Early phlebovirus host cell interactions: The small GTPase Rab11 and the autophagic factor Atg7 promote Uukuniemi virus entry

Phleboviruses, in the Phenuiviridae family within the Bunyavirales order, are important pathogenic arthropod-borne viruses (arboviruses), causing severe diseases in humans and domestic animals. Outbreaks are no longer limited to tropical and developing countries. Global trade, deforestation and global warming are reasons for the expansion of arthropod vectors, and the viruses they carry. The mosquito-borne phlebovirus Rift Valley fever (RVFV) spread from sub-Saharan parts of Africa over the entire continent and to the Arabic peninsula during the last two decades. As it already happened for other arboviruses (e.g. dengue virus), RVFV is now at risk of introduction into Southern Europe. Phleboviruses represent a risk to public health and agricultural productivity and must be taken seriously as potential emerging and reemerging pathogens. For humans, neither specific antiviral treatments nor vaccines are currently approved. Ideally, treating phlebovirus infection in humans, would target early virus-host cell interactions, preventing the release of the virus genome into the cytosol. Yet, the details of the entry pathways exploited by phleboviruses are mostly elusive, awaiting to be uncovered. For my PhD project, I used Uukuniemi virus (UUKV). UUKV is a validated biosafety level (BSL)-2 model for phleboviruses of higher biosafety classification such as RVFV. Our lab previously reported that UUKV enters human host cells by receptor-mediated endocytosis, transits Rab5-positive early endosomes and penetrates the cytosol from late endosomal compartments with a pH value around 5.4. With the aim to identify additional host factors involved in UUKV entry, two genome-wide siRNA screens were performed. In those screens, VAMP3 was identified to facilitate late endosomal penetration of UUKV. The v-SNARE protein VAMP3 plays an important role in recycling endosome trafficking and the initiation of autophagy. In addition to VAMP3, several other autophagy-associated host factors were found as potential host factors in the siRNA screens for UUKV entry. The overall goal of my PhD project was to clarify the role of autophagy in phlebovirus entry and decipher the molecular mechanisms subverted by phleboviruses to penetrate human host cells. Therefore, I analyzed UUKV infection by flow cytometry and confocal microscopy approaches. Within my PhD project, I assessed numerous autophagy-associated proteins for their role in UUKV infection. I identified the autophagic factor Atg7 and the small GTPase Rab11a as important host factors for UUKV infection. Atg7 is known mainly for its function in autophagosome maturation. Rab11a regulates recycling endosome trafficking and is involved in the initiation of autophagy. Addressing single steps of the virus entry process, I found that Atg7 and Rab11 specifically promote UUKV intracellular trafficking, while no effects were observed on other steps during early virus host cell interactions, i.e. binding or replication. Interestingly however, my results also indicate that Atg7 and Rab11 participate in UUKV infection in an autophagy-independent manner. In conclusion, this thesis expands our knowledge about entry of UUKV particles into human cells with a role of two more host factors, Rab11a and Atg7. Both proteins facilitate the transport of endocytosed viral particles from the plasma membrane to acidic endosomal compartments. Reaching these compartments is a critical step for acid-activated fusion and the subsequent release of the viral genome into the cytosol. Additionally, this work provides an indication of autophagy-independent functions of Atg7 in endosomal trafficking. The importance of Rab11a and VAMP3 in UUKV infection points towards a potential involvement of recycling endosomes in UUKV intracellular trafficking. UUKV represents a tool of choice to better understand the role of recycling endosomes in late endosomal trafficking, a function that remains elusive and is potentially exploited by other related and unrelated viruses

A Dynamically Diluted Alignment Model Reveals the Impact of Cell Turnover on the Plasticity of Tissue Polarity Patterns

The polarisation of cells and tissues is fundamental for tissue morphogenesis during biological development and regeneration. A deeper understanding of biological polarity pattern formation can be gained from the consideration of pattern reorganisation in response to an opposing instructive cue, which we here consider by example of experimentally inducible body axis inversions in planarian flatworms. Our dynamically diluted alignment model represents three processes: entrainment of cell polarity by a global signal, local cell-cell coupling aligning polarity among neighbours and cell turnover inserting initially unpolarised cells. We show that a persistent global orienting signal determines the final mean polarity orientation in this stochastic model. Combining numerical and analytical approaches, we find that neighbour coupling retards polarity pattern reorganisation, whereas cell turnover accelerates it. We derive a formula for an effective neighbour coupling strength integrating both effects and find that the time of polarity reorganisation depends linearly on this effective parameter and no abrupt transitions are observed. This allows to determine neighbour coupling strengths from experimental observations. Our model is related to a dynamic $8$-Potts model with annealed site-dilution and makes testable predictions regarding the polarisation of dynamic systems, such as the planarian epithelium.Comment: Preprint as prior to first submission to Journal of the Royal Society Interface. 25 pages, 6 figures, plus supplement (18 pages, contains 1 table and 7 figures). A supplementary movie is available from https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c388781

DICE – eine Datenbank von institutionellen Regelungen im internationalen Vergleich

Regulierungen der öffentlichen Hand werden immer mehr zum entscheidenden Standortfaktor für Investitionen und wirtschaftliches Wachstum. Dem Defizit an vergleichbaren und analytisch konzipierten Informationen zu den institutionellen Regulierungen in der Europäischen Union und ihren Mitgliedstaaten wollte das ifo Institut durch den stufenweisen Auf- und Ausbau einer Datenbank begegnen. Seit dem Jahr 2001 werden zahlreiche Informationen gesammelt, aufbereitet – als Tabellen, Graphiken oder Kurzberichte – und dem Nutzer über das Internet unentgeltlich in der Datenbank DICE (Database for Institutional Comparisons in Europe) zur Verfügung gestellt. Gegenwärtig umfasst DICE über 2 200 Einträge zu ca. 8 000 Variablen. Rückmeldungen zeigen, dass die Strategie bislang erfolgreich war.Wirtschaftsdatenbank, Datenbank, Institutionalismus, Vergleich, Regulierung, EU-Staaten

Handlungsbedarf in fachmathematischen Veranstaltungen? – Spezielle Maßnahmen an der Universität Paderborn

Die Ausbildung angehender Mathematiklehrer geht sowohl seitens der Studierenden, als auch der Dozenten mit Unzufriedenheiten einher. In diesem Beitrag werden Beobachtungen bezüglich fachmathematischer Veranstaltungen beschrieben und entsprechende Maßnahmen vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Erstsemesterveranstaltung „Einführung in mathematisches Denken und Arbeiten“, die bei gleichbleibendem Inhalt mehrere Semester in jeweils unterschiedlicher methodischer Aufbereitung angeboten wird

Dezentralisierung in Marokko - hohe Erwartungen

Am 4. September 2015 fanden in Marokko erstmals seit der Einführung der neuen Verfassung von 2011 Kommunal- und Regionalwahlen statt. Sie gelten als Test für die erweiterten Reformversprechen des Königs einer demokratischen Transformation des Landes, die er während des "Arabischen Frühlings" gegeben hatte. Am 23. Juli 2015 veröffentlichte das Amtsblatt (Bulletin Officiel) die Gesetze zu den Reformen der Gebietskörperschaften. Demnach erhalten die Regionalräte mehr Legitimität und Kompetenzen. Gleichzeitig verlieren aber die Kommunalräte an Entscheidungsbefugnis. König Mohammed VI. hat die "fortgeschrittene Dezentralisierung" zum Leitmotiv seiner Reformpolitik erklärt. Die regionale Entscheidungsebene wird durch die neue Verfassung von 2011 und die Reformen vom Juli 2015 aufgewertet und erhält weitreichende Kompetenzen. Vorsichtig formuliert wird jedoch das Innenministerium weiterhin Kontrolle über die lokalen Parlamente ausüben. Die islamistische PJD (Partei für Gerechtigkeit und Entwicklung) erzielte bei den Regionalwahlen vom 4. September 2015 das beste Stimmenergebnis. Bei den Kommunalwahlen verdoppelte sie gegenüber 2009 ihre Stimmenzahl. Die hinzugewonnenen Wählerstimmen bei den Regionalwahlen spiegelten sich allerdings nicht in der Besetzung politischer Schlüsselpositionen wider; hier war die hofnahe PAM (Partei für Authentizität und Entwicklung) am erfolgreichsten. Drei Motive stehen hinter den Reformen der Dezentralisierung in Marokko: Sie soll durch die Gewährung von mehr regionaler Autonomie das Problem der marokkanischen Südprovinzen lösen, Verantwortlichkeiten auf regionale und lokale Ebenen des Regierens übertragen und den Ruf nach mehr politischer Teilhabe befriedigen. Damit dient sie auch der Stabilisierung bestehender Machtstrukturen

Influence of Anesthesia Procedure and Patient Characteristics on chosen Lengths of Stay, Process Times & Cost Types for Transcatheter Aortic Valve Implantation

Hintergrund und Ziel – Krankenhäuser stehen seit jeher vor der Herausforderung, sowohl ihre Patienten am medizinischen Fortschritt teilhaben zu lassen als auch den ökonomischen Bedingungen eines Wirtschaftsbetriebes gerecht zu werden. Daher sind exakte Kenntnisse zu notwendigen personellen und sachbezogenen Ressourcen für medizinische Behandlungen von großer Bedeutung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation von Einflussfaktoren, die den Ressourcenbedarf bei einer Transcatheter Aortic Valve Implantation (TAVI) determinieren. Methoden – Im Rahmen einer retrospektiven Beobachtungsstudie mit 484 Patienten, die zwischen 2016 und 2018 am Deutsches Herzzentrum Berlin (DHZB), in Kooperation mit den VIVANTES-Klinken Berlin, eine TAVI erhielten, wurden prä-, intra- und postoperative Daten im Zusammenhang mit dem Eingriff analysiert. Ergebnisse – Nach einer Analgosedierung (LA) zeigten Patienten postoperativ weniger revisionsbedürftige Blutungen als nach einer Allgemeinanästhesie (GA) (N: 7 vs. 17, χ2(1)=4,384, p=0,04). Weder bei der 30-Tages- (LA vs. GA: N: 3 vs. 6, χ2(1)=1,024, p=0,31) noch bei der 365-Tages- Mortalität(LA vs. GA: N: 31 vs. 32, χ2(1)=0,027, p=0,87) bestand ein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Narkoseverfahren. Die Liegezeiten der Patienten der LA-Gruppe auf der Intensivstation im DHZB waren um 4,51 Stunden kürzer als die der Patienten der GA-Gruppe (M±SD: 10, 48±1, 36 vs. 14, 99±1, 32 Stunden, χ2(1)=5,722, p<0,02).Weiter verblieben Patienten mit Diabetes mellitus 3,87 Stunden länger auf der Intensivstation des DHZB als Patienten ohne dieses Komorbidität (M±SD: 14, 62±1, 53 vs. 10, 75±1, 18 Stunden, χ2(1)=4,292, p=0,04). Der European System for Cardiac Operative Risk Evaluation Score (EUROSCORE) II beeinflusste die postoperative Aufenthaltsdauer auf der Intensivstation (Odds Ratio 1,057, CI [1,033 – 1,081], p<0,001) und auf den nachfolgenden peripheren Stationen (Odds Ratio 1,017, CI [1,005 – 1,028], p=0,005). Bei den OP-Prozesszeiten zeigten Patienten der LA-Gruppe im Vergleich zu Patienten der GA-Gruppe eine um 18,80 Minuten kürzere Schnitt-Naht-Zeit (M ±SD: 62, 29±2, 59 vs. 81, 08±2, 53 Minuten, χ2(1)=31,585, p<0,001) und eine um 21,57 Minuten kürzere Anästhesiologiezeit (M ± SD: 194, 33 ± 3, 57 vs. 172, 77 ± 3, 84 Minuten, χ2(1)=21,878, p<0,001). Im Bereich konnte nur ein Kostenunterschied bei den Gesamtkosten OP-Bereich ohne Implante aufgezeigt werden. So hatten Fälle der LA-Gruppe hatten eine 193,01 Euro weniger Kosten im Vergleich zu Fälle der GA Gruppe (M±SD: 3543, 30±80, 76 vs. 3737, 21±80, 83 Euro, χ2(1)=2875, p=0,091). Die ist auf das Umlagemodel nach Minuten zurückzuführen. Weitere Kostenunterschiede konnten nicht nachgewiesen werden. Schlussfolgerung – Die identifizieren Einflussgrößen erlauben eine Prognose der Länge des Aufenthaltes auf der Intensivstation und auf peripheren Stationen nach einer TAVI und können somit die Ressourcenplanung unterstützen.Background and objective – Hospitals have always been faced with the challenge of both allowing their patients to participate in medical progress and meeting the economic conditions of a business operation. Therefore, precise knowledge of required human and material resources for medical treatments is of great importance. The aim of this work is the identification of factors determining the resource requirements for Transcatheter Aortic Valve Replacement (TAVR). Methods – Within a retrospective observational study of 484 patients who underwent TAVR between 2016 and 2018 at the Deutsches Herzzentrum Berlin (DHZB), in kooperation with VIVANTES-Klinken Berlin, pre-, intra-, and postoperative data related to the intervention were analysed. Results – Postoperatively, patients with analgosedation (LA) were found to have less bleeding requiring revisions than patients with general anaesthesia (GA) (LA vs. GA, N: 7 vs. 17,χ2(1)=4.384 p=0.04). Neither 30-day (LA vs. GA: N: 3 vs. 6 χ2(1)=1.024, p=0.31) nor 365-day mortality (LA vs. GA: N: 31 vs. 32χ2(1)=0.027, p=0.87) demonstrated a significant difference between the two anaesthetic regimes. Length of stay of patients in the LA group at the intensive care unit (ICU) of the DHZB was average 4.51 hours shorter than that of patients in the GA group (M ± SD: 10.48 ± 1.36 vs. 14.99 ± 1.32 hours, χ2(1)=5,722, p<0.02). Patients with diabetes mellitus stayed 3.87 hours longer in the ICU than patients without this comorbidity (M±SD: 14.62±1.53 vs. 10.75±1.18 hours, χ2(1)=4.292, p<0.04). The European System for Cardiac Operative Risk Evaluation Score (EUROSCORE) II had a direct impact on postoperative stay in both the ICU (OR: 1.057, CI [1.033 to 1.081], p<0.001) and the following stations (OR: 1.017, CI [1.005 to 1.028],p=0.005). In terms of surgery process times, there was a 18.80 minute shorter incision-suture time (M ±SD: 62.29±2.59 vs. 81.08±2.53 minutes, χ2(1)=31.585, p<0.001) as well as a 21.57 minute shorter anaesthesiology time (M±SD: 194.33±3.57 vs. 172.77±3.84 minutes, χ2(1)=21.878, p<0.001) in the LA group compared to the GA group. In the field, only a cost difference could be demonstrated in the total costs of the operating area without implants. Cases in the LA group had 193.01 less costs compared to cases in the GA group (M±SD: 3543.30±80.76 vs. 3737.21±80.83 Euro, χ2(1)=2875, p = 0.091). This can be attributed to the allocation model based on minutes. No further cost differences could be demonstrated. Conclusion – The identified influencing variables allowed a prediction regarding the length of stay in the ICU and the following units after TAVR and therefore are suitable to support resource planning

Quantitative Comparison of Abundance Structures of Generalized Communities: From B-Cell Receptor Repertoires to Microbiomes

The \emph{community}, the assemblage of organisms co-existing in a given space and time, has the potential to become one of the unifying concepts of biology, especially with the advent of high-throughput sequencing experiments that reveal genetic diversity exhaustively. In this spirit we show that a tool from community ecology, the Rank Abundance Distribution (RAD), can be turned by the new MaxRank normalization method into a generic, expressive descriptor for quantitative comparison of communities in many areas of biology. To illustrate the versatility of the method, we analyze RADs from various \emph{generalized communities}, i.e.\ assemblages of genetically diverse cells or organisms, including human B cells, gut microbiomes under antibiotic treatment and of different ages and countries of origin, and other human and environmental microbial communities. We show that normalized RADs enable novel quantitative approaches that help to understand structures and dynamics of complex generalize communities