Higher Education

During the last five years higher education research in Germany seems to be in a significant upturn. This is a side effect partly of the obvious boom of empirical educational research in general and partly of the reform movement that has affected the German higher education system since middle of the 1990s. The demand for data in the field of higher education will increase considerably in future. The available data infrastructure for higher education research in Germany consists of two complementary main sources: on the one hand the official higher education statistics, on the other hand survey-based research. All in all, there are no serious or principle obstacles to access to the available data stock. Access in particular to some of the most important surveys could be improved by the establishment of a Forschungsdatenzentrum at HIS Hochschul-Informations-System. Furthermore, there are some deficiencies in the present data provision. New topics and demands of data provision have to be integrated into official statistics and survey based research – e.g. such issues as migration status, competencies, lifelong learning, quality of studies, institutional effects, international mobility, programs to promote younger scholars etc.. In particular there is a lack of panel designs. The very new National Education Panel Study (NEPS) will eliminate some but not all of these deficiencies.

Analysis and functional characterization in embryonic mouse neocortex of a set of human-specific genes expressed in neural progenitor cells of fetal human neocortex

Einführung: Eine entscheidende Ursache für das Aufkommen der den modernen Menschen charakterisierenden kognitiven Funktionen ist in der beachtlichen Vergrößerung des menschlichen Neocortex innerhalb der letzten 5-7 Millionen Jahre zu finden. Die Identifizierung der dieser Entwicklung zu Grunde liegenden genomischen Veränderungen ist letztlich nicht nur bedeutsam für die Beantwortung der Frage, welche evolutionären Anpassungen den Menschen kennzeichnen, sondern auch für ein besseres Verständnis einer möglicherweise besonderen Anfälligkeit gegenüber neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen. Kürzlich konnten 15 menschenspezifische Gene, deren Expression sich vorzugsweise in neuronalen Vorläuferzellen (NPCs) des menschlichen fetalen Neokortexes nachweisen lässt, identifiziert werden (Florio et al., 2018). Drei davon (FAM72B, C und D) sind vor 3,4 – 1 Millionen Jahren im menschlichen Genom durch Genduplikationen entstanden und gehören zur Family of sequence similarity 72 (FAM72). Zielsetzung und Ansätze: Konkret wurde betrachtet, ob FAM72D durch die spezifischen Substitutionen von Aminosäuren eine sich von der Funktion des anzestralen Gens FAM72A unterscheidende Rolle in der neokortikalen Entwicklung einnimmt. Untersucht wurden deshalb die Effekte von FAM72A und D auf die Proliferationskapazität und Genexpression von NPCs nach der ektopen Expression von FAM72A oder D während der embryonalen Entwicklung des Neocortex der Maus. Methoden: Die in utero Elektroporation (IUE) embryonaler Mäusegehirne erfolgte zur Expression eines rot oder grün fluoreszierenden Proteins (RFP oder GFP) entweder gemeinsam mit einem leeren DNA pCAGGS Vektor als Kontrollbedingung oder aber einem pCAGGS-FAM72A oder pCAGGS-FAM72D Plasmid. Die in der zweiten Ergebnissektion (Results II) präsentierten IUE wurden dabei im dorsolateralen Neokortex zum Höhepunkt der Neurogenese am 14. Entwicklungstag (E 14.5) durchgeführt, im Unterschied zu den Experimenten in der dritten Sektion (Results III), die im medialen Neokortex am 18. Entwicklungstag (E 18.5) während der Spätphase der embryonalen Neurogenese realisiert wurden. Die Proliferation der NPCs wurde durch Immunfluoreszenzanalysen zweier Marker (Ki67 und phosphoryliertes Histon 3) bestimmt. Zudem wurde die Häufigkeit wichtiger Subtypen von NPCs ebenfalls durch Immunfluoreszenzanalysen eines Markers für basale intermediäre Vorläuferzellen (bIPs → Tbr2) sowie für basale und apikale radiale Gliazellen (aRGs, bRGs → Sox2) ermittelt. Die Gliogenese wurde durch Olig2 Immunfluoreszenz quantifiziert. Weitere Experimente wurden durchgeführt, um die Fähigkeit der NPCs, den Zellzyklus nach der IUE von FAM72D erneut einzuleiten, zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde schwangeren Mäusen 24 h nach der IUE das Thymidin-Analogon 5-Ethinyl-2'-desoxyuridin (EdU) intraperitoneal injiziert. Damit wurden alle Zellen markiert, die sich zu diesem Zeitpunkt in der S-Phase des Zellzyklus befanden und damit den Zellzyklus nach der IUE fortsetzten. Nach weiteren 24 h (48 h post-IUE) erfolgte die Auswertung: alle Ki67- und EdU-doppelt positiven Zellen wurden als solche betrachtet, die den Zellzyklus nach IUE fortführten (EdU+) und nach weiteren 24 h noch immer proliferierten (Ki67+). Zur Durchführung der Transkriptomanalyse wurden Mäuse am 13. Entwicklungstag mit pCAGGS-GFP und entweder dem leeren DNA-Vektor (pCAGGS, Kontrolle) oder einem die Expression von FAM72A (pCAGGS-FAM72A) oder FAM72D (pCAGGS-FAM72D) ermöglichenden Vektor elektroporiert. Anschließend wurden die elektroporierten dorsolateralen neokortikalen Bereiche am 14. Entwicklungstag mikroskopisch seziert und in einzelne Zellen dissoziiert. Die Isolation der elektroporierten (GFP+) Zellen erfolgte aus den Einzelzellsuspensionen durch Fluoreszenz-aktivierte Zellsortierung (FACS). Im Anschluss wurden die isolierten Zellen für die RNA-Sequenzierung vorbereitet. Die primäre Datenanalyse der Ergebnisse der RNA-Sequenzierung wurde entsprechend etablierter Protokolle durchgeführt (Florio et al., 2015). Ergebnisse: Die Analyse der Immunfluoreszenzquanitfizierungen (Results II und III) ergab keine signifikanten Veränderungen der proliferativen Parameter oder der Häufigkeit der NPCs in der ventrikulären Zone (VZ) oder subventrikulären Zone (SVZ) des sich entwickelnden Mausneokortex nach der ektopen Expression von FAM72A oder FAM72D im Vergleich zur Kontrollbedingung. Die Transkriptomanalyse (Results IV) zeigte jedoch 88 signifikant hoch- und 52 herunterregulierte Gene in Folge der FAM72A sowie 91 signifikant hoch- und 67 herunterregulierte Gene nach der FAM72D Expression im Vergleich zur Kontrolle. Es wurde festgestellt, dass nur zwei dieser differentiell exprimierten Gene in Folge der ektopen Expression sowohl von FAM72A als auch FAM72D hochreguliert wurden und ein Expressionslevel > 1 fpkm aufwiesen: Syde1 und Shisa5. Darüber hinaus wurden sechs Gene mit > 1 fpkm identifiziert, die spezifisch nach der Expression von FAM72D hochreguliert waren: Tapbp, Mtfp1, Slitrk5, Parp9, Cnp, Rbm43. Darüber hinaus zeigte die Genontologie-Analyse (Gen Ontology) eine signifikante Anreicherung von Angiogenese-assoziierten Genen (z. B. Vegfc) im Datensatz der artifiziell FAM72A exprimierenden Zellen. Interessanterweise konnte beobachtet werden, dass unter den im Vergleich zur Kontrolle differentiell exprimierten Genen mehr Gene mit typischer Expression in NPCs in Folge von FAM72D als FAM72A Expression hochreguliert und mehr NPC typische Gene nach FAM72A Expression herunterreguliert wurden. Im Falle der Gene, deren Expression eher in Neuronen zu finden ist, zeigte sich ein entgegengesetztes Bild (Results IV). Diese Befunde lassen den vorsichtigen Schluss zu, dass FAM72D stärker als FAM72A die Aufrechterhaltung von NPC-Eigenschaften positiv beeinflussen kann. Schlussfolgerungen: In einer früheren Studie erhöhte der Knockdown von Fam72a in NPCs erwachsener Mäuse die Neurogenese (Benayoun et al., 2014). Dies legt in Verbindung mit den vorliegenden Ergebnissen nahe, dass FAM72A und FAM72D nicht hinreichend, möglicherweise jedoch notwendig sind, um die Aufrechterhaltung des Vorläuferzellcharakters von NPCs zu fördern (Results II, III). Aus diesem Grund sollte das in dieser Studie verfolgte Gain of Function Design durch einen Loss of Function Ansatz ergänzt werden. Als Modellsystem bieten sich hierfür insbesondere Hirnorganoide aus Stammzellen des Schimpansen oder Menschen an. Da alle der kürzlich identifizierten menschenspezifischen Gene in den gleichen NPCs exprimiert werden, sollte auch die potenzielle synergistische Wirkung auf die NPC-Proliferation der FAM72 und der zwölf anderen humanspezifischen Gene wie etwa ARHGAP11B analysiert werden. Neben anderen möglichen Mechanismen, die auf Grundlage der Genexpressionsanalyse im Diskussionsteil dieser Arbeit (Results IV und Discussion) erörtert wurden, könnte die Hochregulierung von Slitrk5 in Folge der ektopen Expression des humanspezifischen FAM72D besonders relevant sein. Es ist bekannt, dass Slitrk5 am Recycling des TrKB-Rezeptors beteiligt ist (Song et al., 2015), der wiederum grundlegende Aspekte der Gehirnentwicklung beeinflusst. Ebenfalls konnte bereits gezeigt werden, dass FAM72A die Funktion des TrKB Rezeptors hemmt (Nehar et al., 2009). Somit ist denkbar, dass FAM72D im menschlichen Neokortex die Wiederherstellung der TrKB-Rezeptorfunktion indirekt über Slitrk5 verbessert und dadurch wesentliche Parameter wie das Überleben von Vorläuferzellen und die Neurogenese beim Menschen verlängern oder verstärken könnte. Diese Studie stellt damit die erste funktionelle Charakterisierung der evolutionär hochinteressanten, die FAM72 Gene beinhaltende Region des menschlichen Genoms während der Entwicklung in utero dar. Daraus ergeben sich zahlreiche Ansatzpunkte für zukünftige Untersuchungen, die in ihrer Gesamtheit ein umfassendes Verständnis der Evolution des menschlichen Gehirns ermöglichen werden.:1 INTRODUCTION 11 1.1 WHAT MADE US HUMAN? 11 1.2 THE NEOCORTEX 12 1.2.1 Origin and structure 12 1.2.2 Neurogenesis in the developing neocortex 14 1.2.3 How to increase the neuronal output 18 1.3 EVOLUTION AND GENE DUPLICATION 19 1.3.1 Gene duplication and evolutionary novelty 19 1.3.2 Mechanisms of replication 21 1.3.3 Fates of duplicated genes 22 1.3.4 Which genes tend to duplicate? 24 1.3.5 Human adaptation and gene duplication 24 1.4 HUMAN-SPECIFIC SIGNATURES OF NEOCORTICAL EXPANSION 25 1.5 IDENTIFICATION OF HUMAN-SPECIFIC GENES EXPRESSED IN THE DEVELOPING NEOCORTEX.. 25 1.6 FAMILY WITH SEQUENCE SIMILARITY 72 (FAM72) 26 1.6.1 Evolutionary origin 26 1.6.2 Subcellular localization 27 1.6.3 Cell cycle regulation 28 1.6.4 NPC maintenance 28 2 AIMS & APPROACHES 30 3 RESULTS I 31 3.1 FROM GENES TO PROTEINS: 1 FAMILY – 4 PARALOGUES 31 3.2 FAM72 MRNA EXPRESSION LEVELS IN THE DEVELOPING MOUSE AND HUMAN NEOCORTEX 32 3.3 COMPUTATIONAL ANALYSES 34 3.3.1 Proportion of cysteines 34 3.3.2 Transmembrane domain 34 3.4 AMPLIFICATION, SUBCLONING AND MUTAGENESIS 36 3.4.1 Amplification from human cDNA 36 3.4.2 Verification of the pCAGGs vectors 36 4 RESULTS II 38 4.1 ECTOPIC EXPRESSION OF FAM72A AND FAM72D IN THE MOUSE DORSOLATERAL NEOCORTEX AT MID-NEUROGENESIS 38 4.2 NPC PROLIFERATION 39 4.2.1 Assessment of NPC proliferation using Ki67 immunofluorescence 39 4.2.2 Cell cycle reentry 41 4.2.3 Assessment of mitosis using PH3 immunofluorescence 43 4.2.4 Conclusion 45 4.3 NPC ABUNDANCE 46 4.3.1 Assessment of NPC abundance using Tbr2 and Sox2 immunofluorescence 46 4.3.2 Conclusion 49 5 RESULTS III 50 5.1 ECTOPIC EXPRESSION OF FAM72A and FAM72D IN THE MOUSE MEDIAL CORTEX AT LATE-NEUROGENESIS 50 5.2 NPC PROLIFERATION 51 5.2.1 Assessment of the NPC proliferation using Ki67 immunofluorescence 51 5.3 NPC ABUNDANCE 52 5.3.1 Assessment of NPC abundance using Tbr2 and Sox2 immunofluorescence 52 5.4 GLIOGENESIS 53 5.4.1 Assessment of gliogenesis using Olig2 immunofluorescence 53 5.5 CONCLUSION 54 6 RESULTS IV 55 6.1 DIFFERENCES IN GENE EXPRESSION UPON ANCESTRAL FAM72A AND HUMAN-SPECIFIC FAM72D EXPRESSION AT MID-NEUROGENESIS 55 6.1.1 Rationale and experimental setup 55 6.2 DIFFERENTIALLY EXPRESSED GENES UPON ECTOPIC FAM72A AND FAM72D EXPRESSION IN THE DEVELOPING MOUSE DORSOLATERAL NEOCORTEX 56 6.3 UPREGULATED GENES UPON THE ECTOPIC FAM72A OR FAM72D EXPRESSION 57 6.3.1 Upregulated genes upon the ectopic FAM72A and FAM72D expression 57 6.3.2 Upregulated genes upon the ectopic FAM72A or D expression – cut off: fpkm >1 58 6.3.3 Upregulated genes upon the ectopic FAM72A and D expression – cut off: fpkm >1 59 6.4 UPREGULATED GENES SPECIFICALLY UPON THE ECTOPIC FAM72D EXPRESSION – CUT OFF: FPKM >1 60 6.4.1 Tapbp (TAP binding protein, Tapasin) 60 6.4.2 Mtfp1 (mitochondrial fission protein 1, Mtp18) 61 6.4.3 Slitrk5 (Slit and Ntrk-like protein 5) 61 6.4.4 Parp9 (Poly(ADP-ribose) polymerase 9) 63 6.4.5 Cnp (2',3'-Cyclic-nucleotide 3'-phosphodiesterase) 63 6.4.6 Rbm43 (RNA binding motif protein 43) 65 6.5 DOWNREGULATED GENES UPON THE ECTOPIC FAM72A OR FAM72D EXPRESSION 66 6.5.1 Downregulated genes upon the ectopic FAM72A or D expression – cut off: fpkm >1 66 6.5.2 Downregulated genes upon ectopic FAM72A expression – cut off: fpkm >1 66 6.5.3 Downregulated genes upon ectopic FAM72D expression – cut off: fpkm >1 67 6.6 GENES PREVIOUSLY SHOWN TO BE DIFFERENTIALLY EXPRESSED UPON FORCED FAM72A EXPRESSION 69 6.6.1 Cell cycle regulators 69 6.6.2 Tumor suppressor genes 69 6.6.3 PROTEINS PREVIOUSLY OBSERVED TO INTERACT WITH FAM72A 70 6.7 EFFECT OF ECTOPIC FAM72A AND FAM72D EXPRESSION ON GENES IMPLICATED IN NEURAL LINEAGE FATE DECISION 70 6.7.1 Upregulated and NPC-enriched genes 71 6.7.2 Downregulated and NPC-enriched genes 73 6.7.3 Upregulated and neuron-enriched genes 74 6.7.4 Downregulated and neuron-enriched genes 75 6.8 GO ENRICHMENT ANALYSIS 75 6.9 CONCLUSION 75 7 DISCUSSION 78 7.1 WHAT MAKES US HUMAN? 78 7.2 IN UTERO ELECTROPORATION OF A HUMAN-SPECIFIC GENE IN THE DEVELOPING MOUSE NEOCORTEX 81 7.2.1 Opportunities and limitations of the approach 81 7.3 THE FAMILY OF SEQUENCE SIMILARITY 72 AND HUMAN UNIQUENESS 83 7.3.1 Cell cycle regulation and NPC maintenance 83 7.3.2 Cell death 84 7.3.3 Neurogenic period 85 7.3.4 TrkB signaling 85 7.3.5 Mitochondria 86 7.3.6 Angiogenesis 88 7.3.7 An evolutionary immunological adaptation in the brain? 89 7.3.8 FAM72 and SRGAP2 90 7.3.9 FAM72, Neanderthals, and lncRNAs 91 7.4 FUTURE DIRECTIONS 92 7.4.1 Loss of function 92 7.4.2 Gain of function 92 8 SUMMARY / ZUSAMMENFASSUNG 95 8.1 SUMMARY 95 8.2 ZUSAMMENFASSUNG 98 9 MATERIALS AND METHODS 101 9.1 CHART OF ALL EXPERIMENTS 101 9.2 COMPUTATIONAL ANALYSIS 101 9.2.1 Reference sequences and multiple sequence alignments 101 9.2.2 Transmembrane domain prediction 102 9.3 AMPLIFICATION, SUBCLONING, MUTAGENESIS 102 9.3.1 Amplification from human brain cDNA 102 9.3.2 Subcloning 103 9.2.3 Mutagenesis 103 9.4 PLASMID VERIFICATION 104 9.4.1 Transfection of Cos7 cells 104 9.4.2 Immunoblots 104 9.4.3 In situ hybridization (ISH) 105 9.5 MICE 105 9.6 IN UTERO ELECTROPORATION 105 9.7 FIXATION AND CRYOSECTIONS 106 9.8 IMMUNOFLUORESCENCE AND ANTIBODIES 106 9.9 EDU DETECTION 107 9.10 IMAGE ACQUISITION 108 9.11 STATISTICS 108 9.12 MICRODISSECTION AND SINGLE CELL SUSPENSION 108 9.13 FACS 109 9.14 RNA SEQUENCING 109 9.15 TRANSCRIPTOME ANALYSIS 110 10 REFERENCES 111 11 APPENDIX 145 11.1 CONFERENCE PRESENTATION 145 V. ACKNOWLEDGMENTS 146Introduction: The higher cognitive functions that characterize modern humans can be attributed to the cerebral neocortex and its remarkable expansion in size during the last 5 – 7 million years of human evolution. The identification of the underlying genomic changes will be not only of importance to better understand the unique complexity of the human brain, but also its susceptibility to neurological and psychiatric diseases. Recently, 15 human-specific genes preferentially expressed in neural progenitor cells (NPCs) of the human fetal neocortex were identified (Florio et al., 2018). Three of them, FAM72B, C and D belong to the Family of sequence similarity 72 (FAM72) and occurred in the human genome by gene duplication 3.4 – 1 mya. Aims & Approaches: Specifically, it was asked whether FAM72D plays a diverse role compared to the ancestral FAM72A (Results II, III, IV) due to the specific sets of amino acid substitutions it acquired (Results I). Effects of FAM72A and FAM72D on the proliferative capacity and gene expressions of embryonic mouse NPCs were analyzed upon ectopic expression either of FAM72A or FAM72D during embryonic mouse neocortical development. Methods: In utero electroporation (IUE) of embryonic mouse brains was performed to drive the expression of a red or green fluorescent protein (RFP or GFP) either plus empty DNA vector (pCAGGS; control), pCAGGS-FAM72A or pCAGGS-FAM72D plasmids in the dorsolateral neocortex at mid-neurogenesis (embryonic day 13.5, E13.5; Results II) or in the medial neocortex at late-neurogenesis (E15.5; Results III). NPC proliferation was evaluated by immunofluorescence of Ki67 (immunohistochemistry, IHC), a cell proliferation marker, and phosphorylated Histone H3 (PH3), a marker of cell mitosis. Moreover, the abundance of NPCs using immunofluorescence of basal intermediate progenitor (Tbr2) and apical and basal radial glia (Sox2) markers, and the gliogenesis by Olig2 immunofluorescence was analyzed. Additional experiments were carried out to study the capacity of NPCs to reenter the cell cycle upon IUE of FAM72D. To this end, pregnant mice were intraperitoneally injected with the thymidine analog 5-Ethynyl-2´-deoxyuridine (EdU) 24 h post-IUE, to label all cells undergoing S-phase of the cell cycle (i.e., all cells that reentered the cell cycle after IUE) in the developing mouse brains. Embryonic brains were collected 24 h after EdU injection and co-stained with Ki67. Ki67 and EdU double positive cells were considered as cells that reentered the cell cycle. To execute the transcriptome analysis E13.5 mice were electroporated with pCAGGS-GFP either plus an empty DNA vector (pCAGGS, control), a vector driving expression of FAM72A (pCAGGS-FAM72A) or FAM72D (pCAGGS-FAM72D). Subsequently, the electroporated dorsolateral neocortical areas were microdissected at E14.5 and dissociated into single cells. The electroporated (GFP+) cells were isolated from the single cell suspensions by the fluorescence-activated cell sorting (FACS). The isolated cells were processed for RNA sequencing. Data analysis was performed as previously reported (Florio et al., 2015). Results: By immunohistochemistry, no significant changes in any of the proliferative parameters or in the abundance of progenitors in the ventricular zone (VZ) and subventricular zone (SVZ) of the developing mouse neocortex upon ectopic expression of FAM72D compared to FAM72A and control samples were detected (Results II, III). However, the transcriptome analysis (Results IV) showed 88 significantly up- and 52 down-regulated genes upon FAM72A and 91 significantly up- and 67 downregulated genes upon FAM72D expression compared to the control. Only two of these differentially expressed genes were found to be upregulated upon FAM72A and FAM72D with an expression >1 fpkm: Syde1 and Shisa5. Besides, six genes specifically upregulated upon ectopic expression of FAM72D exhibiting fpkm > 1 were identified and characterized using the existing literature: Tapbp, Mtfp1, Slitrk5, Parp9, Cnp, Rbm43. Beyond that, gene ontology analysis showed significant enrichment of angiogenesis-related genes (e.g., Vegfc) upon FAM72A expression. Interestingly, there were more genes found to be enriched in NPCs that were upregulated compared to control upon FAM72D than FAM72A expression, but more NPC enriched genes downregulated upon FAM72A compared to FAM72D expression. In the case of differentially expressed neuron-enriched genes, the data was were inverse, which slightly supports the idea that FAM72D rather than FAM72A could positively affect the maintenance of NPC characteristics. Conclusions: In a previous study knockdown of Fam72a in adult mouse NPCs increased neurogenesis (Benayoun et al., 2014). This suggests, in conjunction with the present results, that FAM72A and FAM72D are not sufficient, but may be required, to promote NPC maintenance (Results II, III). This is why the gain of function experiments conducted in this study should be complemented by a loss of function approach in the developing mouse neocortex, in chimpanzee or human-derived brain organoids. Because of their expression in the NPCs of the developing human neocortex, it might be productive to analyze the potential synergistic effect on NPC proliferation of the FAM72s and the 12 other human-specific genes such as ARHGAP11B. Among other mechanisms discussed based on the gene expression analysis in this thesis (Results IV and Discussion), the upregulation of Slitrk5 upon ectopic expression of the human-specific FAM72D could be particularly remarkable. Slitrk5 is known to be involved in the recycling of the TrKB receptor (Song et al., 2015), which affects fundamental aspects of brain development. While FAM72A was found to inhibit the TrKB receptor (Nehar et al., 2009), the occurrence of FAM72D could indirectly rescue the TrKB receptor function via Slitrk5 and thereby prolonging or enhancing essential features such as precursor cell survival and neurogenesis in humans. Therefore, this study provides the first functional characterization of the evolutionary highly interesting region in the human genome comprising the FAM72 genes during embryonic neocortical development in vivo and offers numerous starting points for further investigations, that will collectively facilitate a comprehensive understanding of the genomic adaptations underlying the astonishing evolution of the human brain.:1 INTRODUCTION 11 1.1 WHAT MADE US HUMAN? 11 1.2 THE NEOCORTEX 12 1.2.1 Origin and structure 12 1.2.2 Neurogenesis in the developing neocortex 14 1.2.3 How to increase the neuronal output 18 1.3 EVOLUTION AND GENE DUPLICATION 19 1.3.1 Gene duplication and evolutionary novelty 19 1.3.2 Mechanisms of replication 21 1.3.3 Fates of duplicated genes 22 1.3.4 Which genes tend to duplicate? 24 1.3.5 Human adaptation and gene duplication 24 1.4 HUMAN-SPECIFIC SIGNATURES OF NEOCORTICAL EXPANSION 25 1.5 IDENTIFICATION OF HUMAN-SPECIFIC GENES EXPRESSED IN THE DEVELOPING NEOCORTEX.. 25 1.6 FAMILY WITH SEQUENCE SIMILARITY 72 (FAM72) 26 1.6.1 Evolutionary origin 26 1.6.2 Subcellular localization 27 1.6.3 Cell cycle regulation 28 1.6.4 NPC maintenance 28 2 AIMS & APPROACHES 30 3 RESULTS I 31 3.1 FROM GENES TO PROTEINS: 1 FAMILY – 4 PARALOGUES 31 3.2 FAM72 MRNA EXPRESSION LEVELS IN THE DEVELOPING MOUSE AND HUMAN NEOCORTEX 32 3.3 COMPUTATIONAL ANALYSES 34 3.3.1 Proportion of cysteines 34 3.3.2 Transmembrane domain 34 3.4 AMPLIFICATION, SUBCLONING AND MUTAGENESIS 36 3.4.1 Amplification from human cDNA 36 3.4.2 Verification of the pCAGGs vectors 36 4 RESULTS II 38 4.1 ECTOPIC EXPRESSION OF FAM72A AND FAM72D IN THE MOUSE DORSOLATERAL NEOCORTEX AT MID-NEUROGENESIS 38 4.2 NPC PROLIFERATION 39 4.2.1 Assessment of NPC proliferation using Ki67 immunofluorescence 39 4.2.2 Cell cycle reentry 41 4.2.3 Assessment of mitosis using PH3 immunofluorescence 43 4.2.4 Conclusion 45 4.3 NPC ABUNDANCE 46 4.3.1 Assessment of NPC abundance using Tbr2 and Sox2 immunofluorescence 46 4.3.2 Conclusion 49 5 RESULTS III 50 5.1 ECTOPIC EXPRESSION OF FAM72A and FAM72D IN THE MOUSE MEDIAL CORTEX AT LATE-NEUROGENESIS 50 5.2 NPC PROLIFERATION 51 5.2.1 Assessment of the NPC proliferation using Ki67 immunofluorescence 51 5.3 NPC ABUNDANCE 52 5.3.1 Assessment of NPC abundance using Tbr2 and Sox2 immunofluorescence 52 5.4 GLIOGENESIS 53 5.4.1 Assessment of gliogenesis using Olig2 immunofluorescence 53 5.5 CONCLUSION 54 6 RESULTS IV 55 6.1 DIFF

Higher education

During the last five years higher education research in Germany seems to be in a significant upturn. This is a side effect partly of the obvious boom of empirical educational research in general and partly of the reform movement that has affected the German higher education system since middle of the 1990s. The demand for data in the field of higher education will increase considerably in future. The available data infrastructure for higher education research in Germany consists of two complementary main sources: on the one hand the official higher education statistics, on the other hand survey-based research. All in all, there are no serious or principle obstacles to access to the available data stock. Access in particular to some of the most important surveys could be improved by the establishment of a Forschungsdatenzentrum at HIS Hochschul-Informations-System. Furthermore, there are some deficiencies in the present data provision. New topics and demands of data provision have to be integrated into official statistics and survey based research – e.g. such issues as migration status, competencies, lifelong learning, quality of studies, institutional effects, international mobility, programs to promote younger scholars etc.. In particular there is a lack of panel designs. The very new National Education Panel Study (NEPS) will eliminate some but not all of these deficiencies. [author's abstract

From oncogenic replication stress to drug resistance : F-box proteins as signalling hubs in cancer

Cancer arises from cells that acquire genetic and epigenetic changes during the course of a, sometimes decades-long, somatic evolutionary process. These changes result in deregulation of a multitude of cellular processes leading to novel capabilities, often referred to as hallmarks of cancer, and a strong selective advantage for these cells albeit at a dramatic cost to the organism as a whole. Both, gene expression but also turn-over of gene products can become deregulated. The ubiquitin-proteasome system is responsible for the targeted degradation of proteins, and components of this system are altered during cancer development. Target specificity of this system is largely attained through E3 ubiquitin ligases that mediate the covalent attachment of ubiquitin to their substrates. The largest group of E3s are cullin-RING domain ligases (CRLs) with SKP1-cullin1-F-box protein (SCF) E3 ligases, or CRL1, representing one of the best-characterised subgroups of CRLs. These SCF ligases are multiprotein complexes containing one of, in human cells, 69 F-box proteins which function as substrate-adaptor subunits. Collectively, the family of F-box proteins has been found to be critically involved in virtually all the cancer hallmarks. However, despite their important role in cancer development, only a handful of SCFs has been molecularly and functionally well- characterised and detailed knowledge of how deregulation of specific SCF ligases and downstream substrate effectors impinges on cancer traits is lacking. One of the main aims of the work presented in this thesis is to find cellular vulnerabilities resulting from deregulation of F-box proteins in cancer. FBXW7 is the most commonly mutated F-box protein in human cancers. Its inactivation leads to upregulation of its substrates including cyclin E, MYC or SOX9 (paper IV) resulting in deregulated proliferation, increased metastasis and drug resistance but also replication stress. Cancer cells undergoing replication stress become more dependent on signalling pathways detecting and repairing damaged DNA (papers I and III) and are consequently more sensitive to therapies targeting checkpoint and repair proteins such as WEE1, ATR or DNA-PK kinases (paper II). In paper I we describe a novel function for the largely uncharacterised F-box protein FBXL12 in regulating the response to oncogene-induced replication stress. FBXL12 complements the Fanconi anaemia (FA) DNA repair pathway by targeting its central component FANCD2 for proteasomal degradation. The FA pathway not only plays a crucial role in resilience to endogenous sources of replication stress but also to drug-induced stress. FBXL12 and cyclin E are upregulated and correlated in human cancers and depletion of FBXL12 results in increased sensitivity to replication stress which posits FBXL12 as a potential cancer drug target. Ablation or pharmacological inhibition of FBXL12 prevents degradation of FANCD2 and breast cancer cells are sensitised to the adverse effects of drug- as well as oncogenic cyclin E-induced replication stress. In paper II we focus on exploring further ways of sensitising cancer cells to replication stress. We performed a screen to identify potential viability markers in response to replication stress induced by WEE1 inhibitor AZD1775 and discover novel synergistic combinations. Additionally, we determine a subset of basal-like breast cancer cells that responds to treatment initially but recovers after treatment cessation and identify PTEN as a novel predictive marker for such responses, with cells expressing low levels of PTEN being highly sensitive acutely and failing to recover. Furthermore, inactivation or genomic deletion of DNA-PK, an apical DNA damage kinase, attenuates recovery and sensitises basal-like breast cancer cells to AZD1775. Mechanistically, loss of PTEN or DNA-PK impair CHK1 activation and S-phase arrest in response to AZD1775 treatment, which finally ensues lethal replication stress and loss of survival. In paper III we concentrate on FBXO28, another poorly-studied member of the F-box family, which we find to degrade ARHGEF6 and ARHGEF7 activators of the Rho-type GTPase RAC1, involved in cell motility. Surprisingly, we identify a novel function for FBXO28 and ARHGEF6/7 in promoting the repair of breaks in heterochromatin DNA. Following DNA damage, tightly chromatin-bound FBXO28 is released and promotes degradation of nucleoplasmic ARHGEF6/7 to modulate activation and inactivation cycles of nuclear RAC1 and allow for efficient resolution of H3K9me2/3-positive damaged sites. In paper IV we add a key oncogenic transcription factor to the growing list of FBXW7 substrates; SOX9. FBXW7 ubiquitylates and degrades SOX9 upon phosphorylation by GSK3β. Mutation and inactivation of FBXW7 in medulloblastoma concurs with elevated SOX9 protein expression and poor patient outcome. In medulloblastoma cell line models we demonstrate increased cell motility, metastasis and increased resistance to cytostatic treatment after expression of a non-degradable SOX9 mutant. Conversely, inhibition of the PI3K/AKT/mTOR pathway promoted GSK3β-dependent SOX9 degradation and sensitised FBXW7-proficient medulloblastoma cells to cisplatin

Eigendynamik und Irreversibilität der Hochschulexpansion: Die Entwicklung der Beteiligung an Hochschulbildung in Deutschland

Zu den wichtigsten Veränderungen im deutschen Hochschulsystem gehört die starke Expansion des Hochschulbesuchs, die sich vorrangig an zwei Übergangsstellen manifestiert: an der ersten Schwelle, beim Zugang zur Hochschule, und an der zweiten Schwelle, beim Übergang von der Hochschule in den Beruf. Der vorliegende Beitrag konzentriert sich auf die erste Übergangsstelle: die Expansion des Hochschulzugangs. Diese Entwicklung wird (nicht nur) in Deutschland kontrovers diskutiert. Gelten den einen eine wachsende Beteiligung an Hochschulbildung und ein zunehmendes Absolventenangebot als Zeichen eines steigenden Bedarfs an hochqualifizierten Fachkräften und als unumgängliche Folge des Wandels zu einer wissensbasierten Ökonomie, so wird sie von anderen eher als Anzeichen einer gestörten Balance zwischen Bildungsbeteiligung, Studienqualität und dem Bedarf des akademischen Arbeitsmarktes gesehen. Das in den letzten Jahren in Deutschland zu beobachtende massive Wachstum der Studiennachfrage ist jedenfalls mit enormen Herausforderungen für die Hochschulentwicklung verbunden. (DIPF/Orig.

Akkreditierung als Verfahren der Qualitätssicherung von Studiengängen in Deutschland. Eine Policy-orientierte Analyse

[Der Autor hinterfragt kritisch], ob Akkreditierung tatsächlich zu einem Moment kontinuierlicher Qualitätsverbesserung wird, der das Qualitätsbewusstsein an deutschen Hochschulen stärkt und Impulse für die Studienreform liefert, oder ob sie nur zu einer mehr oder weniger duldsam ertragenen formalen Prozedur wird, der man nicht entkommen kann. Die Tatsache, dass das Reformtempo an den Hochschulen - historisch eher ungewöhnlich - gegenwärtig schneller ist als die nachlaufende Praxis der Akkreditierung, könnte darauf schließen lassen, dass die Akkreditierung eine zwar formal unumgängliche, aber keine substanzielle Funktion für Qualitätsentwicklung ausübt, was im Übrigen durch den Wechsel zur Systemakkreditierung verstärkt würde. [Danach] wird zu fragen sein, ob Akkreditierung zur individuellen Profilbildung von Hochschulen und Studiengängen und damit zu Vielfalt und Innovation beiträgt oder ob hier eher ein neues engmaschiges Netz aus mehr oder weniger vereinheitlichenden Anforderungen und Standards übergestülpt wird. Offen ist auch, wie sich die neuen Exzellenzbestrebungen auf die Akkreditierung auswirken: Wird es mit einer stärkeren vertikalen Differenzierung von Hochschulen und Studiengängen auch eine solche der Akkreditierung geben? Mit allen […] Aspekten ist letztlich die Frage verbunden, ob sich Akkreditierung zu einer lernenden Institution entwickelt, die sich selbst kritisch an diesen hochschulpolitischen Zielen evaluiert, oder ob sie diesen Ansprüchen selbst nicht gerecht wird. (DIPF/Orig.

Untersuchung von Zellveränderungen hervorgerufen durch die durchflusszytometrische Zellsortierung und Entwicklung neuer Techniken in der Zellsortierung

Cell alterations by FACS concerning antibodies, temperature, homogenization, buffer and mitogens are described, but little is known about cell alteration caused by the instrument. We evaluated cellular responses to different sorter induced physical and mechanical forces. In summary these forces affect the MAPK p38. We also tested cell hibernation and reversible staining during sorting to avoid activation. Furtheron we developed new methods to overcome limitations of FACS in rare event sorting.Zellveränderungen durch FACS betreffend Antikörpern, Temperatur, Homogenisieren, Puffer und Mitogenen wurden beschrieben, aber wenig über Zellveränderungen instrumentenbedingt. Wir untersuchten Zellantworten auf verschiedene physikalische und mechanische Instrumentenkräfte. Diese Kräfte aktivierten die MAPK p38. Durch Kühlen und reversible Färbungen versuchten wir Zellveränderungen zu verhindern. Desweiteren entwickelten wir auch Methoden um Sortierungen bei seltenen Ereignissen zu verbessern

Nuevo tipo de apoyos y articulaciones

Modem constructional tendencies are largely dependent on the increasing variety and improvement of building materials available in commercial quantities. These materials can be divided into natural and synthetic, and the distinguished engineers Leonhardt and Andrä discuss the best uses of synthetic resins and artificial rubber, as applied to new types of supports and hinges. In laboratory and full scale tests, the commercial versions of resins known as Neoprene and Teflon have been chosen as being, at least for the time being, specially suitable for the purposes envisaged by the above authors. They hope that these materials will find a growing number of uses in the field of engineering and construction. The authors have carried strict and detailed investigations on the strength and elastic properties of these resins, when subjected to high stresses. High quality materials are required to withstand the concentrated stresses close to the points of application of the loads. The fatigue effect, as a long time weakening process, must also be carefully considered. These concentrated loads, in limiting cases, may be likened in their effect to that of sharp points or edges. The new materials make it possible to reduce considerably the loadings areas. A further factor to be taken into account is the structural rigidity, which the authors have studied closely, relating it to the flexibility at the points of support and at the hinges. The various types of supports have been discussed, and graphical information on their possible uses has been provided. Specific functional requirements demand corresponding measures of flexibility at the supports, as, for instance, allowance for dilations, due to temperature changes. Furthermore, the points of support of a structure should have an optimum cross sectional area, depending on the other circumstances. Finally the authors refer to the future possibilities of these new types of supports, and they indicate a number of theoretical and technical difficulties inherent in these bearings: they also express acknowledgement to German individuals and institutions, for their contribution to this investigation.Las tendencias actuales son funciones que dependen directamente de la presencia creciente y mejorada de los materiales de construcción que se ofrecen al comercio. En el campo de los materiales cabe una marcada subdivisión en naturales y preparados o sintéticos; estos últimos constituyen la preocupación de los autores para su aprovechamiento y adecuada aplicación. De entre ellos, las resinas sintéticas o caucho artificial, dentro de las distintas especies de la extensa familia han gozado de un lugar preferente en este estudio de nuevos tipos de apoyos que presentan los notables ingenieros alemanes Wolfhart Andrä y Fritz Leonhardt. En los ensayos de laboratorio y a escala natural, las variedades comerciales de estas resinas, conocidas con los nombres de «neopreno» y «Teflon», han sido elegidas por presentar, por lo menos actualmente, características marcadamente apropiadas a la finalidad perseguida en este estudio, del que se confía ulterior desarrollo y mejor acogida, por las importantes aplicaciones que de él se derivan en el campo de la ingeniería y construcción. Los autores estudian con detenimiento y sobrado rigor para las aplicaciones prácticas las deformaciones que de estos materiales se espera al someterlos a fuerzas de gran concentración. En los apoyos juega particular interés la distribución de la carga siempre concentrada en superficies relativamente pequeñas, lo que exige elevadas cargas unitarias y, con ello, la utilización de materiales extremadamente nobles para resistirlas con la resistencia que las deformaciones instantáneas requieren para recobrar rápidamente la posición de estabilidad perdida momentáneamente. La fatiga en el ciclo de deformaciones relaja los materiales, y ha de tenerse presente al considerar las características que los materiales empleados en los apoyos han de tener. Llevando las cosas a límites extremos se aprecia con mayor facilidad la importancia de un fenómeno y, si consideramos un apoyo imaginado de reducida superficie de sustentación, comprenderemos que, en el límite, los esfuerzos pueden presentar (remotamente) caracteres puntuales o lineales, o, más gráficamente, de aguja o filo incisivo, de graves consecuencias. La presencia de estos materiales y su racional aplicación reducen considerablemente las superficies de sustentación hasta hoy necesarias con los materiales ordinarios. Otro fenómeno a considerar es la rigidez, en muchos casos necesaria, que los autores también han estudiado analíticamente en este trabajo. Se han tratado con singular acierto las comparaciones entre los apoyos y articulaciones ordinarias y los que se obtienen con los nuevos materiales. Los autores han reservado amplio espacio a las distintas clases de apoyos, de los que se acompaña una valiosa información gráfica, debidamente acotada para las posibles aplicaciones. Constituye una característica importante la movilidad que en determinados casos ha de exigirse de los apoyos, ya que éstos han de permitir ciertos movimientos por distintas causas, como, por ejemplo, diferencias de temperatura. Esta particularidad ha sido motivo de estudio y consideración en este trabajo. El apoyo tiene sus dimensiones óptimas, cuya determinación se ha tratado con suficiente detalle para las aplicaciones ordinarias que la práctica exige. También han dejado prever los autores las posibilidades futuras que se ofrecen a este nuevo tipo de apoyo. Para terminar, cierra el trabajo una serie de objeciones de carácter técnico-teórico de todos los tipos de apoyo que han sido tratados en el texto y dan cuenta de su agradecimiento a las distintas personalidades e instituciones alemanas por la colaboración de ellas recibida