Charakterisierung des SMC-ähnlichen Plasmidabwehrsystems MksBEFG (ein Wadjet-Typ I System) aus Corynebacterium glutamicum

For prokaryotes, horizontal gene transfer (HGT) is the main source of genetic exchange and recombination. Therefore, prokaryotic cells are constantly exposed to the risk of taking up foreign DNA. The most studied defense mechanisms are anti-phage systems. Recently, the focus shifted towards identifying unknown (anti-plasmid) systems. Especially, systems related to SMC-like complexes such as the MksBEFG (Wadjet) systems gained tremendous attention. Here, we investigated its molecular mechanism. MksG is a novel, divalent cation-dependent nuclease effectively cleaving DNA in vitro in an ATP-independent manner. Structural analysis revealed a dimeric assembly through its C-terminal domain that is homologous to the TOPRIM domain of the Topo II family of enzymes. MksG contains the corresponding catalytic ion binding site essential for DNA cleavage by topoisomerase VI. Our data showed that MksG activity is not dependent on MksBEF in vitro, but the ATPase activity of the MksBEF complex is reduced in presence of MksG and plasmid DNA. Hence, we reason that this reaction cycle, in combination with the nuclease activity, allows for loop extrusion, subsequent activation and cleavage of the invading plasmid DNA. Using SMLM & SPT, we determined the dynamics of the main enzymes. MksB is mainly confined at the cell poles. In contrast, MksG is present in three distinct populations: an ‘immobile’ population that comprises both DNA-bound and polarly anchored MksG, and two dynamic populations across the nucleoid and the cytosol. The presence of plasmid DNA directly changes MksG molecular dynamics. The polar localization of MksG is altered by MksBEF, which in turn colocalizes with DivIVA. Our data reveal that the plasmid defense mechanism is executed through the nuclease activity of MksG. It also provides evidence for the evolutionary connection between the interactions of Smc-like proteins and topoisomerases

Interaktion von Temperatur- und Gewichtsempfindungen: Der Einfluss von Perzeption auf Aktion

Im Alltag hantiert der Mensch mit Objekten unterschiedlicher Größe, Masse, Oberflächenbeschaffenheit und Temperatur. Die Interaktion zwischen Hand und Objekt wird von dessen Eigenschaften beeinflusst. Des Weiteren beeinflussen auch kognitive Faktoren die Motorik, die wiederum Sinnestäuschungen unterliegen können. Ein Beispiel ist die Temperatur-Gewichts-Illusion: kalte Gewichte fühlen sich schwerer an als neutrale Gewichte gleicher Masse. Bisher ist nicht bekannt, wie sich diese kognitiv-illusorische Komponente auf die Motorik auswirkt. Es wurden dazu 21 gesunde Personen in drei Versuchen untersucht. Zunächst wurde die Stärke einer Temperatur-Gewichts-Illusion gemessen, indem die Teilnehmenden durch Nennen von Zahlen sowie durch das Drücken eines Dynamometers angaben, als wie schwer sie kalte (18°C), neutrale (32°C) und warme (41°C) Gewichte empfanden. Des Weiteren wurde die Auswirkung der Illusion auf die Motorik untersucht, indem die temperierten Gewichte auf die nicht-dominante Haltehand platziert und dann mit dem Präzisionsgriff gegriffen wurden, wobei die Griff- und Hubkräfte der Finger gemessen wurden. Im ersten Versuch ließ sich die Illusion mit beiden Methoden nachweisen. Kalte Gewichte wurden als signifikant schwerer wahrgenommen als neutrale Gewichte gleicher Masse. Beim erstmaligen Fassen und Heben kalter und warmer Gewichte stieg die Griffkraft initial schneller an und erreichte höhere Maxima als beim Heben neutraler Gewichte gleicher Masse. Bei mehrmaligem Fassen und Heben der Objekte verschwanden die Effekte der Temperatur-Gewichts-Illusion. Deren Auswirkung auf die Handmotorik wurde in dieser Arbeit erstmals nachgewiesen, da der Krafteinsatz beim Fassen von kalten und daher vermeintlich schweren Gegenständen erhöht war. Als neurophysiologische Erklärung der Illusion werden vermutlich kutane Mechanosensoren durch Kaltreize inadäquat erregt

Neue analytische Verfahren zum Nachweis von mARC-Substraten

Im Fokus dieser Arbeit stand die Entwicklung eines Assays für das mARC-Enzymsystem, welcher im Mikrotiterplattenformat angewendet werden kann, um insbesondere Zeit- und Material einzusparen. Der Assay basiert auf der Vermessung der Eigenfluoreszenz von NADH, sodass auch die Vermessung farbiger Substanzen möglich ist, sofern diese nicht bei 465 nm fluoreszieren. Darüber hinaus ist die Anwendung im Hochdurchsatz-Screen denkbar, indem eine Übertragung auf größere Mikrotiterplattenformate (beispielsweise 384-well-Format) und die Zuhilfenahme eines Pipettierroboters durchgeführt wird. Mit diesem Assay konnten neben der Vermessung zahlreicher Substanzen weitere Substrate identifiziert und bekannte Substrate enzymkinetisch charakterisiert werden. Zudem konnte mit diesem Assay eine neue funktionelle Gruppe für das mARC-Enzymsystem, die nicht auf eine N-O-Bindung zurückzuführen ist, vermessen werden. Wasserstoffperoxid ist die erste Verbindung, anhand derer eine Reduktion einer O-O-Bindung durch das mARC-Enzymsystem nachgewiesen werden konnte. Weiterhin wurde die Reduktion von Hydroxyharnstoff zu Harnstoff genauer untersucht und es wurden erstmals übereinstimmende in-vitro und in-vivo-Daten für den Hydroxyharnstoff-Metabolismus aufgezeigt. Einige Substrate, wie Trimethylamin-N-Oxid werden mit nur sehr geringen Umsetzungsraten reduziert. Für die Beantwortung quantenmechanischer Fragestelllungen wurde das Enzymsystem gewechselt und die Reduktion von Trimethylamin-N-Oxid durch die bakterielle TMAO-Reduktase TorZ mit Hilfe des Methylviologen-Assays untersucht. In Abhängigkeit, ob eine, zwei oder alle drei Methylgruppen 13C-markiert vorliegen, konnten keine signifikanten enzymkinetischen Unterschiede detektiert werden, im Gegensatz zur theoretischen Vorhersage

First record of the robber fly Tolmerus cowini Hobby, 1946 für Schleswig-Holstein (Diptera: Asilidae)

Die in der Roten Liste der Raubfliegen Deutschlands als sehr selten klassifizierte Raubfliegenart Tolmerus cowini wurde 2022 auf der Insel Trischen erstmals für Schleswig-Holstein nachgewiesen. Weitere Vorkommen sind lediglich von wenigen Fundorten im Binnenland und von drei ostfriesischen Inseln bekannt. Der Neufund wird im Kontext der Gesamtverbreitung der Art sowie ihrer Habitatpräferenzen vorgestellt und Vorschläge zur weiteren Nachsuche unterbreitet.In 2022, the robber fly Tolmerus cowini has been detected on the island Trischen for the first time in Schleswig-Holstein. The Red List of robber flies of Germany lists this species as very rare. Further distribution is only known from few sites in the inland and from three east frisian islands. The new finding is discussed in terms of the species’s overall distribution as well as habitat preferences. Proposals for further search approaches are put forward

Open Access publizieren auf MACAU

Die Broschüre gibt einen informativen Überblick über das Verfahren des Publizierens im Open Access auf dem Publikationsserver der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, MACAU. Beschrieben wird der Weg zur Veröffentlichung. Zudem werden Themen angesprochen, die im Rahmen des Publikationsprozesses von Bedeutung sind: Rechte und Lizenzen, Metadaten, Forschungsdaten und die PDF-Erstellung.This brochure provides an informative overview of the process of publishing in Open Access on the publication server of Kiel University, MACAU. It describes the route to publication. In addition, topics are addressed that are important in the context of the publication process: Rights and licenses, metadata, research data and PDF creation

GPR68: A Proton Sensing G Protein-Coupled Receptor

G protein-coupled receptor 68 (GPR68) is an orphan receptor that is activated by extracellular acidity, plays a crucial role in various physiological processes, and is highly expressed in various types of cancer. Lack of a publicly available 3D structure of the receptor hinders the current understanding of how GPR68 senses extracellular protons. Theories suggest that extracellular histidines or a buried carboxylic triad play a role in its proton sensing function. In my doctoral thesis, I utilized protein engineering to express and purify human GPR68 in the presence of a proprietary antagonist. However, the protein quality was unsuitable for determining the structure of the receptor via X-ray crystallography and single particle cryogenic electron microscopy (cryo-EM). I then attempted to determine the structure of the zebrafish GPR68 via cryo-EM. I established a protocol for validating structural models of GPR68 based on various strategies and used the best compatible model for classical molecular dynamics to identify crucial proton sensing regions of the receptor. I found that GPR68 has a robust and highly dynamic water-mediated hydrogen-bond network that connects the extracellular histidine and carboxylate clusters to the buried carboxylates via a putative allosteric pocket of GPR68. This hydrogen bond network is sensitive to changes in the protonation states of specific buried carboxylates and may induce sufficient structural changes to allow further connection of the buried acidic residues to the intracellular G protein binding site. These observations and hypotheses were experimentally validated by establishing a homogeneous time-resolved fluorescence (HTRF) based functional assay for GPR68. Using GPR68 mutants in this assay, I have shown that specific surface carboxylates and a buried acidic residue that had no prior indication to be functional play a substantial role in the proton sensing ability of GPR68

Maria Elisabeths emblematisches Bethstübgen im Schloss vor Husum

Nach dem Tod ihres Mannes Friedrich III. von Schleswig-Holstein-Gottorf lebte Maria Elisabeth, geborene Prinzessin von Sachsen, im Schloss Husum. In der Nähe der Kapelle richtete sie einen privaten Gebetsraum (Bethstübgen) ein. Nach zeitgenössischen Angaben war dieser Raum mit Emblemen geschmückt. Die Innenausstattung ist weder erhalten noch dokumentiert. Anhand ähnlicher Räume in Südengland und Westschweden wird versucht, ein Bild von Funktion und Aussehen dieses Raumes zu zeichnen und mögliche Vorlagen in Emblembüchern zu ermitteln.After the death of her husband, Friedrich III von Schleswig-Holstein-Gottorf, Maria Elisabeth, née Princess of Saxony, lived in Husum Palace. Near the chapel, she created a private prayer room (Bethstübgen). According to contemporary authorities, this room was decorated with emblems. The interior is neither preserved nor documented. With reference to similar rooms in Southern England and Western Sweden, this article tries to reconstruct the function and appearance of this room and to determine possible templates in emblem books

Evolutionäre und genetische Aspekte der menschlichen Langlebigkeit

Many individuals do not age healthily, resulting in growing economic and healthcare challenges. Understanding the factors that contribute to healthy aging has become increasingly important. Interestingly, a small percentage of people seem to avoid the detrimental effects of aging and live longer than their peers, in part due to their genetics. My dissertation focused on identifying rare genetic variants associated with longevity and exploring the evolutionary history of known longevity genes.In part I, I analyzed whole exome sequencing data from a large German longevity cohort. In chapter 1, I focused on autophagy-related genes and identified a potential pro-longevity variant in ATG2A. This rare variant seems to increase levels of the ATG2A, potentially promoting longevity. In chapter 2, I expanded the analysis to all exome-wide variation and found that genes involved in mTOR signaling, including RPS6, FLCN, and SIK3, were significantly overrepresented. This suggests that the nutrient-sensing mTOR pathway, known to regulate lifespan in model organisms, may play a similar role in humans. These findings could provide potential targets for therapeutic interventions aimed at promoting healthy aging.Part II of my dissertation explored the evolutionary history of known longevity variants, investigating their population origins and the effects of selection. Longevity variants generally had distinct evolutionary trajectories, but shared common demographic patterns, with substantial differences in allele frequencies between early European populations. Western hunter-gatherers had higher frequencies of non-longevity alleles, while the first farmers had more pro-longevity alleles. Additionally, higher farmer ancestry in present-day Europeans was associated with an increased likelihood of becoming long-lived. These insights highlight the potential of integrating evolutionary history into modern approaches to health and aging

A Numerical Alternative for 3D Addition Theorems Based on the Bilinear Form of the Dyadic Green's Function and the Equivalence Principle

A numerical method based on the equivalence principle and the dyadic Green's function is presented. It can be used to compute the spherical-multipole amplitudes with respect to an origin in a subdomain 2 due to sources in a distinct subdomain 1. As an example, consider that subdomain 1 contains a horn antenna that is solved numerically using a commercial full-wave simulator. The radiated field serves as the incident field for subdomain 2 which contains the scatterer, in our example a lossless dielectric sphere. The proposed method is based on the equivalence currents on a Huygens surface enclosing the antenna and uses the free-space dyadic Green's function to compute the electric and magnetic fields on a sphere enclosing the scatterer. From this electromagnetic field on the spherical surface, the spherical-multipole amplitudes of the incident field with respect to the center of the sphere enclosing the scatterer are obtained numerically and can be further processed. The results obtained with this method are compared to the results solely computed by the numerical full-wave simulator

Proteinarzneimittel zur Inhalation: Untersuchung der Stabilität von Trockenpulverformulierungen während Produktion und Applikation

The pulmonary application of protein drugs broadens the therapeutical option for several severe lung diseases. The formulation as an inhalable dry powder increases the storage stability, is easy to formulate and highly environmentally friendly. For proteins these dry powders are best prepared by spray drying. The spray drying process, however, exposes the protein to various stress factors during the different phases of the process. This thesis, therefore, aimed to identify and characterise destabilising factors that occur during the production and application of inhalable protein drugs. Spray dryers using different techniques and atomisation nozzles were compared. Each exposed the protein to varying levels and types of stress factors and ultimately affected the structure of the protein in different ways. The degradation was also depending on the stage of spray drying and the spray drying temperature. As stabilising excipients glycine and mannitol were able to protect the structure of the model protein chymotrypsin during the spray drying process to a high extent. Small structural changes, however, still occurred. Furthermore, spray drying changed the dissolution behaviour of the model protein ovalbumin in terms of dissolution velocity, solubility and wettability. Dissolution behaviour analysis was found as a fast, easy to perform and sensitive method to detect changes in dry powder protein formulation. Last, the investigation of application opportunities revealed two possibilities. First, the inhalable dry powder (DPI) formulation exhibited an aerodynamic performance suitable for dry powder inhalation. Second, this work found that the formulation could be redispersed and applied using a nebuliser. This would be an option to deliver the protein drug to the lung of patients that are not able to use a DPI device, due to e. g. poor lung function