A new interaction force decomposition maximizing compensating forces under physical work constraints

Decomposition of interaction forces in manipulation tasks has a long research tradition. Interaction forces are often split into robustness-reflective and accelerating forces. While this decomposition is typically performed for the synthesis of interaction forces to be applied for example in the context of robotic grasping, less attention has been paid to the analysis of measured, human interaction forces. Here we present a new decomposition approach for interaction force analysis. It extends the intuitive solution known in literature for the two finger grasp and combines it with a physically motivated bounding constraint, which allows the maximization of robustness reflective forces. Advantages of our approach are illustrated with an example and are compared to existing decomposition approaches. In contrast to existing approaches the new approach is not limited in the number of interaction points and incorporates forces which are physically possible only

A Comprehensive Toolbox for Genome Editing in Cultured Drosophila melanogaster Cells

Custom genome editing has become an essential element of molecular biology. In particular, the generation of fusion constructs with epitope tags or fluorescent proteins at the genomic locus facilitates the analysis of protein expression, localization, and interaction partners at physiologic levels. Following up on our initial publication, we now describe a considerably simplified, more efficient, and readily scalable experimental workflow for PCR-based genome editing in cultured Drosophila melanogaster cells. Our analysis at the act5C locus suggests that PCR-based homology arms of 60 bp are sufficient to reach targeting efficiencies of up to 80% after selection;extension to 80 bp (PCR) or 500 bp (targeting vector) did not further improve the yield. We have expanded our targeting system to N-terminal epitope tags;this also allows the generation of cell populations with heterologous expression control of the tagged locus via the copper-inducible mtnDE promoter. We present detailed, quantitative data on editing efficiencies for several genomic loci that may serve as positive controls or benchmarks in other laboratories. While our first PCR-based editing approach offered only blasticidin-resistance for selection, we now introduce puromycin-resistance as a second, independent selection marker;it is thus possible to edit two loci (e.g., for coimmunoprecipitation) without marker removal. Finally, we describe a modified FLP recombinase expression plasmid that improves the efficiency of marker cassette FLP-out. In summary, our technique and reagents enable a flexible, robust, and cloning-free genome editing approach that can be parallelized for scale-up

Entwicklung einer Auswertungssoftware zur Anwendung Residualer Dipolarer Kopplungen in der organischen Strukturaufklärung

Die Dissertation beschäftigt sich mit der computerbasierten Analyse von Strukturinformationen aus Residualer Dipolarer Kopplungen in schwach orientierten, kleinen organischen Molekülen. Die Implementierung eines neuen Computerprogramms wird vorgestellt. Das RDC-Modul des hotFCHT-Softwarepakets wurde speziell auf die Bedürfnisse der Analyse schwach orientierter, kleiner organischer Moleküle hin entwickelt. Die Software führt eine SVD-basierte Anpassung der RDC-Daten an ein Strukturmodell durch und berechnet daraus den Orientierungstensor. Mit Hilfe dieses Tensors werden Qualitätsfaktoren anhand experimenteller und zurückgerechneter RDC-Daten ermittelt, und vom Tensor abgeleitete Parameter bestimmt, welche die relative Orientierung des Tensors beschreiben. Eine umfassende Fehlerbetrachtung wird basierend auf Monte-Carlo-Simulationen sowie einer Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Darüber hinaus wird auch die Beschreibung konformationell flexibler Moleküle als Anpassung eines populationsgewichteten Konformerensembles ermöglicht. Hierbei kann entweder der allgemeine Fall eines dedizierten Orientierungstensors für jedes Konformer wie auch die Näherung eines gemeinsamen Orientierungstensors für alle Konformere betrachtet werden. Verschieden Anwendungen der Analyse von RDCs schwach orientierter, kleiner organischer Moleküle werden diskutiert: a) die Bestimmung der unbekannten Relativkonfiguration der Naturstoffe Dibromopalau'amin und 4,6-diacetylhygrophorone A12, b) die gleichzeitige Bestimmung der unbekannten Relativkonfiguration sowie der Konformerpopulationen eines synthetischen Butyrolactons, c) Konformationsanalysen eines photoschaltbaren Organokatalysators sowie eines reaktiven Pd-Komplexes, d) Charakterisierung von Enantiodifferenzierung in chiralen, nicht-racemischen Orientierungsmedien auf der Basis von Homopolypeptiden und Aminosäure-stabilisierten Polyacetylenen

Homology directed repair is unaffected by the absence of siRNAs in Drosophila melanogaster

Small interfering RNAs (siRNAs) defend the organism against harmful transcripts from exogenous (e.g. viral) or endogenous (e.g. transposons) sources. Recent publications describe the production of siRNAs induced by DNA double-strand breaks (DSB) in Neurospora crassa, Arabidopsis thaliana, Drosophila melanogaster and human cells, which suggests a conserved function. A current hypothesis is that break-induced small RNAs ensure efficient homologous recombination (HR). However, biogenesis of siRNAs is often intertwined with other small RNA species, such as microRNAs (miRNAs), which complicates interpretation of experimental results. In Drosophila, siRNAs are produced by Dcr-2 while miRNAs are processed by Dcr-1. Thus, it is possible to probe siRNA function without miRNA deregulation. We therefore examined DNA double-strand break repair after perturbation of siRNA biogenesis in cultured Drosophila cells as well as mutant flies. Our assays comprised reporters for the single-strand annealing pathway, homologous recombination and sensitivity to the DSB-inducing drug camptothecin. We could not detect any repair defects caused by the lack of siRNAs derived from the broken DNA locus. Since production of these siRNAs depends on local transcription, they may thus participate in RNA metabolism-an established function of siRNAs-rather than DNA repair

TCTEX1D2 mutations underlie Jeune asphyxiating thoracic dystrophy with impaired retrograde intraflagellar transport

The analysis of individuals with ciliary chondrodysplasias can shed light on sensitive mechanisms controlling ciliogenesis and cell signalling that are essential to embryonic development and survival. Here we identify TCTEX1D2 mutations causing Jeune asphyxiating thoracic dystrophy with partially penetrant inheritance. Loss of TCTEX1D2 impairs retrograde intraflagellar transport (IFT) in humans and the protist Chlamydomonas, accompanied by destabilization of the retrograde IFT dynein motor. We thus define TCTEX1D2 as an integral component of the evolutionarily conserved retrograde IFT machinery. In complex with several IFT dynein light chains, it is required for correct vertebrate skeletal formation but may be functionally redundant under certain conditions

Entwicklung innovativer Trägersysteme zur gezielten dermalen Applikation eines GATA-3-spezifischen DNAzyms als Therapeutikum der Atopischen Dermatitis

Da die akute Phase der Atopischen Dermatitis mit einer Überexpression von Th2-Zellen einhergeht und der Transkriptionsfaktor GATA-3 hierfür einen entscheidenden Trigger darstellt, ist es naheliegend, durch ein selektives Ausschalten der mRNA die Expression dieses Transkriptionsfaktors zu unterbinden und somit die Erkrankung spezifisch und kausal zu therapieren. Eine Möglichkeit zur spezifischen Katalyse von GATA-3 stellt das Antisense Oligonukleotid DNAzym hgd 40 dar. Hauterkrankungen, wie die Atopische Dermatitis werden konventionell dermal therapiert. Allerdings ergeben sich für die bis dato noch nicht in die dermale Therapie eingeführten Antisense Oligonukleotide aufgrund von Molekülgröße und Sensitivität zahlreiche Herausforderungen. Besonders gegenüber in und auf der Haut ubiquitär vorkommenden DNasen müssen diese Wirkstoffe vor Degradation geschützt werden. Gleichzeitig ist eine ausreichende Resorption in das Zielorgan Haut sicherzustellen. Folgerichtig wird in der vorliegenden Arbeit die Formulierungsfindung für den als Modellsubstanz ausgewählten Wirkstoff DNAzym hgd 40 behandelt. Hierbei war des besonders zu beachten, dass die natürliche Hautbarriere bei der Atopischen Dermatitis zwar geschwächt, gleichzeitig aber auch außerhalb eines Krankheitsschubs bei intakter Hautbarriere die Wirkstoffpenetration für einen präventiven Effekt gewährleistet sein sollte. Multiple Emulsionen wurden als Kandidat mit der größten Schnittmenge an Eigenschaften, wie Wirkstoffschutz und Wirkstoffpenetration bei gleichzeitig pflegenden Eigenschaften, favorisiert. Multiple Emulsionen sind Wasser-in-Öl-in-Wasser Emulsionen, in deren innerer Wasserphase Wirkstoffe eingeschlossen werden können. Zum Vergleich wurden weitere Emulsionstypen, wie Mikroemulsion, Submikronemulsion und konventionelle Wasser-in-Öl-Emulsionen in die Versuchsreihe aufgenommen. Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten Emulsionstypen hinsichtlich ihrer physikochemischen Parameter, wie pH-Wert, Tropfengröße und Viskosität über den untersuchten Zeitraum stabil sind. Ein besonderes Augenmerk richtete sich auf die Schutzfunktion der Galeniken gegenüber der Degradation des Wirkstoffs DNAzym hgd 40. Die hierzu notwendigen extraktions- und analytischen Verfahren konnten im Rahmen dieser Arbeit etabliert werden. Bei Inkubationsversuchen mit hautidentischen DNasen wurde gezeigt, dass multiple Emulsionen innerhalb des untersuchten Zeitraums über 50% des in der inneren Phase eingearbeiteten Wirkstoffs effektiv vor Abbau schützen. Die beschriebenen Trägersysteme Mikroemulsion und Submikronemulsion zeigten keine Schutzfunktion und einen nahezu vollständigen Abbau des Wirkstoffs. Zur Untersuchung der Kinetik wurden Freisetzungsversuche an Cellulosemembranen durchgeführt. Die positiven Ergebnisse dieser Arbeit lassen eine kausale, dermale Therapie der Atopischen Dermatitis mit Antisense Oligonukleotiden, geschützt in multiplen Emulsionen, in greifbare Nähe rücken