RNAi-vermittelter knockdown zur Identifikation von Zielgenen für die Verbesserung von Produktionszelllinien

Krämer O. RNAi-vermittelter knockdown zur Identifikation von Zielgenen für die Verbesserung von Produktionszelllinien. Bielefeld: Universitätsbibliothek Bielefeld; 2014

Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Inhibition des Enzyms Aldose Reduktase

Thema der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Inhibition des Enzyms Aldose Reduktase. Eine Besonderheit dieses Enzyms liegt in der ausgeprägten Anpassungsfähigkeit der Bindetasche bei der Ligandenbindung. Das Ausmaß dieser Rezeptorflexibilität wurde durch den ausführlichen Vergleich bekannter Kristallstrukturen und mit Hilfe von molekulardynamischen Simulationen untersucht. Beim Vergleich der bekannten Kristallstrukturen zeigte sich, dass bislang nur vier unterschiedliche ?Hauptkonformationen? kristallographisch beobachtet wurden. Als Startstruktur für die MD-Simulationen wurde die Geometrie der Kristallstruktur der humanen Aldose Reduktase im Komplex mit dem Inhibitor IDD594 verwendet. Bei zwei der drei Simulationen wurde der Ligand zuvor aus der Startstruktur entfernt. Die verschiedenen MD-Simulationen waren in Lage, eine Vielzahl weiterer Konformationen zu generieren, die ?Zwischenzustände? der bereits bekannten Konformationen darstellen. Dies zeigt, wie wertvoll MD-Simulationen zur Generierung eines Ensembles relevanter Proteinkonformationen sein können, gerade bei Ziel-Proteinen für die nur sehr wenige Kristallstrukturen zur Verfügung stehen. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war die Suche nach neuen Inhibitoren der Aldose Reduktase. Das virtuelle Screening wurde dabei zunächst auf die in der hochaufgelösten IDD594-Komplexstruktur beobachtete Proteinkonformation beschränkt. In diesem Ansatz wurde also die Flexibilität des Rezeptors vernachlässigt. Die Vorteile der IDD594-Komplexstruktur liegen (a) in der hohen Auflösung, die exakte Informationen über die Protonierungszustände von Protein und Ligand liefert, und (b) in dem Vorliegen einer hydrophoben Spezifitätstasche, deren Besetzung zu einer hohen Affinität und Spezifität der Liganden gegenüber eng verwandten Enzymen (wie z.B. der Aldehyd Reduktase) führt. Die Bindetasche wurde einer Hot Spot-Analyse unterzogen, um aus den dabei identifizierten bevorzugten Wechselwirkungsbereichen eine Pharmakophor-Hypothese abzuleiten, die für eine 3D-Datenbanksuche verwendet wurde. Abschließend wurden die Kandidatenmoleküle flexibel in die Bindetasche eingepasst und einer visuellen Inspektion unterzogen. Ebenfalls untersucht wurde, inwieweit es ein Ligand basierender Ansatz erlaubt, die Flexibilität des Rezeptors bei der virtuellen Datenbanksuche zu berücksichtigen. Die Idee war, bekannte Inhibitoren der Aldose Reduktase als Abbild der entsprechenden Proteinkonformationen zu verwenden. Die hier berücksichtigten Inhibitoren sind Stellvertreter für drei der vier zuvor erwähnten ?Hauptkonformationen? der Aldose Reduktase. Aus der Überlagerung der Inhibitoren wurde eine Pharmakophor-Hypothese abgeleitet und für die Datenbanksuche verwendet. Anschließend wurden die Inhibitoren vereinigt und als Referenz für die paarweise Überlagerung der Kandidatenmoleküle verwendet. Aus beiden Datenbanksuchen konnten neue Inhibitoren der Aldose Reduktase mit Affinitäten im mikromolaren Bereich identifiziert werden. Das Ziel der durchgeführten virtuellen Datenbanksuchen war, Leitstruktur-ähnliche Verbindungen zu finden, deren Affinität in weiteren Design-Zyklen optimiert werden kann. Ein Beispiel dafür ist die Derivatisierung eines bereits bekannten Inhibitors. Das beste Derivat zeigt eine 30fach höhere Affinität als die Ausgangsverbindung. Die Struktur dieses Inhibitors im Komplex mit humaner Aldose Reduktase konnte aufgeklärt werden. Dabei wurde ein neuer Bindungsmodus beobachetet, bei dem ein Citrat-Molekül die Wechselwirkung des Inhibitors mit dem Protein verbrückt. Die Analyse dieser Wechselwirkungen wird in der Zukunft als Grundlage für eine neue Design-Strategie zur weiteren Verbesserung der Affinität dienen. Dies unterstreicht die Bedeutung des Zusammenwirkens von Computermethoden und Röntgenkristallographie bei der Entwicklung neuer Inhibitoren. Des Weiteren wurden im Rahmen dieser Arbeit ITC-Messsungen bei pH 8,0 und bei 25°C mit einer Reihe von AR-Inhibitoren durchgeführt, um ein thermodynamisches Profil der Bindung des jeweiligen Inhibitors zu erhalten. Nach der Berücksichtigung von Korrekturtermen für die Ioniserung des Puffers und funktioneller Gruppen des Liganden, war eine strukturbezogene Interpretation der erhaltenen thermodynamischen Daten möglich. Anhand der in Abhängigkeit von dem Oxidationszustand des Kofaktors beobachteten Protonierungsänderungen bei der Ligandenbindung konnten Rückschlüsse auf den Liganden-Bindungsmechanismus gezogen werden

Bioreactor cultivation of CHO DP-12 cells under sodium butyrate treatment – comparative transcriptome analysis with CHO cDNA microarrays

Klausing S, Krämer O, Noll T. Bioreactor cultivation of CHO DP-12 cells under sodium butyrate treatment – comparative transcriptome analysis with CHO cDNA microarrays. BMC Proceedings. 2011;5(Suppl 8)

‘Online is Better than Nothing, but Face-to-Face is the Best’: Attitudes of Teachers and Students at Universities of Music Concerning Online Teaching in the Corona Crisis

Die deutschen Musikhochschulen standen im vergangenen Jahr angesichts der flächendeckenden Hochschulschliessungen im Zusammenhang mit der Corona-Pandemie vor besonderen Herausforderungen. Grosser Nachholbedarf bestand im Hinblick auf digitale Technik, Medienkompetenz und didaktische Erfahrung im Umgang mit digitalem Lehren und Lernen. Insbesondere in den künstlerischen Unterrichtsfächern (Gesangs- und Instrumentalausbildung, Ensemblemusizieren) gab es praktisch keine gesicherten Vorerfahrungen mit Online-Formaten. Mit mehreren Befragungen von Lehrenden und Studierenden haben wir den Prozess des notgedrungenen digitalen Wandels an den Musikhochschulen über das vergangene Jahr hinweg begleitet und dabei vor allem zwischen wissenschaftlich und künstlerisch Lehrenden grosse Unterschiede festgestellt, was die Akzeptanz von Online-Lehre im Allgemeinen, aber auch was die konkrete Arbeitssituation und die Abschätzung von Langzeitfolgen der Corona-Pandemie für den Prozess der Digitalisierung und die universitäre Bildung betrifft. In unseren Befragungen zeigt sich, dass die Möglichkeiten digitaler Lehre derzeit noch längst nicht ausgeschöpft werden. Insbesondere digitale Formate ohne persönlichen Kontakt zwischen Lehrenden und Studierenden werden kaum genutzt. Durch die Analyse von Freitextkommentaren konnten wir zudem wiederkehrende Begründungsmuster für die Akzeptanz bzw. Ablehnung von Online-Lehre auf personaler, sozialer und fachlich-didaktischer Ebene identifizieren. Angesichts der Ergebnisse scheint uns die Entwicklung eines Leitbilds digitaler Lehre an Musikhochschulen für die Zukunft unabdingbar.Last year, due to the nationwide university closings in connection with the corona pandemic, German universities of music faced particular challenges in terms of catching up with the digital technology, media skills and didactic experience in dealing with digital teaching and learning. In particular in the artistic subjects (vocal and instrumental tuition, ensemble courses) there was nearly any reliable experience with online formats. With several surveys of music teachers and students, we have accompanied the externally forced digital change over the past year. Our findings show major differences especially between academic and artistic teachers in terms of the acceptance of online teaching in general, but also concerning the specific work situation and the assessment of the long-term consequences of the corona pandemic for the process of digitization and university education. Our surveys show that the possibilities of digital teaching aren’t used to its full range. Especially formats without personal contact are hardly taken into account when thinking about teaching strategies. Through the analysis of free text comments, we were also able to identify recurring justification patterns for the acceptance or the rejection of online teaching on a personal, socio-ecological and content-related didactic level. In view of the results, the development of a mission statement for digital teaching at the universities of music seems to be indispensable for the future

Assessment of low-frequency aeroacoustic emissions of a wind turbine under rapidly changing wind conditions based on an aero-servo-elastic CFD simulation

A meteorologically challenging situation that represents a demanding control task (rotational speed, pitch and yaw) for a wind turbine is presented and its implementation in a simulation is described. A high-fidelity numerical process chain, consisting of the computational fluid dynamics (CFD) solver FLOWer, the multi-body system (MBS) software SIMPACK and the Ffowcs Williams-Hawkings code ACCO, is used. With it, the aerodynamic, servoelastic and aeroacoustic (<20 Hz) behaviour of a generic wind turbine during a meteorological event with strong and rapid changes in wind speed and direction is investigated. A precursor simulation with the meteorological model system PALM is deployed to generate realistic inflow data. The simulated strong controller response of the wind turbine and the resulting aeroelastic behaviour are analysed. Finally, the low-frequency sound emissions are evaluated and the influence of the different operating and flow parameters during the variable inflow is assessed. It is observed that the wind speed and, linked to it, the rotational speed as well as the turbulence intensity are the main influencing factors for the emitted low-frequency sound power of the wind turbine. Yawed inflow, on the other hand, has little effect unless it changes the operational mode to load reduction, resulting in a swap of the main emitter from the blades to the tower

Vorbereitung von Studierenden auf erste Unterrichtsversuche im Fach Musik: Partner-Peer-Teaching als Vorbereitung auf das Praxisjahr Schule

Im vorliegenden Beitrag wird die Methode der Unterrichtssimulation im Zusammenhang mit der besonderen Form des Partner-Peer-Teachings vorgestellt. Diese Unterrichtssimulation dient der Vorbereitung von Lehramtsstudierenden auf ihre ersten schulischen Unterrichtsversuche im Fach Musik. Die Simulationen finden zum Abschluss des hochschulischen Vorbereitungsseminars statt und bilden gewissermaßen das Scharnier zwischen Theorie und Praxis. Die Simulationen sind erste Handlungssituationen, in denen fachdidaktisches Planungswissen und pädagogisches Unterrichtskönnen aufeinandertreffen und im Nachgang in zwei voneinander getrennten Prozessen reflektiert werden. Das hier als Material vorgestellte Seminarsetting geht davon aus, dass in der beschriebenen Unterrichtssimulation zwei verschiedene Lernebenen wirksam sind: Zum einen bietet die Simulation im Sinne eines kontrollierten Experiments die Gelegenheit, theoretisch erworbenes Unterrichtsplanungswissen praktisch zu erproben. Zum anderen ist die Simulation ein komplexes und zugleich offenes Erfahrungsfeld, in dem sich im Sinne der Emergenz bereits Aspekte von Unterrichtskönnen zeigen, die sich durch anschließende Reflexionsprozesse verbalisieren und teilen lassen

Free enthalpies of replacing water molecules in protein binding pockets

Water molecules in the binding pocket of a protein and their role in ligand binding have increasingly raised interest in recent years. Displacement of such water molecules by ligand atoms can be either favourable or unfavourable for ligand binding depending on the change in free enthalpy. In this study, we investigate the displacement of water molecules by an apolar probe in the binding pocket of two proteins, cyclin-dependent kinase 2 and tRNA-guanine transglycosylase, using the method of enveloping distribution sampling (EDS) to obtain free enthalpy differences. In both cases, a ligand core is placed inside the respective pocket and the remaining water molecules are converted to apolar probes, both individually and in pairs. The free enthalpy difference between a water molecule and a CH3 group at the same location in the pocket in comparison to their presence in bulk solution calculated from EDS molecular dynamics simulations corresponds to the binding free enthalpy of CH3 at this location. From the free enthalpy difference and the enthalpy difference, the entropic contribution of the displacement can be obtained too. The overlay of the resulting occupancy volumes of the water molecules with crystal structures of analogous ligands shows qualitative correlation between experimentally measured inhibition constants and the calculated free enthalpy differences. Thus, such an EDS analysis of the water molecules in the binding pocket may give valuable insight for potency optimization in drug desig