Comparative functional analysis of factors controlling glial differentiation in Drosophila and mouse

The present study is a comparative functional analysis of three factors controlling glial differentiation in mouse (Fyn Src kinase, hnRNPF/H and NG2) and their homologues in Drosophila (Src42A and 64B, Glorund and Kon-tiki (Kon)). In Drosophila, mutations in any of these genes were not associated with major embryonic neurodevelopmental phenotypes. Src kinases and Glorund were shown to be ubiquitously expressed, whereas kon mRNA showed selective expression in muscles as well as in central and peripheral glia. Kon was also shown to be expressed in L3 larvae with high levels of protein accumulation at the neuromuscular junction (NMJ) and in muscles in the form of speckles. Knockdown of kon in glia resulted in NMJ phenotypes, mainly characterized by a significant increase in bouton number and a reduction in α-Konecto staining intensity at the NMJ. From the three glial layers ensheathing the peripheral nervous system, subperineurial glial showed to be the one contributing the most to kon knockdown dependent NMJ phenotypes, while perineurial glia only had a minor role. The knockdown of kon in glia also showed to affect Glutamate receptor subunit (α-GluRIIA) clustering in the postsynapse, same as microtubule arrangement in the presynapse, as seen by α-Futsch pattern interruptions and alterations. kon knockdown in glia also resulted in impaired axonal transport, as seen by the accumulation of Bruchpilot-positive vesicles along the nerves, abnormal formation of neuronal derived protrusions and swellings, filled with vacuole-like structures. Glia number along the peripheral nerves is also reduced as consequence of kon knockdown. Muscle derived Kon was shown to accumulate at the NMJ and play a role in bouton consolidation and to interfere with phagocytosis of ghost boutons. NMJ bouton and branch number was also significantly increased in Kon overexpression in glia. The overexpression of Kon in glia also resulted in a massive elongation of the ventral nerve cord, which served in a suppressor screen to identify intracellular interaction partners of Kon in glia. It was shown that Kon is processed in glia and preliminary results indicate that the metalloendopeptidase Kuzbanian (the fly homologue of ADAM10) may play a role in the shedding of Konecto. In the present work, Kon is shown as a multifunctional gene with various roles in glia-neuron and glia-neuron-muscle interaction

Logarithmically smooth deformations of strict normal crossing logarithmically symplectic varieties

In this thesis we give a definition of the term logarithmically symplectic variety; to be precise, we distinguish even two types of such varieties. The general type is a triple $(f,nabla,omega)$ comprising a log smooth morphism $fcolon Xtomathrm{Spec}kappa$ of log schemes together with a flat log connection $nablacolon LtoOmega^1_fotimes L$ and a ($nabla$-closed) log symplectic form $omegainGamma(X,Omega^2_fotimes L)$. We define the functor of log Artin rings of log smooth deformations of such varieties $(f,nabla,omega)$ and calculate its obstruction theory, which turns out to be given by the vector spaces $H^i(X,B^bullet_{(f,nabla)}(omega))$, $i=0,1,2$. Here $B^bullet_{(f,nabla)}(omega)$ is the class of a certain complex of $mathcal{O}_X$-modules in the derived category $mathrm{D}(X/kappa)$ associated to the log symplectic form $omega$. The main results state that under certain conditions a log symplectic variety can, by a flat deformation, be smoothed to a symplectic variety in the usual sense. This may provide a new approach to the construction of new examples of irreducible symplectic manifolds.In dieser Arbeit geben wir eine Definition des Terms logarithmisch-symplektische Varietät; genau genommen unterscheiden wir sogar zwei Typen solcher Varietäten. Der allgemeinere Typ ist dabei ein Tripel $(f,nabla,omega)$ bestehend aus einem log glatten Morphismus $fcolon Xtomathrm{Spec}kappa$ von log Schemata, zusammen mit einem flachen log Zusammenhang $nablacolon LtoOmega^1_fotimes L$ und einer (bezüglich $nabla$ geschlossenen) log symplektischen Form $omegainGamma(X,Omega^2_fotimes L)$. Wir definieren den Funktor von log Artinringen der Deformationen solcher Varietäten $(f,nabla,omega)$ und berechnen dessen Hindernistheorie, die sich als durch die Vektorräume $H^i(X,B^bullet_{(f,nabla)}(omega))$, $i=0,1,2$, gegeben herausstellt. Dabei ist $B^bullet_{(f,nabla)}(omega)$ die Klasse eines gewissen Komplexes von $mathcal{O}_X$-Moduln in der derivierten Kategorie $mathrm{D}(X/kappa)$, der zur log symplektischen Form $omega$ gehört. Die Hauptresultate sagen aus, dass sich unter gewissen Voraussetzungen eine log symplektische Varietät mittels einer flachen Deformation zu einer symplektischen Varietät im üblichen Sinne glätten lässt. Dies liefert möglicherweise einen neuen Ansatz für die Konstruktion neuer Beispiele irreduzibler symplektischer Mannigfaltigkeiten.r

Mikrobielle Prozesskontrolle in Biogasanlagen durch Monitoring der Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse im Gasbereich

Der zunehmende Anteil von Strom aus erneuerbaren Energiequellen erfordert ein dynamisches Konzept, um Spitzenlastzeiten und Versorgungslücken aus der Wind- und Solarenergie ausgleichen zu können. Biogasanlagen können aufgrund ihrer hohen energetischen Verfügbarkeit und der Speicherbarkeit von Biogas eine flexible Energiebereitstellung ermöglichen und darüber hinaus über ein „Power-to-Gas“-Verfahren bei einem kurzzeitigen Überschuss von Strom eine Überlastung des Stromnetzes verhindern. Ein nachfrageorientierter Betrieb von Biogasanlagen stellt jedoch hohe Anforderungen an die Mikrobiologie im Reaktor, die sich an die häufig wechselnden Prozessbedingungen wie der Raumbelastung im Reaktor anpassen muss. Eine Überwachung des Fermentationsprozesses in Echtzeit ist daher unabdingbar, um Störungen in den mikrobiellen Gärungswegen frühzeitig erkennen und adäquat entgegenwirken zu können. rnBisherige mikrobielle Populationsanalysen beschränken sich auf aufwendige, molekularbiologische Untersuchungen des Gärsubstrates, deren Ergebnisse dem Betreiber daher nur zeitversetzt zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig ein Laser-Absorptionsspektrometer zur kontinuierlichen Messung der Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse des Methans an einer Forschungsbiogasanlage erprobt. Dabei konnten, in Abhängigkeit der Raumbelastung und Prozessbedingungen variierende Isotopenverhältnisse gemessen werden. Anhand von Isolaten aus dem untersuchten Reaktor konnte zunächst gezeigt werden, dass für jeden Methanogenesepfad (hydrogeno-troph, aceto¬klastisch sowie methylotroph) eine charakteristische, natürliche Isotopensignatur im Biogas nachgewiesen werden kann, sodass eine Identifizierung der aktuell dominierenden methanogenen Reaktionen anhand der Isotopen-verhältnisse im Biogas möglich ist. rnDurch den Einsatz von 13C- und 2H-isotopen¬markierten Substraten in Rein- und Mischkulturen und Batchreaktoren, sowie HPLC- und GC-Unter¬suchungen der Stoffwechselprodukte konnten einige bislang unbekannte C-Flüsse in Bioreaktoren festgestellt werden, die sich wiederum auf die gemessenen Isotopenverhältnisse im Biogas auswirken können. So konnte die Entstehung von Methanol sowie dessen mikrobieller Abbauprodukte bis zur finalen CH4-Bildung anhand von fünf Isolaten erstmalig in einer landwirtschaftlichen Biogasanlage rekonstruiert und das Vorkommen methylotropher Methanogenesewege nachgewiesen werden. Mithilfe molekularbiologischer Methoden wurden darüber hinaus methanoxidierende Bakterien zahlreicher, unbekannter Arten im Reaktor detektiert, deren Vorkommen aufgrund des geringen O2-Gehaltes in Biogasanlagen bislang nicht erwartet wurde. rnDurch die Konstruktion eines synthetischen DNA-Stranges mit den Bindesequenzen für elf spezifische Primerpaare konnte eine neue Methode etabliert werden, anhand derer eine Vielzahl mikrobieller Zielorganismen durch die Verwendung eines einheitlichen Kopienstandards in einer real-time PCR quantifiziert werden können. Eine über 70 Tage durchgeführte, wöchentliche qPCR-Analyse von Fermenterproben zeigte, dass die Isotopenverhältnisse im Biogas signifikant von der Zusammensetzung der Reaktormikrobiota beeinflusst sind. Neben den aktuell dominierenden Methanogenesewegen war es auch möglich, einige bakterielle Reaktionen wie eine syntrophe Acetatoxidation, Acetogenese oder Sulfatreduktion anhand der δ13C (CH4)-Werte zu identifizieren, sodass das hohe Potential einer kontinuierlichen Isotopenmessung zur Prozessanalytik in Biogasanlagen aufgezeigt werden konnte.rnDue to the arising demand for a sustainable energy supply, a dynamic approach is necessary to equalize peak load times as well as supply gaps of wind power plants and solar systems. In this connection, biogas plants feature a highly operational energetic availability and a maximum of flexibility because of the good storage properties of biogas. In addition, using the power-to-gas technique, short-time overloads of the electricity grid can be balanced by converting electricity to storable methane. However, a demand-driven operation of biogas plants makes high demands on the microbiology since the organisms need to adapt to frequently changing process conditions such as the organic loading rate. To obtain a timely recognition of disturbances within microbial fermentation pathways, a real-time monitoring of the digesters state is indispensable to ensure a timely response. rnrnSo far, microbial community analyses of anaerobic digesters were restricted to time-con¬suming laboratory investigations whose results can only be available time-delayed. In this study, for the first time a laser absorption spectroscope was applied for continuous monitoring of carbon isotopic ratios of CH4 of a full-scale anaerobic digester. As a result, varying δ13C (CH4)-values has been mea¬sured depending on the organic loading rate and the process conditions. Analyzing the natural isotopic fractionation of methanogenic pure culture isolates obtained from the reactor, a specific isotopic signature has been detected for each methanogenic pathway (hydrogenotrophic, acetoclastic and methy¬lotrophic). As a result, isotopic analyses of the biogas may provide a real-time identification of the actual predominant methanogenic processes within the bioreactor. rnrnUsing 13C and 2H isotopically labeled substrates in pure or mixed cultures and batch reactors in combination with chromatographic determinations (HPLC, GC) of the metabolic products, many previously unknown carbon flows affecting the isotopic ratio could be determined. For instance, microbial formation and degradation of methanol up to the final release of CH4 have been proven within a biogas plant fed with renewable resources for the first time. Here, methylotrophic pathways could be reconstructed on the basis of five microbial isolates. Furthermore, CH4 oxidizing bacteria of previously undescribed species have been found by the application of molecular biological methods. Right now, the occurrence of these bacteria had not been assumed due to the low concentrations of O2 within the reactor. rnrnBy constructing a synthetic DNA strain con¬tai¬n¬ing primer binding sites for eleven microbial targets representing important groups within the fermentation process, a novel technique has been established allowing the usage of a uniform copy number standard for real-time PCR analyses. During a range of 70 days, reactor samples have been withdrawn in weekly intervals to gain an insight into the microbiota. The qPCR analyses revealed that the isotopic signature is highly affected by the composition of the microbial population. Besides the detection of the predominant methanogenic pathways, it was possible to identify many bacterial reactions such as syntrophic acetate oxidation, acetogenesis and sulfate reduction on the basis of the δ13C (CH4)-values. As a consequence, it has been shown that a continuous measurement of the carbon isotopic ratio of the biogas in combination with the knowledge of the microbiota has great potential for the application as a no¬vel process monitoring option for biogas plants.r

Implementierung der Laserionenquellenfalle LIST bei ISOLDE und Validierung der Spezifikationen Effizienz und Selektivität

Die Funktionsweise der Laserionenquellenfalle LIST, sowie deren Implementierung bei der Forschungseinrichtung ISOLDE am CERN als neue Standard-Ionenquelle und die ermittelten Spezifikationen Effizienz und Selektivität werden vorgestellt.rnrnDurch die Implementierung der LIST bei ISOLDE konnte on-line mit Hilfe von Radionukliden ein Minimalwert zur Unterdrückung von Kontaminationen durch die LIST bestimmt werden. Die erfolgreiche Unterdrückung von Francium-Kontamination ermöglichte es, neue Messdaten für den mittleren Ladungsradius und die Hyperfeinstruktur für Po-217 zu erzeugen.rnrnUm die Funktionalität der LIST bei ISOLDE hinsichtlich der Ionisationseffizienz gegenüber anderen Ionenquellen einzuordnen, wurden in Mainz am RISIKO-Massenseparator mit der bereits existierenden Standard-Ionenquelle RILIS und der LIST die Effizienzen bestimmt und miteinander verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die LIST im Modus hoher Ionisationseffizienz eine vergleichbare Effizienz aufweist wie die RILIS. Im Modus zur Produktion eines hochreinen Ionenstrahls ist die Ionisationseffizienz gegenüber der RILIS reduziert.rnrnDa die Bestimmung der Selektivität im On-line-Betrieb aufwendig und zeitintensiv ist, wurde die Reinheit des Ionenstrahls am RISIKO-Massenseparator mittels Laufzeitmessungen der Ionen off-line bestimmt und analysiert. Die Zeitstrukturen der RILIS ermöglichen einerseits Rückschlüsse auf die Reinheit des Ionenstrahls zu ziehen, andererseits konnte auch die Ionisation außerhalb des Atomisators, in dem überwiegend die resonante Ionisation stattfindet, nachgewiesen werden. Durch diesen Nachweis kann der Effizienzverlust während der Produktion eines hochreinen Ionenstrahls erklärt werden. Zudem bietet er einen Ansatz für weitere Entwicklungsarbeiten der LIST zur Steigerung der Effizienz.rnrnEine Übertragung der Messergebnisse zur Zeitstruktur der RILIS auf die LIST eröffnet neue Möglichkeiten zur Steigerung deren Selektivität im massenselektiven Mode. Dieser wurde anhand von Simulationen überprüft und mit Messungen an Kalium experimentell quantifiziert.The functionality of the Laser Ion Source and Trap LIST at the research facility ISOLDE at CERN is represented. It\u27s implementation as a standard ion source and the measured specifications of the efficiency and selectivity are described.rnrnDue to the implementation of this ion source at ISOLDE the lowest suppression factor of contaminants could be measured by use of radio nuclides. New data for the mean-square charge radius and hyperfine structure of Po-217 resulted from the successful suppression of Francium contamination.rnrnTo compare the ionization efficiency of the LIST with other commonly used ion sources, measurements with the standard ISOLDE laser ion source RILIS and with the LIST at the RISIKO mass separator in Mainz were carried out. In the high efficient ionization mode the LIST showed a ionization efficiency in comparable range as the RILIS. In the high-purity ion beam mode the ionization efficiency is decreased.rnrnBecause of the complex and time-consuming measurements of the selectivity of ion sources, the radio chemical purity of the ion beam was analyzed off-line at the RISIKO mass separator in Mainz by time of flight measurements. These measurements using the RILIS allow conclusions to be drawn about the purity of the ion beam. Furthermore, the ionization process outside of the atomizer, the volume of the resonant ionization process, could be verified. The efficiency loss in the production of a high-purity ion beam by the LIST can be interpreted by this verification. Also new approaches for improvements to increase the ionization efficiency can be deduced from the measurements.rnrnA transfer of the measurements of the RILIS time structure to the LIST opens new opportunities to increase its selectivity in mass-selective operation. This behavior was checked by simulations and quantified experimentally by measurements on Potassium

LoneStar : Design and evaluation of an energy-efficient, disk-based archival storage system

Bandlaufwerke waren bisher die vorherrschende Technologie, um die anfallenden Datenmengen in Archivsystemen zu speichern. Mit Zugriffsmustern, die immer aktiver werden, und Speichermedien wie Festplatten die kostenmäßig aufholen, muss die Architektur vor Speichersystemen zur Archivierung neu überdacht werden. Zuverlässigkeit, Integrität und Haltbarkeit sind die Haupteigenschaften der digitalen Archivierung. Allerdings nimmt auch die Zugriffsgeschwindigkeit einen erhöhten Stellenwert ein, wenn aktive Archive ihre gesamten Inhalte für den direkten Zugriff bereitstellen. Ein band-basiertes System kann die hierfür benötigte Parallelität, Latenz und Durchsatz nicht liefern, was in der Regel durch festplattenbasierte Systeme als Zwischenspeicher kompensiert wird.rnIn dieser Arbeit untersuchen wir die Herausforderungen und Möglichkeiten ein festplattenbasiertes Speichersystem zu entwickeln, das auf eine hohe Zuverlässigkeit und Energieeffizienz zielt und das sich sowohl für aktive als auch für kalte Archivumgebungen eignet. Zuerst analysieren wir die Speichersysteme und Zugriffsmuster eines großen digitalen Archivs und präsentieren damit ein mögliches Einsatzgebiet für unsere Architektur. Daraufhin stellen wir Mechanismen vor um die Zuverlässigkeit einer einzelnen Festplatte zu verbessern und präsentieren sowie evaluieren einen neuen, energieeffizienten, zwei- dimensionalen RAID Ansatz der für „Schreibe ein Mal, lese mehrfach“ Zugriffe optimiert ist. Letztlich stellen wir Protokollierungs- und Zwischenspeichermechanismen vor, die die zugrundeliegenden Ziele unterstützen und evaluieren das RAID System in einer Dateisystemumgebung.Tape has been the predominant storage target for digital archives, but with workloads becoming more active and storage media like hard disk drives catching up on costs-per-byte, the archival storage stack needs to be reinvestigated. Reliability, integrity, and durability are the main goals of digital preservation, but the role of performance increases with active archives that provide near-online access to all stored data. A tape-only solution can not deliver the required parallelism, latencies, and throughput, which leads to disk-based caches as compensation.rnIn this thesis, we explore the challenges and opportunities of building a hard disk drive based storage system that aims to be highly reliable and energy efficient and is suited for active archives as well as cold storage environments. First, we analyze the storage land- scape and access behavior of a large digital archive to present a use case for the proposed architecture. Then, we develop mechanisms to improve the reliability of a single disk drive and propose and evaluate a new energy efficient two-dimensional RAID scheme that is optimized for “write once, read sometimes” workloads. Finally, we present journaling and caching schemes that support the underlying goals and evaluate the RAID scheme in a file system environment

Elektrochemische Desoxygenierung von Carbonsäureamiden und verwandten Verbindungen an der dekorierten Bleikathode

Zusammenfassung der Dissertation, Carolin Edinger, April 2015. Im Rahmen der Dissertation ist eine effiziente und zuverlässige Methode zur elektrochemischen Desoxygenierung von aromatischen Carbonsäureamiden entwickelt worden (Schema 1).[1] Unter galvanostatischen Bedingungen eignet sich das optimierte Elektrolytsystem bestehend aus 2%iger methanolischer H2SO4 und geringen Mengen an Additiv 1 in Kombination mit einer Bleikathode hervorragend in dem gewählten geteilten Zellaufbau. Schema 1: Elektrochemische Desoxygenierung aromatischer Carbonsäureamide. Untersuchungen an verschiedensten Amidsubstraten haben gezeigt, dass ein breites Spektrum an Aminen mit dieser Methode zugänglich ist und durch umfangreiche Studien konnten optimale Elektrolyseparameter gefunden werden. Außerdem wurde die Hochskalierung der Ansatzgröße an einem Testsubstrat mit hohen Aminausbeuten von bis zu 73% gewährleistet. Ein besonderes Merkmal der entwickelten Synthese ist neben milden Bedingungen und hoher Selektivität die Verwendung von Ammoniumsalzadditiven. Der positive Effekt dieser Additive auf die Desoxygenierungsreaktion ist vielfältig: Die Wasserstoffentwicklung als unerwünschte Nebenreaktion wird zu negativeren Potentialen verschoben und die Bleikathode wird durch Zurückdrängung der PbSO4-Bildung effektiv vor Korrosion geschützt. Dies konnte durch experimentelle Werte wie die Erhöhung der Produkt- und Stromausbeute durch Additivzusatz während der Elektrolyse hinreichend bestätigt werden. Aber auch zyklovoltammetrische Untersuchungen und Lichtmikroskopaufnahmen der Elektrodenoberfläche bekräftigen eindeutig diese Aussagen.[2,3] Die entwickelte elektrochemische Methode konnte zusätzlich erfolgreich auf Verbindungen übertragen werden, die mit Carbonsäureamiden verwandt sind. So gelang es, aromatische und aliphatische Sulfoxide in sehr guten Ausbeuten selektiv zu den entsprechenden Sulfiden umzusetzen. Zusätzlich konnten bereits bei weiteren, durch klassische Methoden schwer reduzierbare Stoffklassen erste Erfolge erzielt werden. So gelang es, den Grundstein zur Reduktion von Estern und Triphenylphosphinoxid zu legen und erste, vielversprechende Ergebnisse zu erlangen. Da Elektronen als Reduktionsmittel eingesetzt werden und lediglich Wasser als Nebenprodukt gebildet wird, zeichnet sich die entwickelte Desoxygenierungsmethode vor allem durch milde Bedingungen und hohe Selektivität aus. Da weder Reagenzien noch Katalysatoren verwendet werden müssen, werden Abfälle vermieden. Dadurch ist die gefundene Reduktionsmethode nicht nur kostengünstig, sondern erweist sich auch in der Reaktionsführung als vorteilhaft. Literatur: [1] C. Edinger, S. R. Waldvogel, Eur. J. Org. Chem. 2014, 2014, 5144–5148. [2] C. Edinger, V. Grimaudo, P. Broekmann, S. R. Waldvogel, ChemElectroChem 2014, 1, 1018–1022. [3] C. Edinger, S. R. Waldvogel, PCT Int. Appl. 2013, WO 2013030316A2.Abstract PhD thesis, Carolin Edinger, April 2015. An efficient and reliable method for the electrochemical deoxygenation of aromatic carboxylic acid amides has been developed (Scheme 1).[1] The optimized reaction conditions comprise an electrolyte system of 2% H2SO4 in methanol in combination with additive 1 as well as the use of a lead cathode. Scheme 1: Electrochemical deoxygenation of aromatic carboxylic acid amides. Studies on a variety of amide substrates revealed that a broad range of amines becomes accessible with the elaborated method. Furthermore, the upscaling of the batch size has been accomplished with yields of up to 73%. Aside from the mild reaction conditions, a specific feature of the developed method is the use of ammonium salt additives. Several beneficial effects of such additives have been observed. On the one hand, hydrogen evolution as undesired side reaction is shifted towards more negative potentials. On the other hand, lead corrosion (formation of PbSO4) is almost completely suppressed. These effects are expressed by improved product and current yields and were confirmed by the results of cyclic voltammetry measurements and light microscope imaging.[2,3] The developed electrochemical method was successfully transferred to substrates which are related to carboxylic acid amides. For instance, aromatic and aliphatic sulfoxides proved to be excellent substrates for this type of electroreduction. In addition, promising results have been obtained for further commonly difficult-to-reduce compounds such as carboxylic acid esters triphenylphosphine oxide. Since electrons are used as reducing agent and merely water is formed as byproduct, the developed deoxygenation reaction can be considered as a green and inexpensive method. Neither reagents nor catalysts are required and the formation of waste is therefore minimized. References: [1] C. Edinger, S. R. Waldvogel, Eur. J. Org. Chem. 2014, 2014, 5144–5148. [2] C. Edinger, V. Grimaudo, P. Broekmann, S. R. Waldvogel, ChemElectroChem 2014, 1, 1018–1022. [3] C. Edinger, S. R. Waldvogel, PCT Int. Appl. 2013, WO 2013030316A2

TBX3-Mutationsanalysen und Konstruktion einer Zelllinie für TBX2-Inhibitorscreenings

Die nahe verwandten T-box Transkriptionsfaktoren TBX2 und TBX3 werden in zahlreichen humanen Krebsarten überexprimiert, insbesondere in Brustkrebs und Melanomen. Die Überexpression von TBX2 und TBX3 hat verschiedene zelluläre Effekte, darunter die Unterdrückung der Seneszenz, die Förderung der Epithelialen-Mesenchymalen Transition sowie invasive Zellmotilität. Im Gegensatz dazu führt ein Funktionsverlust von TBX3 und der meisten anderen humanen T-box-Gene zu haploinsuffizienten Entwicklungsdefekten. Durch Sequenzierung des Exoms von Brustkrebsproben identifizierten Stephens et al. fünf verschiedene Mutationen in TBX3, welche allesamt die DNA-bindende T-box-Domäne betrafen. Die In-Frame-Deletion N212delN wurde zweimal gefunden. Aus der Anhäufung der Mutationen innerhalb der T-box-Domäne wurde geschlossen, dass TBX3 bei Brustkrebs ein Treibergen ist. Da Mutationen innerhalb der T-box-Domäne im Allgemeinen zu einem Funktionsverlust führen, aber die onkogene Aktivität von TBX3 meist auf eine Überexpression zurückzuführen ist, wurden die potentiellen Treibermutationen hinsichtlich einer verminderten oder gesteigerten TBX3-Funktion geprüft. Getestet wurden zwei In-Frame Deletionen, eine Missense- sowie eine Frameshift-Mutante bezüglich der DNA-Bindung in vitro und der Zielgen-Repression in Zellkultur. Zusätzlich wurde eine in silico Analyse der im The Cancer Genome Atlas (TCGA) gelisteten somatischen TBX-Brustkrebsmutationen durchgeführt. Sowohl die experimentelle als auch die in silico Analyse zeigten, dass die untersuchten Mutationen vorwiegend zum Verlust der TBX3-Funktion führen. Um den Mechanismus der Genrepression durch TBX3 besser zu verstehen, wurden weitere TBX3-Mutanten bezüglich ihrer Wirkung auf die p21-Promotoraktivität (p21-Luc-Reporter und endogene p21-Expression) analysiert. Wildtypische p21-Luc-Repression zeigten die zwei Mutationen S674A (Phosphorylierung) und D275K (SUMOylierung), welche posttranslationale Modifikationen verhindern, sowie die Interaktion mit dem Tumorsuppressor Rb1 unterbindende M302A/V304A-Mutation. Erstaunlicherweise war die endogene p21-Repression dieser Mutanten stärker als die des wildtypischen TBX3-Proteins. Alle drei Mutationen führten zu einer Stabilisierung des TBX3-Proteins. Die ursprünglich in Patienten mit Ulna-Mamma Syndrom identifizierte, DNA-bindungsdefekte Y149S-Mutante konnte weder p21-Luc noch endogenes p21 reprimieren. Mutationen in potentiellen Interaktionsdomänen für die Bindung der Co-Repressoren Groucho und C-terminalem Bindeprotein zeigten sowohl auf p21-Luc als auch auf endogenes p21-Gen wildtypische Repressoraktivität, so dass diese Co-Repressoren in COS-7-Zellen wahrscheinlich nicht an der Repression dieses Gens beteiligt sind. Da TBX2 und TBX3 interessante Ziele zur direkten Krebsbekämpfung darstellen, sollte ein zelluläres Reportersystem zur Identifikation TBX2-inhibierender, pharmakologisch aktiver Substanzen etabliert werden. Dazu sollte eine stabile Zelllinie mit vom p21-Promotor reguliertem d2EGFP-Reporter und Doxyzyklin-induzierbarem TBX2-Protein erzeugt werden, da ektopische Expression von TBX2 genetische Instabilität und Toxizität induzieren kann. In dieser Zelllinie sollte die TBX2-Expression zur Reduktion der d2EGFP-Fluoreszenz führen. Zur Erzeugung der Zelllinie wurden die folgenden drei Konstrukte Schritt-für-Schritt stabil in das Genom der Zielzelllinie COS-7 integriert: pEF1alpha-Tet3G, pTRE3G-TBX2 und p21-d2EGFP. Während die Herstellung der doppelt stabilen COS-7-Zelllinie gelang, scheiterte die Herstellung der dreifach stabilen Zelllinie.The closely related T-box transcription factors TBX2 and TBX3 are frequently overexpressed in various types of human cancer, in particular breast cancer and melanoma. The overexpression of TBX2 and TBX3 can have several cellular effects, among them suppression of senescence, promotion of epithelial-mesenchymal transition and invasive cell motility. In contrast, loss-of-function of TBX3 and most other human T-box genes causes haploinsufficiencency developmental defects. Stephens and colleagues identified five different mutations in TBX3 by exome sequencing of breast tumor samples, all effecting the DNA-binding T-box domain. One in-frame deletion of a single amino acid, N212delN, was observed twice. Due to the clustering of the mutations to the T-box domain, TBX3 was inferred to be a driver gene in breast cancer. Since mutations in the T-box domain generally cause loss-of-function and because the tumorigenic action of TBX3 has generally been attributed to overexpression, the putative driver mutations were analyzed whether they had loss- or gain-of-function properties. Two in-frame deletions, one missense and one frameshift mutant protein were tested for DNA binding in vitro and for target gene repression in cell culture. In addition, an in silico analysis of somatic TBX mutations in breast cancer collected in The Cancer Genome Atlas (TCGA) was performed. Both, the experimental and the in silico analysis indicate that the observed mutations predominantly cause loss-of TBX3 function. For understanding the mechanism of TBX3-dependent gene repression, additional TBX3 mutants were analyzed for their repression of p21-promotor activity (p21-Luc reporter and endogenous p21-expression). Wild-typic p21-Luc repression was observed for two mutations that interfere with posttranslational modification D275K (SUMOylation) and S674A (phosphorylation) as well as for the M302A/V304A mutant that prevents interaction with the Rb1 tumor suppressor. Surprisingly, the repression of the endogenous p21-activity by these mutant proteins was stronger than wild-type TBX3. All three mutations enhanced TBX3 protein stability. The binding deficient mutant Y149S was first detected in patients with ulnar-mammary syndrome. The mutant failed in repressing both, p21-Luc and endogenous p21. Mutations in potential interaction domains for binding of the corepressors Groucho and C-terminal binding protein showed wild-typic repression of p21-Luc as well as of endogenous p21. Apparently, these corepressors are not involved in p21-repression in COS-7 cells. As TBX2 and TBX3 are potential targets for anti-cancer treatment, I tried to generate a cellular reporter system for identifying pharmacologically active substances that can inhibit TBX2. For this purpose, a constitutive p21-d2EGFP reporter and doxycline-inducible TBX2 were used as ectopic TBX2 expression causes genomic instability and toxicity. In such a cell line, expression of TBX2 should result in a reduction of d2EGFP fluorescence. For generation of this cell line the following three constructs were integrated step-by-step into the genome of the cell line COS-7: pEF1alpha-Tet3G, pTRE3G-TBX2 and p21-d2EGFP. While generation of the double stable COS-7 cell line succeeded, generation of the triple stable cell line failed

Exact quantum Monte Carlo methods for correlated electron systems

Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung und Kombination verschiedener numerischer Methoden, sowie deren Anwendung auf Probleme stark korrelierter Elektronensysteme. Solche Materialien zeigen viele interessante physikalische Eigenschaften, wie z.B. Supraleitung und magnetische Ordnung und spielen eine bedeutende Rolle in technischen Anwendungen. Es werden zwei verschiedene Modelle behandelt: das Hubbard-Modell und das Kondo-Gitter-Modell (KLM). In den letzten Jahrzehnten konnten bereits viele Erkenntnisse durch die numerische Lösung dieser Modelle gewonnen werden. Dennoch bleibt der physikalische Ursprung vieler Effekte verborgen. Grund dafür ist die Beschränkung aktueller Methoden auf bestimmte Parameterbereiche. Eine der stärksten Einschränkungen ist das Fehlen effizienter Algorithmen für tiefe Temperaturen.rnrnBasierend auf dem Blankenbecler-Scalapino-Sugar Quanten-Monte-Carlo (BSS-QMC) Algorithmus präsentieren wir eine numerisch exakte Methode, die das Hubbard-Modell und das KLM effizient bei sehr tiefen Temperaturen löst. Diese Methode wird auf den Mott-Übergang im zweidimensionalen Hubbard-Modell angewendet. Im Gegensatz zu früheren Studien können wir einen Mott-Übergang bei endlichen Temperaturen und endlichen Wechselwirkungen klar ausschließen.rnrnAuf der Basis dieses exakten BSS-QMC Algorithmus, haben wir einen Störstellenlöser für die dynamische Molekularfeld Theorie (DMFT) sowie ihre Cluster Erweiterungen (CDMFT) entwickelt. Die DMFT ist die vorherrschende Theorie stark korrelierter Systeme, bei denen übliche Bandstrukturrechnungen versagen. Eine Hauptlimitation ist dabei die Verfügbarkeit effizienter Störstellenlöser für das intrinsische Quantenproblem. Der in dieser Arbeit entwickelte Algorithmus hat das gleiche überlegene Skalierungsverhalten mit der inversen Temperatur wie BSS-QMC. Wir untersuchen den Mott-Übergang im Rahmen der DMFT und analysieren den Einfluss von systematischen Fehlern auf diesen Übergang.rnrnEin weiteres prominentes Thema ist die Vernachlässigung von nicht-lokalen Wechselwirkungen in der DMFT. Hierzu kombinieren wir direkte BSS-QMC Gitterrechnungen mit CDMFT für das halb gefüllte zweidimensionale anisotrope Hubbard Modell, das dotierte Hubbard Modell und das KLM. Die Ergebnisse für die verschiedenen Modelle unterscheiden sich stark: während nicht-lokale Korrelationen eine wichtige Rolle im zweidimensionalen (anisotropen) Modell spielen, ist in der paramagnetischen Phase die Impulsabhängigkeit der Selbstenergie für stark dotierte Systeme und für das KLM deutlich schwächer. Eine bemerkenswerte Erkenntnis ist, dass die Selbstenergie sich durch die nicht-wechselwirkende Dispersion parametrisieren lässt. Die spezielle Struktur der Selbstenergie im Impulsraum kann sehr nützlich für die Klassifizierung von elektronischen Korrelationseffekten sein und öffnet den Weg für die Entwicklung neuer Schemata über die Grenzen der DMFT hinaus.In this thesis, various numerical methods are developed and combined to a toolbox for solving problems in the field of strongly correlated electron systems. This class of materials features many interesting physical properties, e.g., superconductivity or magnetic ordering, and has gained strong technological relevance recently. We treat two different model Hamiltonians: the Hubbard model and the Kondo lattice model (KLM). In the last decades, deep insight was gained by numerical solutions of these models. Nevertheless, the physical origin of many effects remain unrevealed, due to the restriction to certain parameter regimes in the state-of-the-art methods. One of the most severe restriction is the limited accessibility of low-temperature phases. rnrnWe present a numerically exact algorithm, based on the Blankenbecler-Scalapino-Sugar quantum Monte Carlo (BSS-QMC) method, which is highly efficient in solving the Hubbard model and the KLM at low temperatures. The method is directly applied for the investigation of the Mott transition in the two-dimensional Hubbard model. In contrast to former studies, we conclude unambiguously that no Mott transition appears at finite temperature and interaction strength.rnrnBased on this unbiased BSS-QMC algorithm, an impurity solver for the dynamical mean-field theory (DMFT) and its cluster extensions (CDMFT) is developed. The DMFT is the most prevalent method for the determination of the electronic structure of strongly correlated materials, where usual band-structure calculations break down. A main limitation for DMFT related methods is the capability of the impurity solver for the intrinsic quantum problem. The solver, developed in this thesis, retains the superior scaling of BSS-QMC with the inverse temperature. The full DMFT scheme is applied to the Mott transition in infinite dimensions, where the impact of systematic errors on the transition is studied in detail.rnrnFurther, we put a prominent topic, the neglect of nonlocal correlations within DMFT, on solid grounds: We combine direct lattice BSS-QMC and CDMFT for the half-filled anisotropic Hubbard model, the doped Hubbard model, and for the KLM. The conclusions for the different models are very distinct: While nonlocal contributions play a very important role in the two-dimensional (anisotropic) Hubbard model, the momentum dependence of the self-energy is much weaker for strongly doped systems and the KLM in the paramagnetic phase. rnrnRemarkably, we found that the self-energy can be smoothly parameterized via the non-interacting dispersion. Our discovery of this very particular momentum-space structure of the self-energy should be helpful for classifying the effects of electronic correlations and even for developing more effective approximation beyond DMFT

Polymer nanoparticles : their functionalization for biomedical applications and dynamics near an electrode

In this work, a method for the functionalization of biocompatible, poly(lactic acid)-based nanoparticles with charged moieties or fluorescent labels is presented. Therefore, a miniemulsion solvent evaporation procedure is used in which prepolymerized poly(L-lactic acid) is used together with a previously synthesized copolymer of methacrylic acid or a polymerizable dye, respectively, and an oligo(lactic acid) macromonomer. Alternatively, the copolymerization has been carried out in one step with the miniemulsion solvent evaporation. The increased stability in salty solutions of the carboxyl-modified nanoparticles compared to nanoparticles consisting of poly(lactic acid) only has been shown in light scattering experiments. The properties of the nanoparticles that were prepared with the separately synthesized copolymer were almost identical to those in which the copolymerization and particle fabrication were carried out simultaneously. During the characterization of the fluorescently labeled nanoparticles, the focus was on the stable bonding between the fluorescent dye and the rest of the polymer chain to ensure that none of it is released from the particles, even after longer storage time or during lengthy experiments. In a fluorescence correlation spectroscopy experiment, it could be shown that even after two weeks, no dye has been released into the solvent. Besides biomedical research for which the above described, functionalized nanoparticles were optimized, nanoparticles also play a role in coating technology. One possibility to fabricate coatings is the electrophoretic deposition of particles. In this process, the mobility of nanoparticles near electrode interfaces plays a crucial role. In this thesis, the nanoparticle mobility has been investigated with resonance enhanced dynamic light scattering (REDLS). A new setup has been developed in which the evanescent electromagnetic eld of a surface plasmon that propagates along the gold-sample interface has been used as incident beam for the dynamic light scattering experiment. The gold layer that is necessary for the excitation of the plasmon doubles as an electrode. Due to the penetration depth of the surface plasmon into the sample layer that is limited to ca. 200 nm, insights on the voltage- and frequency dependent mobility of the nanoparticles near the electrode could be gained. Additionally, simultaneous measurements at four different scattering angles can be carried out with this setup, therefore the investigation of samples undergoing changes is feasible. The results were discussed in context with the mechanisms of electrophoretic deposition.In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode vorgestellt, mit der biokompatible Nanopartikel aus Polymilchsäure (poly(L-lactic acid), PLLA) mit Ladungs- oder Fluoreszenzfunktionalisierung versehen werden konnen. Hierfür wurde eine Miniemulsions-Lösungsmittelverdampfungstechnik angewandt, bei der neben vorpolymerisiertem PLLA auch ein zuvor synthetisiertes Copolymer aus Methacrylsäure bzw. einem polymerisierbaren Farbstoff und einem Oligomilchsäure-Makromonomer eingesetzt wurde. Alternativ wurden die Copolymerisation gleichzeitig mit der Miniemulsion und Lösungsmittelverdampfung durchgeführt. Die erhöhte Stabilität in Salzlösungen der carboxylfunktionaliserten Nanopartikel im Vergleich zu reinen PLLA-Nanopartikeln wurde in einer Lichtstreustudie gezeigt. Hierbei waren die Eigenschaften der Partikel, die aus dem separat synthetisierten Copolymer hergestellt wurden und jenen, die aus der simultanen Durchführung des Polymerisations- und Miniemulsions-Verdampfungsschritts hervorgingen, nahezu identisch. Das Hauptaugenmerk bei der Charakterisierung der fluoreszenzmarkierten Nanopartikel lag auf einer stabilen Bindung des Fluoreszensfarbstoffs, sodass dieser auch bei Lagerung oder in längeren Experimenten nicht freigesetzt wird. Im Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie-Experiment wurde gezeigt, dass auch nach zwei Wochen keine Freisetzung des Farbstoffs in das Lösungsmittel erfolgte. Neben der biomedizinischen Forschung, für die die oben beschriebenen Nanopartikel optimiert wurden, spielen diese auch in der Beschichtungstechnologie eine Rolle. Eine Möglichkeit zur Herstellung von Beschichtungen ist die elektrophoretische Abscheidung (EPD, electrophoretic deposition) von Partikeln. Hierbei ist die Beweglichkeit von Nanopartikeln an Elektrodenoberflächen relevant. In der vorliegenden Arbeit wurde dieses mittels resonanzverstarkter dynamischer Lichtstreuung (REDLS, resonance enhanced dynamic light scattering) untersucht. Hierfür wurde ein Versuchsaufbau entwickelt, bei dem das evaneszente elektromagnetische Feld eines Oberflächenplasmons das entlang einer Gold-Proben-Grenzfläche propagiert, als einfallender Strahl für die dynamische Lichtstreuung genutzt wird. Die Goldschicht dient gleichzeitig als Elektrode. Aufgrund der limitierten Eindringtiefe des evaneszenten Feldes in die Probenschicht von ca. 200 nm konnten Erkenntnisse über die spannungs- und frequenzabhängige Beweglichkeit der Nanopartikel dicht an der Elektrode erhalten werden. Zudem ermöglicht der Aufbau die gleichzeitige Messung bei vier verschiedenen Streuwinkeln was die Untersuchung von Proben, die zeitlichen Veränderungen unterliegen, erlaubt. Die Ergebnisse wurden in Zusammenhang mit den vorgeschlagenen Mechanismen zur EPD diskutiert

Bedeutung von allelen Varianten des Hexose-Transporters Hxt3p und der Hexokinasen Hxk1p und Hxk2p für Aufnahme und Verwertung von Glucose und Fructose durch Weinhefen

In Hinsicht darauf, dass sich S. cerevisiae-Stämme im Laufe der Domestizierung und Anpassung an verschiedene Habitate genetisch verändert haben, wurde in dieser Arbeit eine repräsentative Auswahl von Labor-, kommerziellen und in der Natur vorkommenden Saccharomyces-Stämmen und ihren Interspezies-Hybriden auf die Verbreitung alleler Varianten der Hexokinase-Gene HXK1 und HXK2 getestet. Von den Hexose-Transportern stand Hxt3p im Mittelpunkt, da seine essentielle Rolle bei der Vergärung von Glucose und Fructose bereits belegt wurde.rnIn dieser Arbeit wurde gezeigt, dass es bedeutende Unterschiede in der Vergärung von Glucose und Fructose zwischen Weinhefen der Gattung Saccharomyces gibt, die z.T. mit Struktur-Varianten des Hexose-Transporter Hxt3p korrelieren. rnInsgesamt 51 Hefestämme wurden auf ihre allele Variante des HXT3-Gens untersucht. Dabei haben sich drei Hauptgruppen (die Fermichamp®-Typ Gruppe, Bierhefen und Hybrid-Stämme) mit unterschiedlichem HXT3-Allel ergeben. Im Zusammenhang mit der Weinherstellung wurden signifikante Nukleotid-Substitutionen innerhalb des HXT3-Gens der robusten S. cerevisiae-Stämme (wie z.B. Sekthefen, kommerzielle Starterkulturen) und Hybrid-Stämmen festgestellt. Diese Hefen zeichneten sich durch die Fähigkeit aus, den Most trotz stressigen Umwelt-Bedingungen (wie hohe Ethanol-Konzentration, reduzierter Ammonium-Gehalt, ungünstiges Glucose:Fructose-Verhältnis) zu vergären. rnDie Experimente deuten darauf hin, dass die HXT3-Allel-Variante des als Starterkultur verwendbaren Stammes Fermichamp®, für den verstärkten Fructose-Abbau verantwortlich ist. Ein gleiches Verhalten der Stämme mit dieser Allel-Variante wurde ebenfalls beobachtet. Getestet wurden die S. cerevisiae-Stämme Fermichamp® und 54.41, die bezüglich Hxt3p-Aminosäuresequenz gleich sind, gegenüber zwei S. cerevisiae-Stämmen mit dem HXT3-Standard-Alleltyp Fermivin® und 33. Der Unterschied in der Hexose-Verwertung zwischen Stämmen mit Fermichamp®- und Standard-Alleltyp war in der Mitte des Gärverlaufs am deutlichsten zu beobachten. Beide Gruppen, sowohl mit HXT3 Fermichamp®- als auch Fermivin®-Alleltyp vergoren die Glucose schneller als die Fructose. Der Unterschied aber zwischen diesen HXT3-Alleltypen bei der Zucker-Verwertung lag darin, dass der Fermichamp®-Typ eine kleinere Differenz in der Abbau-Geschwindigkeit der beiden Hexosen zeigte als der Fermivin®-Typ. Die Zuckeraufnahme-Messungen haben die relativ gute Fructose-Aufnahme dieser Stämme bestätigt.rnEbenfalls korrelierte der fructophile Charakter des Triple-Hybrides S. cerevisiae x S. kudriavzevii x S. bayanus-Stamm HL78 in Transportexperimenten mit verstärkter Aufnahme von Fructose im Vergleich zu Glucose. Insgesamt zeigte dieser Stamm ähnliches Verhalten wie die S. cerevisiae-Stämme Fermichamp® und 54.41. rnIn dieser Arbeit wurde ein Struktur-Modell des Hexose-Transporters Hxt3p erstellt. Als Basis diente die zu 30 % homologe Struktur des Proton/Xylose-Symporters XylE aus Escherichia coli. Anhand des Hxt3p-Modells konnten Sequenzbereiche mit hoher Variabilität (Hotspots) in drei Hxt3p-Isoformen der Hauptgruppen (die Fermichamp®-Typ Gruppe, Bierhefen und Hybrid-Stämme) detektiert werden. Diese signifikanten Aminosäure-Substitutionen, die eine mögliche Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Carriers mit sich bringen, konzentrieren sich auf drei Bereiche. Dazu gehören die Region zwischen den N- und C-terminalen Domänen, die cytosolische Domäne und der Outside-Loop zwischen Transmembranregion 9 und Transmembranregion 10. rnObwohl die Transportmessungen keinen Zusammenhang zwischen Stämmen mit unterschiedlichen HXT3-Allelen und ihrer Toleranz gegenüber Ethanol ergaben, wurde ein signifikanter Anstieg in der Zuckeraufnahme nach vorheriger 24-stündiger Inkubation mit 4 Vol% Ethanol bei den Teststämmen beobachtet. rnInsgesamt könnten allele Varianten von HXT3-Gen ein nützliches Kriterium bei der Suche nach robusten Hefen für die Weinherstellung oder für andere industrielle Anwendungen sein. Die Auswirkung dieser Modifikationen auf die Struktur und Effizienz des Hexose-Transporters, sowie der mögliche Zusammenhang mit Ethanol-Resistenz müssen weiter ausführlich untersucht werden. rnEin Zusammenhang zwischen den niedrig variablen Allel-Varianten der Hexokinase-Gene HXK1 und HXK2 und dem Zucker-Metabolismus wurde nicht gefunden. Die Hexokinasen der untersuchten Stämme wiesen allerdings generell eine signifikante geringere Affinität zu Fructose im Vergleich zu Glucose auf. Hier liegt sicherlich eine Hauptursache für den Anstieg des Fructose:Glucose-Verhältnisses im Laufe der Vergärung von Traubenmosten.rnConcerning the fact that S. cerevisiae strains have genetically altered during domestication and adaptation to different habitats, in a number of laboratory, industrial and naturally occurring Saccharomyces strains and interspecies hybrids the distribution of allelic variations of hexokinase genes HXK1 and HXK2 was studied. Because of its essential function for the whole fermentation process the hexose transporter Hxt3p was investigated.rnIn this work it was shown that there are different fermentation performances between wine yeasts of the genus Saccharomyces, which correlate partly with structural variants of the hexose transporter Hxt3p.rnA total of 51 yeast strains were evaluated for their allelic variants of the HXT3 gene. Three main groups (group with Fermichamp®-like allele, brewery yeasts and hybrid strains) with different HXT3 allele variants could be distinguished. Moreover significant nucleotide substitutions within the HXT3 gene of high performance S. cerevisiae strains (such as sparkling wine yeasts, commercial wine strains) and hybrid strains were detected. These yeasts were characterized by the ability to finish grape wine fermentations in spite of stressful environmental conditions (such as high ethanol concentration, reduced ammonia levels, unfavorable glucose: fructose ratio).rnThe experiments suggested that the HXT3 allelic variant of the commercial wine strain Fermichamp® is responsible for enhanced fructose consumption. A similar behavior in other strains harboring the same type of hexose transporter was also observed. The S. cerevisiae strains Fermichamp® and 54.41, which have the same amino acid sequence of Hxt3p, were tested against two S. cerevisiae strains Fermivin® and 33 with reference type Hxt3p. The difference in hexose consumption between strains with Fermichamp®-like allele and strains with reference allele could be observed most clearly in the middle of the fermentation process. Both groups, as well with HXT3 Fermichamp®-like allele as with HXT3 Fermivin®-like allele, fermented glucose faster than fructose. However, the Fermichamp®-type showed a smaller difference in the degradation rate of the two hexoses than the Fermivin®-type did. The sugar uptake measurements have confirmed the relatively good fructose uptake of these strains.rnIn addition, the enhanced fructose consumption of triple hybrid S. cerevisiae x S. kudriavzevii x S. bayanus strain HL78 correlated with increased uptake of fructose compared to glucose. Overall, this strain showed similar behavior to the S. cerevisiae strains Fermichamp® and 54.41.rnIn this work, a structure model of hexose transporter Hxt3p was designed, using the structure of the closely related E. coli proton/xylose symporter XylE as template. Both proteins have a sequence identity of 30.0 %. Based on the Hxt3p model, sequence regions with high variability (hotspots) in three Hxt3p isoforms of the main groups (group with Fermichamp®-like allele, brewery yeasts and hybrid strains) were detected. Significant amino acid substitutions which possibly modify the physical and chemical properties of the carrier could be identified in three regions. These regions are the interface between N-terminal and C-terminal domain, the cytosolic domain and the extracellular loop between TM9 and TM10.rnAlthough the sugar uptake measurements showed no correlation between strains with different HXT3 alleles and their tolerance to ethanol, a significant increase in sugar uptake was observed after incubation for 24 hours with 4 % ethanol.rnOverall, the allelic type of HXT3 gene may be a useful criterion to select high performance strains for winemaking and other industrial applications. The impact of these modifications on the structure and efficiency of this hexose transporter and the possible association with ethanol resistance needs further detailed investigations.rnA correlation between the low variable allelic variants of hexokinase genes HXK1 and HXK2 and sugar metabolism was not found. The hexokinases of strains studied showed, however, generally a significant lower affinity for fructose compared to glucose. This is certainly a major cause of the increase of fructose: glucose ratio during the fermentation of grape musts.r