Mathematische und statistische Verfahren in der chiralen Kapillarelektrophorese: Modellierung des Migrationsverhaltens und Anwendung in der Validierung von Analyseverfahren

Ein sehr interessantes Phänomen in der chiralen Kapillarelektrophorese (CE) ist die Umkehr der Migrationsreihenfolge der DD- und LL-Enantiomere verschiedener Dipeptide im pH-Bereich 2,5 - 3,5 bei Verwendung neutraler Cyclodextrine (CDs). Der pH-Bereich schließt den pKa-Wert der Carboxylgruppe der Peptide ein. Die Mechanismen des Migrationsverhaltens sind nur teilweise verstanden. Die Ladungsverhältnisse der Peptide im relevanten pH-Bereich entsprechen denen einer schwachen Base. Die Enantiomerentrennung schwacher Basen mit einem neutralen CD als chiralem Selektor kann mit Hilfe eines mathematischen Gleichgewichtsmodells als Funktion des pH-Wertes und der CD-Konzentration beschrieben werden. Aufbauend auf diesem Modell kann eine systematische Klassifizierung der schwachen Basen hinsichtlich des Trennmusters in 15 verschiedene Fälle erfolgen. Diese Trennmuster unterscheiden sich in Bezug auf die Migrationsreihenfolge in verschiedenen pH- und CD-Konzentrationsbereichen. Auf der Grundlage des Gleichgewichtsmodells können die Mechanismen zur pH-abhängigen Umkehr der Migrationsreihenfolge der Enantiomere abgeleitet werden. Eine Umkehr kann begründet sein in: (1) einer auf der CD-Komplexierung basierenden, enantioselektiven pKa-Wert-Verschiebung, (2) der entgegengesetzten chiralen Erkennung des CDs für die protonierte und die neutrale Form der Base oder (3) einer auf der durch die CD-Komplexierung verursachten pKa-Wert-Erhöhung für beide Enantiomere. Dieser Effekt kann nicht-enantioselektiv sein. Es konnte dargestellt werden, dass die Migrationsreihenfolge immer im Zusammenhang mit pH-Wert und CD-Konzentration betrachtet werden sollte. Eine Umkehr der Migrationsreihenfolge in Abhängigkeit von der CD-Konzentration basiert auf dem entgegengesetzten Einfluss von Bindungskonstanten und Komplexmobilitäten auf diese. Bei Verwendung von β-CD kann die pH-abhängige Änderung der Migrationsreihenfolge für Ala-Tyr, Ala-Phe und Asp-PheOMe auf eine durch die CD-Komplexierung verursachte, enantioselektive pKa-Verschiebung zurückgeführt werden. Mit DM-β-CD als chiralem Selektor wurde für Ala-Tyr und Ala-Phe eine signifikante, auf der CD-Komplexierung beruhende pKa-Wert-Verschiebung zu einem höheren Wert festgestellt, worüber die pH-abhängige Änderung der Migrationsreihenfolge erklärt werden kann. Der Zusatz von 2 M Harnstoff als Lösungsvermittler für β-CD hat keinen Einfluss auf die Migrationsreihenfolge bei der Trennung der DD- und LL-Enantiomere von Ala-Tyr und Ala-Phe. Allerdings wurde ein pH-abhängiger Effekt auf die Trenneffizienz beobachtet. Eine durch den Harnstoff-Zusatz bedingte Erhöhung des pKa-Wertes spielt dabei eine Rolle. Für die Enantiomere von Boc-Phe führt der Harnstoff-Zusatz zu einer nicht-enantioselektiven Abnahme der Affinität zu β-CD und zu einer Verschiebung des pKa-Wertes zu einem höheren Wert. Für die DD- und LL-Isomere von Ala-Tyr, Ala-Phe, Asp-PheOMe und Glu-PheNH2 mit DM-β-CD als chiralem Selektor bewirkt die Zugabe von Harnstoff pH- und konzentrationsabhängige Veränderungen in der Trenneffizienz. Im Zusammenhang damit stehen eine Zunahme des pKa-Wertes der Peptide, eine Abnahme der Affinität zu β-CD sowie eine Erhöhung der Mobilität der ungebundenen Form sowie eine Abnahme der Komplexmobilität. Harnstoff wirkt als nicht-enantioselektives Additiv. Für das Injektionsnarkotikum Etomidat wurde eine CE-Methode zur simultanten Bestimmung des (S)-Enantiomers und der „verwandten Substanzen“ entwickelt und validiert. Der Robustheitstest erfolgte unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung basierend auf einem „erweiterten“ Plackett-Burman-Design. Es zeigte sich, dass die Auflösung zwischen der Verunreinigung (R)-Metomidat und Etomidat als kritischer Parameter empfindlich gegenüber Veränderungen im pH-Wert und der Konzentration des Trennpuffers ist

Development of tsunami early warning systems and future challenges

Fostered by and embedded in the general development of information and communications technology (ICT), the evolution of tsunami warning systems (TWS) shows a significant development from seismic-centred to multi-sensor system architectures using additional sensors (e.g. tide gauges and buoys) for the detection of tsunami waves in the ocean. <br><br> Currently, the beginning implementation of regional tsunami warning infrastructures indicates a new phase in the development of TWS. A new generation of TWS should not only be able to realise multi-sensor monitoring for tsunami detection. Moreover, these systems have to be capable to form a collaborative communication infrastructure of distributed tsunami warning systems in order to implement regional, ocean-wide monitoring and warning strategies. <br><br> In the context of the development of the German Indonesian Tsunami Early Warning System (GITEWS) and in the EU-funded FP6 project Distant Early Warning System (DEWS), a service platform for both sensor integration and warning dissemination has been newly developed and demonstrated. In particular, standards of the Open Geospatial Consortium (OGC) and the Organization for the Advancement of Structured Information Standards (OASIS) have been successfully incorporated. <br><br> In the FP7 project Collaborative, Complex and Critical Decision-Support in Evolving Crises (TRIDEC), new developments in ICT (e.g. complex event processing (CEP) and event-driven architecture (EDA)) are used to extend the existing platform to realise a component-based technology framework for building distributed tsunami warning systems

Decreased expression of miR-146a and miR-155 contributes to an abnormal Treg phenotype in patients with rheumatoid arthritis

Objectives: MicroRNAs (miRNAs) have been implicated in the pathogenesis of autoimmune diseases, not least for their critical role in the regulation of regulatory T cell (Treg) function. Deregulated expression of miR-146a and miR-155 has been associated with rheumatoid arthritis (RA). We therefore investigated miR-146a and miR-155 expression in Tregs of patients with RA and their possible impact on Treg function and disease activity. Methods: Expression of miR-146a and miR-155 was assessed in RA patients and controls. MiRNA expression was correlated with disease activity and expression of target genes. Interference with biological activity of miRNAs was evaluated in functional Treg assays. Results: Diminished upregulation of miR-146a and miR-155 in response to T cell stimulation was found in Tregs of RA patients. Diminution of miR-146a expression was observed in particular in patients with active disease, and correlated with joint inflammation. In patients with active RA, Tregs demonstrated a pro-inflammatory phenotype characterised by inflammatory cytokine expression. This was due to an augmented expression and activation of signal transducer and activator transcription 1 (STAT1), a direct target of miR-146a. Conclusions: Our results suggest that in RA miR-146a facilitates a pro-inflammatory phenotype of Tregs via increased STAT1 activation, and contributes thereby to RA pathogenesis

Increased interleukin-26 in the peripheral joints of patients with axial spondyloarthritis and psoriatic arthritis, co-localizing with CD68-positive synoviocytes

Objectives: IL26 levels are elevated in the blood and synovial fluid of patients with inflammatory arthritis. IL26 can be produced by Th17 cells and locally within joints by tissue-resident cells. IL26 induces osteoblast mineralization in vitro. As osteoproliferation and Th17 cells are important factors in the pathogenesis of axial spondyloarthritis (axSpA), we aimed to clarify the cellular sources of IL26 in spondyloarthritis. Methods: Serum, peripheral blood mononuclear cells (n = 15–35) and synovial tissue (n = 3–9) of adult patients with axSpA, psoriatic arthritis (PsA) and rheumatoid arthritis (RA) and healthy controls (HCs, n = 5) were evaluated by ELISA, flow cytometry including PrimeFlow assay, immunohistochemistry and immunofluorescence and quantitative PCR. Results: Synovial tissue of axSpA patients shows significantly more IL26-positive cells than that of HCs (p < 0.01), but numbers are also elevated in PsA and RA patients. Immunofluorescence shows co-localization of IL26 with CD68, but not with CD3, SMA, CD163, cadherin-11, or CD90. IL26 is elevated in the serum of RA and PsA (but not axSpA) patients compared with HCs (p < 0.001 and p < 0.01). However, peripheral blood CD4+ T cells from axSpA and PsA patients show higher positivity for IL26 in the PrimeFlow assay compared with HCs. CD4+ memory T cells from axSpA patients produce more IL26 under Th17-favoring conditions (IL-1β and IL-23) than cells from PsA and RA patients or HCs. Conclusion: IL26 production is increased in the synovial tissue of SpA and can be localized to CD68+ macrophage-like synoviocytes, whereas circulating IL26+ Th17 cells are only modestly enriched. Considering the osteoproliferative properties of IL26, this offers new therapeutic options independent of Th17 pathways

Helmholtz Open Science Workshop „Zugang zu und Nachnutzung von wissenschaftlicher Software“ #hgfos16, Report; November 2016

Der Report des Helmholtz Open Science Workshops „Zugang zu und Nachnutzung von wissenschaftlicher Software“ #hgfos16 behandelt die Themen Standards und Qualitätssicherung; Reproduzierbarkeit; Lizenzierung und weitere rechtliche Aspekte; Zitation und Anerkennung; Sichtbarkeit und Modularität; Geschäftsmodelle; Personal, Ausbildung, Karrierewege. Diese Themen sind eng miteinander verzahnt. Für jeden Themenbereich werden jeweils die Relevanz, Fragestellungen, Herausforderungen, mögliche Lösungsansätze und Handlungsempfehlungen betrachtet

Decreased expression of miR-146a and miR-155 contributes to an abnormal Treg phenotype in patients with rheumatoid arthritis

Objectives: MicroRNAs (miRNAs) have been implicated in the pathogenesis of autoimmune diseases, not least for their critical role in the regulation of regulatory T cell (Treg) function. Deregulated expression of miR-146a and miR-155 has been associated with rheumatoid arthritis (RA). We therefore investigated miR-146a and miR-155 expression in Tregs of patients with RA and their possible impact on Treg function and disease activity. Methods: Expression of miR-146a and miR-155 was assessed in RA patients and controls. MiRNA expression was correlated with disease activity and expression of target genes. Interference with biological activity of miRNAs was evaluated in functional Treg assays. Results: Diminished upregulation of miR-146a and miR-155 in response to T cell stimulation was found in Tregs of RA patients. Diminution of miR-146a expression was observed in particular in patients with active disease, and correlated with joint inflammation. In patients with active RA, Tregs demonstrated a pro-inflammatory phenotype characterised by inflammatory cytokine expression. This was due to an augmented expression and activation of signal transducer and activator transcription 1 (STAT1), a direct target of miR-146a. Conclusions: Our results suggest that in RA miR-146a facilitates a pro-inflammatory phenotype of Tregs via increased STAT1 activation, and contributes thereby to RA pathogenesis

Scientific Software – the role of best practices and recommendations

In Geosciences – like in most other communities – scientific work strongly depends on software. For big data analysis, existing (closed or open source) program packages are often mixed with newly developed codes. Different versions of software components and varying configurations can influence the result of data analysis. This often makes reproducibility of results and reuse of codes very difficult. Policies for publication and documentation of used and newly developed software, along with best practices, can help tackle this problem. Within the Helmholtz Association a Task Group “Access to and Re-use of scientific software” was implemented by the Open ScienceWorking Group in 2016. The aim of the Task Group is to foster the discussion about scientific software in the Open Science context and to formulate recommendations for the production and publication of scientific software, ensuring open access to it. As a first step, a workshop gathered interested scientists from institutions across Germany. The workshop brought together various existing initiatives from different scientific communities to analyse current problems, share established best practices and come up with possible solutions. The subjects in the working groups covered a broad range of themes, including technical infrastructures, standards and quality assurance, citation of software and reproducibility. Initial recommendations are presented and discussed in the talk. They are the foundation for further discussions in the Helmholtz Association and the Priority Initiative “Digital Information” of the Alliance of Science Organisations in Germany. The talk aims to inform about the activities and to link with other initiatives on the national or international level