYN-containing aerosols has been identified as a relevant route of CYN uptake, we analyzed the effects of CYN on protein expression in cultures of immortalized human bronchial epithelial cells (16HBE14o−) using a proteomic approach. Proteins whose expression levels were affected by CYN belonged to several functional clusters, mainly regulation of protein stability, cellular adhesion and integration in the extracellular matrix, cell proliferation, cell cycle regulation, and completion of cytokinesis. With a few exceptions of upregulated proteins (e.g., ITI inhibitor of serine endopeptidases and mRNA stabilizer PABPC1), CYN mediated the downregulation of many proteins. Among these, centrosomal protein 55 (CEP55) and osteonectin (SPARC) were significantly reduced in their abundance. Results of the detailed semi-quantitative Western blot analyses of SPARC, claudin-6, and CEP55 supported the findings from the proteomic study that epithelial cell adhesion, attenuation of cell proliferation, delayed completion of mitosis, as well as induction of genomic instability are major effects of CYN in eukaryotic cells.
Background: Little is known about how substance use affects health-related quality of life (HRQOL) in depressed individuals. Here, associations between alcohol consumption and HRQOL in hospital and ambulatory care patients with past-year depressive symptoms are analyzed. Method: The sample consisted of 590 participants (26.8% non-drinkers) recruited via consecutive screenings. Individuals with alcohol use disorders were excluded. HRQOL was assessed with the Veterans Rand 12-item health survey (VR-12). Multivariable fractional polynomials (MFP) regression analyses were conducted (1) to test for non-linear associations between average daily consumption and HRQOL and (2) to analyze associations between alcohol consumption and the physical and mental health component summaries of the VR-12 and their subdomains. Results: Alcohol consumption was positively associated with the physical health component summary of the VR-12 (p = 0.001) and its subdomains general health (p = 0.006), physical functioning (p < 0.001), and bodily pain (p = 0.017), but not with the mental health component summary (p = 0.941) or any of its subdomains. Average daily alcohol consumption was not associated with HRQOL. Conclusion: Alcohol consumption was associated with better physical HRQOL. Findings do not justify ascribing alcohol positive effects on HRQOL. Data indicate that non-drinkers may suffer from serious health disorders. The results of this study can inform the development of future alcohol- and depression-related interventions.