On the effects of variable leg-spring properties during hopping

Das Federmassemodell, auch spring-loaded inverted pendulum (SLIP), beschreibt die Schwerpunktsbewegung biologischer Laufsysteme. Dieses Modell bildet die Beine als lineare Federn mit konstanten Parametern ab. In biologischen Systemen können sich federartige Eigenschaften der Gliedmaßen jedoch zeitlich ändern. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, inwieweit Variationen der Federparameter während des Bodenkontaktes die Dynamik des Federmassemodells beeinflussen

A mountain ridge model for quantifying oblique mountain wave propagation and distribution

Following the current understanding of gravity waves (GWs) and especially mountain waves (MWs), they have high potential of horizontal propagation from their source. This horizontal propagation and therefore the transport of energy is usually not well represented in MW parameterizations of numerical weather prediction and general circulation models. The lack thereof possibly leads to shortcomings in the model's prediction as e.g. the cold pole bias in the Southern Hemisphere and the polar vortex breaking down too late. In this study we present a mountain wave model (MWM) for quantification of the horizontal propagation of orographic gravity waves. This model determines MW source location and associates their parameters from a fit of idealized Gaussian shaped mountains to topography data. Propagation and refraction of these MWs in the atmosphere is modeled using the ray-tracer GROGRAT. Ray-tracing each MW individually allows for an estimation of momentum transport due to both vertical and horizontal propagation. This study presents the MWM itself and gives validations of MW induced temperature perturbations to ECMWF IFS numerical weather prediction data and estimations of gravity wave momentum flux (GWMF) compared to HIRDLS satellite observations. The MWM is capable of reproducing the general features and amplitudes of both of these data sets and, in addition, is used to explain some observational features by investigating MW parameters along their trajectories.</p

Smartphone-Experimente zu gleichmäßig beschleunigten Bewegungen mit der App phyphox

Die Bedeutung von Smartphones in der heutigen Gesellschaft nimmt stetig zu. Fast alle Jugendlichen besitzen ein eigenes Smartphone und nutzen dies täglich. Vielen ist nicht bewusst, welche verschiedenen Sensoren in den modernen Smartphones integriert sind, die insbesondere zur Erfassung verschiedenster (physikalischer) Daten verwendet werden können. Fast alle Sensoren können über die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox (phyphox.org) ausgelesen werden. Zudem bietet diese App die Möglichkeit, Experimente zu editieren, die individuell auf Lerngruppen angepasst werden können. Im Beitrag werden zwei Experimente vorgestellt, die im Bereich der Mechanik für die Sekundarstufe II des Gymnasiums entwickelt wurden und dabei den Einsatz des Smartphones mit der App phyphox nutzen. Konkret sind ein Lehrerdemonstrationsexperiment auf der Luftkissenbahn und ein Schülerexperiment für den freien Fall konzipiert worden, in denen das Smartphone zur Erfassung von Weg-Zeit-Daten dient. In diesem Beitrag werden die App phyphox und die beiden konzipierten Experimente aus physikalischer und didaktischer Sicht dargestellt

Smartphone-Experimente zu harmonischen Pendelschwingungen mit der App phyphox

Das Smartphone ist fester Bestandteil der alltäglichen Lebenswelt der heutigen Schülerinnen und Schüler. Aufgrund einer Ausstattung mit diversen Sensoren, die eine große Bandbreite physikalischer Daten erfassen können, sind die Einsatzmöglichkeiten des Messgeräts „Smartphone“ auch im schulischen Physikunterricht sehr vielfältig. Im Gegensatz zu den meisten auf dem Markt erhältlichen Apps kann die an der RWTH Aachen entwickelte, kosten- und werbefreie App phyphox verschiedene Sensoren des Smartphones auswerten und dem Kontext des Experiments entsprechend darstellen. Neben einer Reihe von vordefinierten Experimenten besteht mit einem Editor die Möglichkeit, eigene Experimente zu kreieren und bei Bedarf über einen Fernzugriff zu steuern. Exemplarisch wurden zwei Smartphone-Experimente zu harmonischen Schwingungen für die Sekundarstufe II entwickelt. Sie ermöglichen eine sehr kostengünstige Realisierung von Versuchen mit digitaler Messwerterfassung in dem Themenfeld und bieten die Möglichkeit, mit dem Editor gezielt auf die Rahmenbedingungen einzelner Lerngruppen einzugehen. Damit stellen sie eine attraktive Alternative zu aktuell in der Schulpraxis vorherrschenden Versuchsdurchführungen dar

Smartphone-Experimente zu gleichmäßig beschleunigten Bewegungen mit der App phyphox

Die Bedeutung von Smartphones in der heutigen Gesellschaft nimmt stetig zu. Fast alle Jugendlichen besitzen ein eigenes Smartphone und nutzen dies täglich. Vielen ist nicht bewusst, welche verschiedenen Sensoren in den modernen Smartphones integriert sind, die insbesondere zur Erfassung verschiedenster (physikalischer) Daten verwendet werden können. Fast alle Sensoren können über die an der RWTH Aachen entwickelte App phyphox (phyphox.org) ausgelesen werden. Zudem bietet diese App die Möglichkeit, Experimente zu editieren, die individuell auf Lerngruppen angepasst werden können. Im Beitrag werden zwei Experimente vorgestellt, die im Bereich der Mechanik für die Sekundarstufe II des Gymnasiums entwickelt wurden und dabei den Einsatz des Smartphones mit der App phyphox nutzen. Konkret sind ein Lehrerdemonstrationsexperiment auf der Luftkissenbahn und ein Schülerexperiment für den freien Fall konzipiert worden, in denen das Smartphone zur Erfassung von Weg-Zeit-Daten dient. In diesem Beitrag werden die App phyphox und die beiden konzipierten Experimente aus physikalischer und didaktischer Sicht dargestellt

Smartphone-Experimente zu harmonischen Pendelschwingungen mit der App phyphox

Das Smartphone ist fester Bestandteil der alltäglichen Lebenswelt der heutigen Schülerinnen und Schüler. Aufgrund einer Ausstattung mit diversen Sensoren, die eine große Bandbreite physikalischer Daten erfassen können, sind die Einsatzmöglichkeiten des Messgeräts „Smartphone“ auch im schulischen Physikunterricht sehr vielfältig. Im Gegensatz zu den meisten auf dem Markt erhältlichen Apps kann die an der RWTH Aachen entwickelte, kosten- und werbefreie App phyphox verschiedene Sensoren des Smartphones auswerten und dem Kontext des Experiments entsprechend darstellen. Neben einer Reihe von vordefinierten Experimenten besteht mit einem Editor die Möglichkeit, eigene Experimente zu kreieren und bei Bedarf über einen Fernzugriff zu steuern. Exemplarisch wurden zwei Smartphone-Experimente zu harmonischen Schwingungen für die Sekundarstufe II entwickelt. Sie ermöglichen eine sehr kostengünstige Realisierung von Versuchen mit digitaler Messwerterfassung in dem Themenfeld und bieten die Möglichkeit, mit dem Editor gezielt auf die Rahmenbedingungen einzelner Lerngruppen einzugehen. Damit stellen sie eine attraktive Alternative zu aktuell in der Schulpraxis vorherrschenden Versuchsdurchführungen dar

Observations of Gravity Wave Refraction and Its Causes and Consequences

Horizontal gravity wave (GW) refraction was observed around the Andes and Drake Passage during the SouthTRAC campaign. GWs interact with the background wind through refraction and dissipation. This interaction helps to drive midatmospheric circulations and slows down the polar vortex by taking GW momentum flux (GWMF) from one location to another. The SouthTRAC campaign was composed to gain improved understanding of the propagation and dissipation of GWs. This study uses observational data from this campaign collected by the German High Altitude Long Range research aircraft on 12 September 2019. During the campaign a minor sudden stratospheric warming in the southern hemisphere occurred, which heavily influenced GW propagation and refraction and thus also the location and amount of GWMF deposition. Observations include measurements from below the aircraft by Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere and above the aircraft by Airborne Lidar for the Middle Atmosphere. Refraction is identified in two different GW packets as low as ≈4 km and as high as 58 km. One GW packet of orographic origin and one of nonorographic origin is used to investigate refraction. Observations are supplemented by the Gravity-wave Regional Or Global Ray Tracer, a simplified mountain wave model, ERA5 data and high-resolution (3 km) WRF data. Contrary to some previous studies we find that refraction makes a noteworthy contribution in the amount and the location of GWMF deposition. This case study highlights the importance of refraction and provides compelling arguments that models should account for this

The von Hippel-Lindau Tumor Suppressor Protein Promotes c-Cbl-Independent Poly-Ubiquitylation and Degradation of the Activated EGFR

Somatic mutations or reduced expression of the von Hippel-Lindau (VHL) tumor suppressor occurs in the majority of the clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) and is a causal factor for the pathogenesis of ccRCC. pVHL was reported to suppress the oncogenic activity of Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) by reducing the expression of the EGFR agonist TGF-α and by reducing the translation efficiency of EGFR itself. Furthermore, it was reported that pVHL down-regulates activated EGFR by promoting efficient lysosomal degradation of the receptor. These modes of negative regulation of EGFR by pVHL were dependent on Hypoxia Inducible Factor (HIF). In this study, we report that HIF was not the only factor stabilizing the activated EGFR in VHL-deficient ccRCC cells. Down-regulation of endogenous HIF in these cells had little effect on the turnover rates of the activated EGFR. Furthermore, neither pretreatment with lysomomal inhibitors pretreatment nor down-regulation of c-Cbl, a major E3 ubiquitin ligase that targets the activated EGFR for lysosomal degradation, significantly increased the stabilities of EGFR in VHL-expressing ccRCC cells. In contrast, pretreatment with proteasomal inhibitors extended EGFR lifetime and led to similar EGFR half-lives in VHL-expressing and VHL-deficient ccRCC cells. Down-regulation of c-Cbl in VHL-deficient ccRCC cells revealed that the c-Cbl and pVHL collaborated to down-regulate the activated EGFR. Finally, we found that pVHL promoted the poly-ubiquitylation of the activated EGFR, and this function was c-Cbl-independent. Thus these results indicate that pVHL limits EGFR signaling by promoting c-Cbl-independent poly-ubiquitylation of the activated receptor, which likely results in its degradation by proteasome

Tyrosine kinase signalling in breast cancer: ErbB family receptor tyrosine kinases

ERBB family receptor tyrosine kinases are overexpressed in a significant subset of breast cancers. One of these receptors, HER2/neu, or ErbB-2, is the target for a new rational therapeutic antibody, Herceptin. Other inhibitors that target this receptor, and another family member, the epidermal growth factor (EGF) receptor, are moving into clinical trials. Both of these receptors are sometimes overexpressed in breast cancer, and still subject to regulation by hormones and other physiological regulators. Optimal use of therapeutics targeting these receptors will require consideration of the several modes of regulation of these receptors and their interactions with steroid receptors

Characterization of the L-selectin-ligand interaction under flow via biochemical modification and multivalent inhibitors

1 EINLEITUNG - 1 - 1.1 Die Bedeutung der Selektin–Ligand-Interaktion - 1 - 1.1.1 Die Adhäsionskaskade - 2 - 1.1.2 Die Familie der Selektine - 5 - 1.1.3 Liganden der Selektine und Inhibitoren der Selektin–Ligand-Bindung - 8 - 1.1.4 Modulation der Selektin–Ligand-Interaktion - 11 - 1.2 Zielsetzung - 13 - 2 MATERIAL UND METHODEN - 15 - 2.1 Material - 15 - 2.1.1 Chemikalien und Lösungen - 15 - 2.1.2 Verbrauchsmaterialien - 15 - 2.1.3 DNA-Aptamere - 15 - 2.1.4 Dendritische Polyglycerolsulfate - 16 - 2.1.5 Mannosamin- Vorläuferderivate - 16 - 2.1.6 Zelllinien - 16 - 2.2 Molekularbiologische Methoden - 16 - 2.2.1 DNA-Polyacrylamidgelelektrophorese - 16 - 2.3 Chemische Methoden - 17 - 2.3.1 Synthese der peracetylierten Mannosamin- Vorläuferderivate - 17 - 2.4 Proteinbiochemische Methoden - 19 - 2.4.1 Immunodetektion - 19 - 2.4.2 Colorimetrischer Festphasenassay - 20 - 2.4.3 Bestimmung der Sialinsäuren mittels Resorcinassay - 21 - 2.5 Zellbiologische Methoden - 22 - 2.5.1 Zellkultur - 22 - 2.5.2 Biochemical glycoengineering - 23 - 2.5.3 Durchflusscytometrische Analysen - 24 - 2.5.4 Flusskammer-Assay - 24 - 3 ERGEBNISSE - 27 - 3.1 Etablierung des Flusskammer-Assays - 27 - 3.2 Charakterisierung der Selektin–Ligand-Interaktion mittels biochemical glycoengineering - 31 - 3.2.1 Beschreibung der verwendeten Mannosamin- Vorläuferderivate - 31 - 3.2.2 Einfluss des biochemical glycoengineering auf PSGL-1 – zelluläre Interaktionsstudien mit P-Selektin - 32 - 3.2.3 Einfluss des biochemical glycoengineering auf L-Selektin – zelluläre Interaktionsstudien mit PSGL-1 - 37 - 3.3 Charakterisierung der L-Selektin- Bindung von DNA-Aptameren - 42 - 3.3.1 Beschreibung der verwendeten DNA- Aptamere - 42 - 3.3.2 Bindung der DNA-Aptamere an L-Selektin - 43 - 3.3.3 Inhibitionsstudien der L-Selektin–Ligand-Interaktion in Anwesenheit von DNA- Aptameren - 43 - 3.4 Charakterisierung der L-Selektin–Ligand-Interaktion mittels dendritischer Polyglycerolsulfate - 46 - 3.4.1 Beschreibung der verwendeten dendritischen Polyglycerolsulfaten - 46 - 3.4.2 Inhibitionsstudien in Anwesenheit von dendritischen Polyglycerolsulfaten - 47 - 3.5 Vergleich des Einflusses der verwendeten Inhibitoren auf die L-Selektin–Ligand-Interaktion - 51 - 4 DISKUSSION - 53 - 4.1 Modulation der Selektin–Ligand-Interaktion - 53 - 4.1.1 Modifikation der Glykane von Selektinen und Liganden - 53 - 4.1.2 Untersuchungen zur Inhibition der Funktion von L-Selektin durch dendritische Polyglycerolsulfate - 57 - 4.1.3 Inhibition der L-Selektin-Funktion in Anwesenheit durch DNA-Aptamere - 58 - 5 ZUSAMMENFASSUNG - 61 - 6 ABSTRACT - 63 - 7 LITERATUR - 65 - 8 ABKÜRZUNGEN - 75 - 9 ANHANG - 77 - 10 CURRICULUM VITAE - 79 - 11 PUBLIKATIONSVERZEICHNIS - 81 - 12 DANKSAGUNG - 85 -Im Rahmen der angeborenen Immunreaktion kommt es zum Austritt aktivierter Leukozyten aus dem Blutstrom in entzündetes Gewebe. Bei der Auswanderung (Extravasation) werden Leukozyten zuerst eingefangen und verlangsamt (initialer Kontakt), um anschließend auf dem Gewebeendothel zu rollen, fest zu adhärieren und schließlich durch das Endothel hindurch zu wandern, um den Entzündungsherd zu erreichen. Diese gezielte Auswanderung ist ein physiologischer Prozess. Da es durch Persistenz des Antigens bei chronischen Erkrankungen zu einem unkontrollierten Auswandern der Leukozyten mit der Folge eines sekundären Gewebeschadens kommt, ist die Möglichkeit der gezielten Hemmung der Extravasation von großem medizinischen Interesse. Ein möglicher Ansatzpunkt ist dabei die Modulierung der L-Selektin–Ligand-Interaktion, da L-Selektin, das konstitutiv auf Leukozyten exprimiert wird, eine entscheidende Rolle während des initialen Kontaktes der Leukozyten mit dem Endothel spielt. Diese Interaktion wird durch Bindung der Lektindomäne des L-Selektins an sLex- Motive und Sulfatgruppen endothelialer Liganden vermittelt. In der vorliegenden Arbeit wurde die L-Selektin–Ligand-Interaktion auf zwei verschiedenen Wegen moduliert, wobei für die Interaktionsstudien initial ein Flusskammer-Assay etabliert wurde, mit dem erfolgreich die Zell / Ligand- Interaktion quantifiziert werden konnte. Erstens wurden in intakten Zellen die Neuraminsäurereste der zellulären Glykoproteine durch Behandlung der Zellen sowohl mit dem natürlichen Mannosamin-Vorläuferderivat peracMNAc, als auch mit den artifiziellen Derivaten peracMNProp und peracMNCycloProp verändert. In diesen modifizierten Zellen wurde untersucht, ob die veränderte Sialylierung zu einer veränderten Interaktion zwischen Selektinen und dem Liganden PSGL-1 kommt. Die Untersuchungen zeigten, dass es bei allen Behandlungen zu einer Hypersialylierung der Zellen kam, wobei die Behandlung mit peracMNProp bzw. peracMNCycloProp zum Einbau der strukturell veränderten Neuraminsäure N-Propanoylneuraminsäure bzw. N-Cyclopropyl-carbonyl-Neuraminsäure führte. Weiterhin konnte eine verstärkte Adhäsion der PSGL-1-exprimierenden Zellen an den Liganden P-Selektin nach Supplementierung gemessen werden, die durch den Einbau der artifiziellen Sialinsäuren noch verstärkt wurde. Dahingegen zeigten die entsprechend behandelten L-Selektin-exprimierenden Zellen aufgrund der Hypersialylierung eine verminderte Interaktion mit dem Liganden PSGL-1. Durch die Behandlung mit den artifiziellen Derivaten kam es dabei zu einer weiteren Verminderung der Interaktion mit PSGL-1. Zweitens wurden unterschiedliche potentielle L-Selektin-Inhibitoren zur Modulation der Interaktion verwendet: zwei L-Selektin-Aptamere, welche sich in der Anzahl der Bindungs-domäne unterschieden (Monomer und Dimer) und drei Vertreter aus der Gruppe der dendritischen Polyglycerolsulfate (dPG2 kDaS23, dPG6 kDaS67 und dPG480 kDaS5185), die sich in der Größe des Polyglycerolgerüstes und in der Anzahl der funktionalisierten Sulfate unterschieden. Die dendritischen Polyglycerolsulfate zeigten eine inhibitorische Wirkung auf die L-Selektin –Ligand-Interaktion, wobei sich die gewünschte inhibitorische Wirkung in Abhängigkeit der Anzahl bindungsrelevanter Sulfate einstellte. So konnte eine eindrucksvolle Verbesserung der Inhibition bei Verwendung von dPG480 kDaS5185 um das 1000fache gegenüber dPG6 kDaS67 erzielt werden. Damit konnte gezeigt werden, dass eine multivalente Präsentation der Bindungs-epitope eine entscheidende Rolle für die Bindung an L-Selektin spielt. Die Bindungsstudien an den DNA-Aptameren konnten dieses Ergebnis untermauern, da die dimere Präsentation des Bindungsepitops zu einer 50fachen besseren inhibitorischen Wirkung gegenüber dem monomeren Aptamer führt. Diese Resultate zeigen eindeutig, dass eine gezielte Modulation der L-Selektin–Ligand-Interaktion möglich ist und dass mit den dendritschen Polyglycerolsulfaten und den DNA- Aptamer-Varianten neuartige Inhibitoren charakterisiert wurden, die das Potential für eine therapeutische Anwendung besitzen.During inflammation leukocytes exit the bloodstream into the site of inflammation (extravasation). Therefore, free floating cells are captured by endothelial ligands, slowed down by transient interactions (initial contact) and start rolling on the vascular endothelium and attach firmly to pass through the endothelium and to finally access the center of inflammation. This is a desired process during the innate immune response, but in chronic diseases extravasation of leukocytes is misregulated and leads to tissue damage. Therefore, it is desirable to regulate the uncontrolled leukocyte migration, e.g. by modulation of the L-selectin–ligand interaction. L-selectin, which is constitutively expressed on leukocytes, plays an important role for the initial contact of leukocytes to the endothelium. The binding of L-selectin depends on the interaction of its lectin domain to the endothel ligands containing the sLex-motif and sulfate groups. In the present study, the modulation of the L-selectin–ligand interaction was studied in two different ways. Initially a flow chamber assay was established to quantify the cell / ligand interaction under defined conditions. In a first step the neuraminic acids of glycoproteins of intact cells were modified by incorporation of the natural mannosamine derivative peracMNAc and the unnatural derivatives peracMNProp and peracMNCycloProp. These modified cells were examined concerning the changes in the interaction between selectins and their ligand PSGL-1. Analyses confirmed the successful incorporation of the sialic acid derivatives and therefore the hypersialylation of the cells. The treatment with the unnatural derivatives peracMNProp and peracMNCycloProp lead to the integration of the artificial neuraminic acids N-propanoyl neuraminic acid and N-cyclopropylcarbonyl neuraminic acid into the glycan structures. The modifications lead to improved adhesion of PSGL-1 expressing cells to P-selectin due to a higher incorporation of sialic acids and its derivatives in glycan structures. In contrast, the modification of the L-selectin glycans with the sialic acid derivatives leads to a reduced interaction of L-selectin expressing cells with the ligand PSGL-1. The second way to modulate L-selectin interactions relied on different potential inhibitors: three different dendritic polyglycerol sulfates (dPG2 kDaS23, dPG6 kDaS67 and dPG480 kDaS5185), which differed in the size of the polyglycerol core and in the amount of sulfate groups, and two L-selectin-aptamers, which differed in the presentation of the L-selectin specific binding epitop (monomer and dimer). The application of the polyglycerol sulfates showed significant inhibition dependent on the amount of the binding sulfates on the L-selectin-ligand interaction. This work demonstrates thus an impressive 1000-fold stronger inhibition by dPG480 kDaS5185 compared to dPG6 kDaS67. This reflects the important role of multivalent presentation of the binding epitopes for the L-selectin–ligand interaction. The interaction studies with the DNA-aptamers confirmed this observation. Compared to the monomeric aptamer, the dimeric epitope presentation shows a 50-fold (dimer-flex) better inhibition. These results clearly demonstrate the possibility to modulate the L-selectin-ligand interaction specifically and present the dendritic polyglycerol sulfates and DNA-aptamer variants as novel inhibitors with the potential for a successful therapeutic application