Cis-Regulation of Gremlin1 Expression during Mouse Limb Bud Development and its Diversification during Vertebrate Evolution

Embryonic development and organogenesis rely on tightly controlled gene expression, which is achieved by cis-regulatory modules (CRMs) interacting with distinct transcription factors (TFs) that control spatio-temporal and tissue-specific gene expression. During organogenesis, gene regulatory networks (GRNs) with selfregulatory feedback properties coordinately control growth and patterning and provide systemic robustness against genetic and/or environmental perturbations. During limb bud development, various interlinked GRNs control outgrowth and patterning along all three limb axes. A paradigm network is the epithelial-mesenchymal (e-m) SHH/GREM1/AER-FGF feedback signaling system which controls limb bud outgrowth and digit patterning. The BMP antagonist GREMLIN1 (GREM1) is central to this e-m interactions as its antagonism of BMP activity is essential to maintain both AER-Fgf and Shh expression. In turn, SHH signaling upregulates Grem1 expression, which results in establishment of a self-regulatory signaling network. One previous study provided evidence that several CRMs could regulate Grem1 expression during limb bud development. However, the cis-regulatory logics underlying the spatio-temporal regulation of the Grem1 expression dynamics remained obscure. From an evolutionary point of view, diversification of CRMs can result in diversification of gene regulation which can drive the establishment of morphological novelties and adaptions. This was evidenced by the observed differences in Grem1 expression in different species that correlates with the evolutionary plasticity of tetrapod digit patterning. Hence, a better understanding of spatio-temporal regulation of the Grem1 expression dynamics and underlying cis-regulatory logic is of interest from both adevelopmental and an evolutionary perspective. Recently, multiple candidate CRMs have been identified that might be functionally relevant for Grem1 expression during mouse limb bud development. For my PhD project, I genetically analyzed which of these CRMs are involved in the regulation of the spatial-temporal Grem1 expression dynamics in limb buds. Therefore, we generated various single and compound CRM mutant alleles using CRISPR/Cas9. Our CRMs allelic series revealed a complex Grem1 cis-regulation among a minimum of six CRMs, where a subset of CRMs regulates Grem1 transcript levels in an additive manner. Surprisingly, phenotypic robustness depends not on threshold transcript levels but the spatial integrity of the Grem1 expression domain. In particular, interactions among five CRMs control the characteristic asymmetrical and posteriorly biased Grem1 expression in mouse limb buds. Our results provide an example of how multiple seemingly redundant limb-specific CRMs provide phenotypical robustness by cooperative/synergistic regulation of the spatial Grem1 expression dynamics. Three CRMs are conserved along the phylogeny of extant vertebrates with paired appendages. Of those, the activities of two CRMs recapitulate the major spatiotemporal aspects of Grem1 expression in mouse limb buds. In order to study their functions in species-specific regulation of Grem1 expression and their functional diversification in tetrapods, I tested the orthologous of both CRMs from representative species using LacZ reporter assays in transgenic mice, in comparison to the endogenous Grem1 expression in limb buds of the species of origin. Surprisingly, the activities of CRM orthologues display high evolutionary plasticity, which correlates better with the Grem1 expression pattern in limb buds of the species of origin than its mouse orthologue. This differential responsiveness to the GRNs in mouse suggests that TF binding site alterations in CRMs could underlie the spatial diversification of Grem1 in limb buds during tetrapod evolution. While the fish fin and tetrapod limb share some homologies of proximal bones, the autopod is a neomorphic feature of tetrapods. The Grem1 requirement for digit patterning and conserved expression in fin buds prompted us to assess the enhancer activity of fish CRM orthologues in transgenic mice. Surprisingly, all tested fish CRMs are active in the mouse autopod primordia providing strong evidence that Grem1 CRMs are active in fin buds and that they predate the fin-to-limb transition. Our results corroborate increasing evidence that CRMs governing autopodial gene expression have been co-opted during the emergence of tetrapod autopod. Furthermore, as part of a collaboration with Dr. S. Jhanwar, I contributed to the study of shared and species-specific epigenomic and genomic variations during mouse and chicken limb bud development. In this analysis, Dr. S. Jhanwar identified putative enhancers that show higher chicken-specific sequence turnover rates in comparison to their mouse orthologues, which defines them as so-called chicken accelerated regions (CARs). Here, I analyzed the CAR activities in comparison to their mouse orthologues by transgenic LacZ reporter assays, which was complemented by analysis of the endogenous gene expression in limb buds of both species. This analysis indicates that diversified activity of CARs and their mouse orthologues could be linked to the differential gene expression patterns in limb buds of both species

Determination of aerosol content in the atmosphere from ERTS-1 data

The author has identified the following significant results. Significant results, relating the radiance over water surfaces to the atmospheric aerosol content, have been obtained. The results indicate that the MSS channels 4, 5, and 6 centered at 0.55, 0.65, and 0.75 microns have comparable sensitivity, and that the aerosol content can be determined within + or - 10% with the assumed measurement errors of the MSS. The fourth channel, MSS 7, is not useful for aerosol determination due to the water radiance values from this channel generally being less than the instrument noise. The accuracy of the aerosol content measurement could be increased by using an instrument specifically designed for this purpose. This radiance-aerosol content relationship can possibly provide a basis for monitoring the atmospheric aerosol content on a global basis, allowing a base-line value of aerosols to be established. The contrast-aerosol content investigation shows useful linear relationships in MSS channels 4 and 5, allowing the aerosol content to be determined within + or - 10%. MSS 7 is not useful due to the low accuracy in the water radiance, and MSS 6 is found to be too insensitive. These results rely on several assumptions due to the lack of ground truth data, but do serve to indicate which channels are most useful

Telling Untold Tales: Concealed Family Stories in Contemporary Fiction

Drawing on three twenty-first-century North American and German novels - Jeffrey Eugenides' Middlesex (2002), Jonathan Safran Foer's Everything Is Illuminated (2002), and Marcel Beyer's Spione (2000) -, this dissertation examines how lost or concealed family stories, marked by war, dislocation or other traumatic experiences in the grandparents' generation, are re-invented in the life narratives of third-generation descendants. The narrators, attempting to trace the lost or concealed stories of their grandparents, are confronted with a past inaccessible due to the violent historical caesurae. In the face of this experience of loss and its implication for their own sense of identity, the grandsons then forge their ancestral stories, in order to inscribe themselves in a familial continuity. Their biographical projects thus are simultaneously autobiographical, leading to complex forms of intergenerational identification and a conflation of individual, family and collective stories. All three texts foreground the role of the grandparents as connectors between personal life and larger frameworks, present and past, communicative and cultural memory, and derive their urge to reinvent the grandparental story from the void that is left by the loss of that story. Each novel illuminates a specific issue at the core of such fictional (auto)biographies: Eugenides' Middlesex questions the issue of identity - personal, sexual, and cultural - to articulate the importance of both the ancestral heritage and the role of narrative for the protagonist's construction of a sense of self. Foer's Everything Is Illuminated illustrates the complexity of an identity quest within a historical and ancestral framework, negotiating the difficulty of recovering memory obliterated by traumatic past events, the realisation of the unreliability of memory as a fundamental element of any life writing, and yet the urge to reconstruct the past in narrative. Beyer's Spione foregrounds the role of family memory in contemporary Germany, which is still profoundly shaped by the legacy of the Third Reich, and the heritage of secrecy and silence that pervade all generational relationships. The analysis of the three texts together contributes to contemporary debates on the importance of memory in our society and the reverberations of traumatic experiences through the generations

Wahrnehmungsfragmente von menschlichen Interaktionen und ihre Entstehung

Die im Rahmen der Magisterarbeit entstandenen kunstpraktischen Arbeiten sind das Ergebnis einer intensiven inhaltlichen und methodischen Auseinandersetzung. Dabei verschränken sich die angewandten und entwickelten Techniken mit der konzeptionellen Entwicklung. Die verschiedenen Ausgangspunkte der Arbeit, insbesondere die Beschäftigung mit Gestik und Körpersprache und Körperaktion in vorausgegangenen praktischen Arbeitsphasen und die Auseinandersetzung mit Wahrnehmungs-fragen im Rahmen des Studienfaches führten zu einer Konzentration auf menschliche Interaktionen und figürliche Fragestellungen. Die in der Arbeitsphase weiterentwickelte druckgraphische Methode, die auf Zeichnungen basiert, entspricht in gewisser Weise den Phänomenen menschlicher Wahrnehmung (Selektion, Fragmentierung, Assoziative Leistungen und visuelles Erkennen) und repräsentiert und verdeutlicht diese. Darüber hinaus entsteht durch das großformatige Arbeiten und die materiellen Eigenheiten der Drucktechnik neue Möglichkeiten der Vereinfachung, Konzentration und Materialpräsenz, die eine Zeichnung alleine so nicht bietet. Durch die methodisch erarbeiteten Linien- und Formqualitäten werden in verschiedener Hinsicht neue Bildinhalte eröffnet. Zum einen wird der zeichenhafte Charakter der Elemente durch Entindividualisierung, Vereinfachung und Wiederholung verstärkt. Dadurch entwickeln sich neue narrative Momente. Zum anderen wird durch die Multiperspektivität und räumlich – dynamische Wirkung der Arbeiten ein Bezug zum Umgebungsraum und zu variierenden Betrachterpositionen hergestellt. Damit besteht eine Verbindung zwischen Bewegung als Bezugskonzept innerhalb der Einzelblätter und zwischen Betrachter und Werk. Die Rolle von zeitlicher und örtlicher Überlagerung von Wahrnehmungsfragmenten gewann während des Arbeitsprozesses immer stärker an Bedeutung. Damit in Zusammenhang steht die Bezugnahme auf Konzepte der zeitgenössischen Kunst, die sich bewegter Bilder bedienen, wie z. B. Film und Video, Animation und Überblendtechniken. Hier wird die zeitliche Abfolge der Bilder, die im persönlichen Wahrnehmungsspeicher quasi abgelagert wird, zum Bestandteil des Wahrnehmungsprozesses. Ein weiterer Kontext, den die kunstpraktische Arbeit vertieft, ist die Beschäftigung mit Körperarbeit und Materialität. Die bereits in der Vergangenheit durchgeführten Arbeiten mit Körperdrucken, Abroll- und Abformversuchen zeigte die Bedeutung des Materials an sich für den Ausdruck von nicht zeichenhaftem, sondern impulshaftem Ausdruck, für den in der Entwicklung der großformatigen und unmittelbaren Drucktechnik ein Weg der graphischen Umsetzung gefunden wurde. Die Präsentation der Arbeiten im Raum und die damit verbundenen Möglichkeiten der Wahrnehmung können aus organisatorischen Gründen erst nach Fertigstellung der schriftlichen Ausarbeitung erprobt werden. Hier eröffnen sich ggf. weitere Perspektiven für die Entwicklung von Raumkonzepten und großformatigen zeichenhaften Arbeiten. Auch eine Weiterentwicklung von Material betonenden Arbeiten, die plastische oder dreidimensionale Versuche beinhalten, wäre denkbar. Die Fragmente der eigenen Wahrnehmung werden als collagehafte Arbeit umgesetzt. Die im Gedächtnis zeitlich gestaffelten Wahrnehmungsfragmente wurden zu Fragmenten der kunstpraktischen Arbeit und über diese zu einer neuen Synthese der individuellen Fragestellungen. Der Prozess der Wahrnehmungsverarbeitung entwickelt sich dabei zum Weg der Umformung der selektiven individuellen Wahrnehmung innerhalb der graphischen Umformung. Dies kann stellvertretend für die eigene Konzentration auf elementare Erinnerungsfragmente und der Herausarbeitung zeichenhafter Ergebnisse einer persönlichen Weltsicht stehen. Die weitere Entwicklung der gewonnenen Ergebnisse intendiert neue Fragen und neue künstlerische Konzepte. Das über die Zeit Wahrgenommene wird neu geordnet und geformt und verdeutlicht die verarbeiteten Fragmente vor dem Hintergrund des eigenen spannungsvollen Bewusstseins, Wahrnehmung und persönliches Repertoire ergeben eine neue Form. Dies zeigt sich in der Betrachtung von Einzelblättern, aber voraussichtlich noch deutlicher in der Installation der Arbeiten als räumliche Präsentation

Die photochrome Ringöffnungsreaktion der Indolylfulgide

Fulgide gehören zu den photochromen molekularen Schaltern auf der Basis eines 6-elektrozyklischen Systems. Ihre ausgeprägte Photochromie wird von einer photoinduzierten, reversiblen Ringöffnung bestimmt: Das farbige Isomer mit geschlossenem Ring wird dabei durch sichtbares Licht in ein farbloses, offenes Isomer überführt. Mithilfe der transienten Absorptionsspektroskopie im UV/VIS und im mittleren IR konnten in der vorliegenden Arbeit entscheidende Fortschritte im Verständnis der perizyklischen Ringöffnung von Fulgiden und von chemisch nahe verwandten Fulgimiden erreicht werden. Erstmals konnte die Kinetik der Ringöffnungsreaktion im Detail vermessen und damit der Reaktionsweg der Ringöffnung aufgeklärt werden: Die Messergebnisse deuten auf einem Modell mit einer direkten photochemischen Umwandlung auf der Zeitskala von wenigen Pikosekunden und ohne langlebige Intermediate hin. Nach Anregung des geschlossenen Isomers in den angeregten S2-Zustand alternative Reaktionspfade abläuft. Die Mehrheit der S2-angeregten Moleküle beschreiten einen direkten Reaktionsweg, während nur etwa 40% die bekannte Abfolge (Kasha-Regel) der molekularen Prozesse für Photoreaktionen aus höheren elektronischen Zuständen durchlaufen: Zunächst erfolgt eine Relaxation in den niedrigsten elektronisch angeregten Zustand und von dort die „normale“ S1-Photochemie. Weiter werden die Auswirkungen optischer und thermischer Überschussenergie auf die Quanteneffizienz der Ringöffnungsreaktion der Fulgide untersucht. Ein einfaches Modell auf der Basis der Arrhenius-Gleichung wird entwickelt, das davon ausgeht, dass beide Arten der Energiezufuhr eine äquivalente photochemische Wirkung zeigen, dass also optische Überschussenergie sehr schnell thermalisiert. Zentrales Element ist dabei ein Konversionskoeffizient, der es in linearer Näherung erlaubt, optische Überschussenergie in zusätzliche thermische Energie umzurechnen. Im Zusammenhang mit potentiellen Anwendungen ist es gelungen, den Prototyp eines extrem schnellen, rein optischen Schreib/Lese/Lösch/Lese Operationszyklus auf molekularer Basis zu realisieren. Dieses „proof of principle“ Experiment demonstriert, dass die einzelnen Elemente des Zyklus basierend auf photochromen Fulgiden mit einer Taktrate von 250 GHz kombiniert werden können.Fulgides belong to the class of photochrome molecular switches based on a 6-electron system. Their pronounced photochromism is governed by a photoinduced reversible ring opening: The colored ring-closed isomer is converted by visible light into a colorless ringopened isomer. Using transient absorption spectroscopy in the ultraviolett, visible and nearinfrared spectral range decisive progress has been achieved in understanding the pericyclic cycloreversion reaction of fulgids and the chemically close related fulgimids. For the first time the kinetics of the ring-opening reaction could be measured in detail and thereby the reaction pathway could be elucidated: the experimental results can be interpreted in a model with a direct photochemical transition on the timescale of a view picoseconds without long-lived intermediates. After excitation of the ring-closed isomer into the higher excited S2-state, that though the same overall photoreaction occurs as in comparison with S1-excitation, an alternative reaction pathway appears. The majority of the S2-excited molecules passes this reaction pathway and only about 40% step through the most common succession („Kasha rule“) of the molecular processes for photoreactions from higher electronically excited states. Firstly a relaxation into the lowest excited state (S1) occurs and subsequently the normal S1-photochemistry follows. Furthermore, the effect of optical and thermal excess energy on the quantum yield of the fulgide ring opening reaction is investigated. A simple model is developed, which is based on the equivalent photochemical effect of these two kinds of additional energy. Thereby the centralelement is a conversion coefficient that allows for translation (in a linear approximation) of optical excess energy into additional thermal energy. In terms of applications the prototype of an ultrafast all-optical write/read/erase/read operation cycle based on photchromic fulgides was realized. This „proof of principle“ experiment demonstrates that the single elements of the cycle can be combined with a clock rate of at least 250 GHz. For future application concepts molecular bits based on photochromic fulgides represent attractive building blocks

Syntax and epistemology in the Kitab al-Tarbi Wal-Tadwir of al-Jahiz.

This thesis contains eleven chapters; introduction, nine chapters on various aspects of the Kitab Al-Tarbi Wal-Tadwir of Jahiz, and conclusion. The Arabic text referred to is Charles Pellat's edition (Damas, 1955), which has been photocopied and added as appendix. The Introduction discusses the form known as adab, and Chapter One deals with Jahiz's version of it in this risala. Using syntagmatic analyses, and the identification of registers of discourse, an overall coherent texture is postulated. Chapters Two and Three analyse the structure of passages of direct discourse, worded either by question or by report. Syntactic patterns are compared, as are semic fields, in an approach which will be followed throughout the thesis. Chapters Four and Five isolate sections identified as indirect discourse, as argumentation presented through the problems of language. Chapters Six, Seven, and Eight deal with the intrusion of recipient, author, and text, and postulate a sophisticated literary function for these elements. In Chapter Nine, on the basis of the primary identifications, the textual interdependence of discourse registers is treated by comparison with that in other literary forms, both ancient and modern. In the Conclusion, based on the re-assembling of elements isolated in the analyses of Chapters One to Eight, the function and raison d'etre of this particular form is presented as a hypothesis about its relationship to expression of paradigmatic change