Perceiving Pitch Absolutely: Comparing absolute and relative pitch possessors in a pitch memory task

Background: The perceptual-cognitive mechanisms and neural correlates of Absolute Pitch (AP) are not fully understood. The aim of this fMRI study was to examine the neural network underlying AP using a pitch memory experiment and contrasting two groups of musicians with each other, those that have AP and those that do not. Results: We found a common activation pattern for both groups that included the superior temporal gyrus (STG) extending into the adjacent superior temporal sulcus (STS), the inferior parietal lobule (IPL) extending into the adjacent intraparietal sulcus (IPS), the posterior part of the inferior frontal gyrus (IFG), the pre-supplementary motor area (pre-SMA), and superior lateral cerebellar regions. Significant between-group differences were seen in the left STS during the early encoding phase of the pitch memory task (more activation in AP musicians) and in the right superior parietal lobule (SPL)/intraparietal sulcus (IPS) during the early perceptual phase (ITP 0–3) and later working memory/multimodal encoding phase of the pitch memory task (more activation in non-AP musicians). Non-significant between-group trends were seen in the posterior IFG (more in AP musicians) and the IPL (more anterior activations in the non-AP group and more posterior activations in the AP group). Conclusion: Since the increased activation of the left STS in AP musicians was observed during the early perceptual encoding phase and since the STS has been shown to be involved in categorization tasks, its activation might suggest that AP musicians involve categorization regions in tonal tasks. The increased activation of the right SPL/IPS in non-AP musicians indicates either an increased use of regions that are part of a tonal working memory (WM) network, or the use of a multimodal encoding strategy such as the utilization of a visual-spatial mapping scheme (i.e., imagining notes on a staff or using a spatial coding for their relative pitch height) for pitch information

Tabakkonsum unter Pflegeschülerinnen und Pflegeschülern

Einleitung: Obwohl in der Gesellschaft ein deutlicher Rückgang bei den Tabakprävalenzen zu verzeichnen ist, scheinen sich die hohen Prävalenzen in der Pflege (30-40%) zu manifestieren. Begründet werden diese Zahlen vielmals mit der beruflichen Sozialisation und den vorherrschenden Normen. Besonders häufig fallen im Zusammenhang mit dem Gesundheitsverhalten der PflegerInnen, insbesondere hinsichtlich des Rauchverhaltens, Schlagwörter wie der Fachkräftemangel, der Dauerstress oder der Pflegekollaps. Andere Studien zum Tabakkonsum unter den Pflegeschülern/PflegeschülerInnen belegen jedoch bereits eine Prävalenz von ca. 50%, welche deutlich über der Prävalenz dieser Altersgruppe (ca. 30%) liegt. Diese Studien kritisieren auch die Situation in der Praxis, ermahnen jedoch, dass die Tabakprävention und –reduktion bereits zu einem früheren Zeitpunkt, während der Schulzeit, ansetzen müsste. Die vorliegende Arbeit untersucht neben der beruflichen Situation auch mögliche Selektionsfaktoren bei der Berufswahl als Ursache für die Tabakprävalenzen und darüber hinaus den Einfluss personenbezogener Merkmale auf die Änderungsmotivation hinsichtlich des eigenen Gesundheitsverhaltens. Hauptteil: Als theoretische Basis der Überlegungen zur Sozialisation dienen die ökologische Entwicklungspsychologie von Bronfenbrenner sowie die Theorie des sozialen Lernens von Bandura. Beide Theorien gehen von einem starken Austausch zwischen dem Individuum und seiner Umwelt aus. Gerade in der Präventionsforschung besitzt Bronfenbrenner mit der Betrachtung der unterschiedlichen Umwelten einen hohen Stellenwert, wohingegen Bandura im Bereich des Lebenskompetenztrainings durch die hohe Bedeutung der Selbstwirksamkeit zentral ist. Im Rahmen der theoretischen Auseinandersetzung mit der Sozialisation werden auch die Bedeutung der sozialen Normen sowie der arbeitsplatzbezogenen Stressoren beleuchtet. Die Überlegungen zu möglichen Selektionsfaktoren in der Pflege begründen sich auf das Fünf-Faktoren-Modell (Big Five) und dem daraus entwickelten Persönlichkeitstypen nach Torgensen. Es werden dabei Belege angeführt, dass die Persönlichkeit einen Einfluss auf die Berufswahl, das Gesundheitsverhalten sowie die Änderungsbereitschaft besitzt. Weiter manifestiert werden diese Ergebnisse durch das Berufswahlmodell von Holland sowie Theorien der Gesundheitspsychologie, u.a. dem transaktionalen Stressmodell von Lazarus und Folkmann oder dem Transtheoretischen Modell der Verhaltensänderung von Prochaska und DiClemente. Da diese Arbeit im Rahmen der Interventionsstudie „astra“ zur Tabakprävention und –intervention für Auszubildende in der Pflege verfasst wurde, sollen auch die Veränderungen durch das Projekt zum einen auf der Ebene der Verhältnisse und zum anderen auf der Ebene des individuellen Verhaltens untersucht werden. Hierfür erfolgt ein kurzer Abriss des Sechs-Phasen-Modells für suchtpräventive Tätigkeiten von Springer und Uhl, der Klassifizierung von Sucht sowie eine Vorstellung der Module und der Umsetzung des astra-Projekts. Insgesamt ergeben sich aus den Überlegungen zu den Sozialisations- und Selektionsfaktoren in der Pflegeausbildung fünf Fragestellungen: 1) Sind die Sozialisationsbedingungen in der Pflege tabakfreundlich? 2) Unterscheiden sich die Veränderungsprozesse zwischen den Interventionsschulen und Kontrollschulen bei astra? 3) Unterscheiden sich die PflegeschülerInnen hinsichtlich ihrer Persönlichkeit von der deutschen Wohnbevölkerung? 4) Zeigen sich signifikante Unterschiede im Gesundheitsverhalten im Hinblick auf die Persönlichkeitsausprägungen? 5) Ist die Veränderungsbereitschaft der PflegeschülerInnen abhängig von den Persönlichkeits¬ausprägungen? Methode: Die Studie wurde in einem nicht randomisierten Wartelisten-Kontrollgruppen-Design durchgeführt. Insgesamt konnten zwölf Pflegeschulen und insgesamt 508 PflegeschülerInnen befragt werden. Zur abschließenden Befragung am Projektende konnten die Daten von insgesamt 235 Schülern/ Schülerinnen gewonnen werden, was einer Haltequote von 46% entspricht. Ergebnisse: Hinsichtlich der ersten Fragestellung: Sind die Sozialisationsbedingungen in der Pflege tabakfreundlich? zeigt die Betrachtung der Tabakpolitik anhand der Schulleiterbögen Hinweise auf eine tabakfreundliche Politik auf. Allerdings fehlen hier aufgrund der Stichprobengröße interferenzstatistische Analysen, um diese Ergebnisse zu bestätigen. Auf der Ebene der SchülerInnen konnten tabakfreundliche Sozialisationsbedingungen hinsichtlich der subjektiven Norm, sozialen Norm und den Einstellungen gegenüber verhaltensbezogener Maßnahmen bestätigt werden. Bei der zweiten Frage: Unterscheiden sich die Veränderungsprozesse zwischen den Interventionsschulen und Kontrollschulen bei astra? konnten auf der Schulleiterebene positive Veränderungen bei den Interventionsschulen wahrgenommen werden. Allerdings fehlen auch hier aufgrund der Stichprobengröße interferenzstatistische Verfahren. Auf der Ebene der SchülerInnen konnten signifikante positive Entwicklungen in den Interventionsschulen bzw. signifikante negative Entwicklungen in den Kontrollschulen bei den Variablen subjektive Norm und soziale Unterstützung nachgewiesen werden. Die dritte Fragestellung setzte sich mit der Frage auseinander, ob sich die PflegeschülerInnen hinsichtlich ihrer Persönlichkeit von der deutschen Wohnbevölkerung unterscheiden? Die Überprüfung der Big Five zeigte signifikante Unterschiede sowohl bei der allgemeinen Betrachtung als auch nach Alter und Geschlecht differenziert. Darüber hinaus ergab auch die explorative Analyse der Persönlichkeitstypen signifikante Unterschiede zwischen den Pflegeschülern/Pflegeschülerinnen und der deutschen Wohnbevölkerung. Die Ergebnisse zeigen, dass es sich bei den PflegeschülerInnen, um eine Gruppe handelt, die besonders sensibel ist und entsprechend feinfühlig mit dem sozialen Umfeld interagiert. Die vierte Frage beschäftigte sich mit der Analyse, ob sich signifikante Unterschiede im Gesundheitsverhalten im Hinblick auf die Persönlichkeitsausprägungen zeigen? Dabei konnten bei den Big Five signifikante Zusammenhänge mit der Stresswahrnehmung, dem Rauchverhalten und der Widerstandsgewissheit (einer angebotenen Zigarette) nachgewiesen werden. Hinsichtlich der Persönlichkeitstypen konnten diese signifikanten Ergebnisse nur bei der Stresswahnehmung und der Widerstandsgewissheit bestätigt werden. Die letzte Frage lautete: Ist die Veränderungsbereitschaft der PflegeschülerInnen abhängig von den Persönlichkeits¬ausprägungen? Dabei wurden nur die InterventionsschülerInnen berücksichtigt, die an beiden Befragungen teilgenommen hatten (N=115). Auf der Ebene der Big Five konnten dabei keine Zusammenhänge gefunden werden. Bei den Persönlichkeitstypen konnte beim Entrepreneur Type ein leicht positiver Trend hinsichtlich der sozialen Unterstützung gemessen werden, der sich signifikant von der leicht negativen Entwicklung des Spectator Type unterscheidet. Diskussion: Diese Studie gibt Hinweise darauf, dass die Tabakpolitik in den Pflegeschulen tabakfreundlicher ist, als in den Regelschulen und auch entsprechend von der Schülerschaft wahrgenommen wird. Gleichzeitig zeigen die hohen Prävalenzen bereits zu Beginn der Pflegeausbildung einen dringenden Handlungsbedarf an den Regelschulen auf. Darüber hinaus konnten in dieser Studie auch Hinweise gefunden werden, dass bereits in einem kurzen Zeitraum die Tabakpolitik durch evidenzbasierte Programme wie astra in eine positive Richtung gelenkt werden können und dies auch für die SchülerInnen wahrnehmbar ist. Zudem identifizierte diese Arbeit die PflegeschülerInnen als eine besondere Gruppe in der deutschen Wohnbevölkerung. Die PflegeschülerInnen konnten als eine besonders sensible Gruppe herausgestellt werden, die empfindlich mit dem sozialen Umfeld interagiert. Ohne ausreichende soziale Unterstützung und einem Training der Stressbewältigungskompetenzen korrelieren diese Persönlichkeitsausprägungen jedoch mit einem ungesunden Lebensstil. Auch in dieser Studie konnten diese signifikanten Zusammenhänge zwischen der Persönlichkeitsausprägung und der Stresswahrnehmung, dem Rauchverhalten sowie der Widerstandsgewissheit bestätigen. Praktisch kein Einfluss konnte zwischen der Persönlichkeit und der Veränderungsbereitschaft nachgewiesen werden. Einzig bei den Persönlichkeitstypen konnte hinsichtlich der sozialen Unterstützung ein kleiner Unterschied zwischen dem Entrepreneur Type und dem Spectator Type nachgewiesen werden. Allerdings stand bei dieser letzten Untersuchung nur eine kleine Stichprobe zur Verfügung. Es kann demnach resümiert werden, dass eine Personengruppe den Pflegeberuf wählt, die aufgrund der Persönlichkeitsausprägungen sehr sensibel mit dem sozialen Umfeld interagiert. Zum einen ist es für den Pflegeberuf erfreulich, dass besonders sensible Menschen den Pflegeberuf wählen. Zum anderen bedeutet es, dass diese Personengruppe eine besondere Unterstützung durch die Kollegen/Kolleginnen, Ausbildenden in Theorie und Praxis benötigen, um entsprechende Kompetenzen für den Umgang mit Stress und einem gesunden Lebensstil zu erwerben. Aktuel treffen diese SchülerInnen mit Ausbildungsbeginn auf ein soziales Umfeld, in dem Rauchen als möglich und akzeptiert erlebt wird. Dabei befinden sich die PflegeschülerInnen in einer sensiblen Lebensphase, in der sie besonders empfänglich für neue Normen und Verhaltensweisen sind. Die Etablierung evidenzbasierter Programme zur Prävention und Tabakreduktion kann bereits zu nachweisbaren positiven Veränderungen innerhalb der Ausbildung führen. Zentral für eine nachhaltige Normänderung ist dabei eine enge Kooperation mit der Praxis.Introduction: Although there has been a significant decline in tobacco prevalence in society, the high prevalence in care (30-40%) seems to be manifesting itself. These figures are often justified by professional socialisation and the prevailing norms. Particularly frequently buzzwords such as lack of skilled workers, permanent stress or nursing collapse occur in connection with the health behaviour of carers, especially with regard to smoking behaviour. However, other studies on tobacco consumption among the nursing students already show prevalence of about 50%, which is significantly higher than the prevalence of this age group (about 30%). These studies also criticise the situation in practice but warn that tobacco prevention and reduction should start earlier in school. In addition to the professional situation, the present paper also sees possible selection factors in the choice of occupation, which could be the cause of tobacco prevalence and also have an influence on the motivation for change with regard to one's own state of health. Main part: The theoretical basis for the considerations of socialization are the ecological developmental psychology of Bronfenbrenner and the theory of social learning of Bandura. Both theories are based on a strong exchange between the individual and his environment. Especially in the field of prevention research Bronfenbrenner is very important in considering the different environments, whereas Bandura is central in the field of life skills training due to the high importance of self-efficacy. In the context of the theoretical examination of socialisation, the importance of social norms and work-related stressors are also examined. The considerations on possible selection factors in nursing are based on the five-factor model (Big Five) and the personality types developed from it according to Torgensen. Proof is given that the personality has an influence on career choice, health behaviour and willingness to change. These results are further manifested by the occupational choice model of Holland, as well as theories of health psychology, including the transactional stress model of Lazarus and Folkmann or the transtheoretical model of behavioral change of Prochaska und DiClemente. Since this work was written as part of the "astra" intervention study on tobacco prevention and intervention for trainees in nursing care, the changes brought about by the project are also to be examined on the one hand at the level of conditions and on the other hand at the level of individual behaviour. For this purpose, the six-phase model for addiction prevention activities of Springer and Uhl, the classification of addiction and an introduction to the modules and implementation of the astra-project are briefly outlined. Overall, five questions arise from the considerations on the socialisation and selection factors in nursing training: 1) Are the socialisation conditions in nursing tobacco-friendly? 2) Does the change process differ between the intervention schools and control schools at astra? 3) Do the students of nursing care differ from the German population in terms of their personality? 4) Are there significant differences in health behaviour with regard to personality characteristics? 5) Is the willingness of the nursing students to change dependent on their personal characteristics? Methods: The study was conducted in a non-randomized waiting list control group design. A total of twelve nursing schools and a total of 508 nursing students were surveyed. For the final survey at the end of the project, the data from a total of 235 students were collected, which corresponds to a retention rate of 46%. Results: With regard to the first question: Are the socialisation conditions in nursing tobacco-friendly? using the headmaster questionnaires the examination does show indications of a tobacco-friendly policy. However, due to the sample size there are no interference-statistical analyses to confirm these results. At the student level, tobacco-friendly socialisation conditions were confirmed in terms of subjective norm, social norm and attitudes towards behavioural measures. With regard to the second question: Do the change processes differ between the intervention schools and the control schools at astra? At the headmaster level, positive changes could be perceived at the intervention schools. However, due to the sample size there are no interference-statistical procedures here either. At the pupil level, significant positive developments in the intervention schools and significant negative developments in the control schools could be demonstrated for the variables subjective norm and social support. The third question dealt with the question of whether nursing students differ from the German resident population in terms of their personality? The examination of the Big Five showed significant differences both in the general view and differentiated according to age and gender. In addition, the explorative analysis of personality types revealed significant differences between nursing students and the German resident population. The results show that the nursing students are a group that is particularly sensitive and therefore interacts sensitively with the social environment. The fourth question dealt with the analysis of whether there are significant differences in health behaviour with regard to personality characteristics? In the case of the Big Five, significant correlations with stress perception, smoking behaviour and resistance certainty (of an offered cigarette) could be demonstrated. With regard to personality types, these significant results could only be confirmed for stress perception and resistance certainty. The last question was: Does the willingness of the student nurses to change depend on the personality characteristics? Only those intervention students were considered who had taken part in both surveys (N=115). At the level of the Big Five, no connections could be found. With regard to personality types, the Entrepreneur Type showed a slightly positive trend with regard to social support, which differed significantly from the slightly negative development of the Spectator Type. Discussion: This study provides evidence that tobacco policy in nursing schools is more tobacco-friendly than in mainstream schools and is also perceived accordingly by the student body. At the same time, the high prevalences indicate an urgent need for action at the mainstream schools right from the start of nursing training. In addition, this study also found indications that tobacco policy can be steered in a positive direction within a short period of time by evidence-based programmes such as astra, and that this is also perceptible to pupils. In addition, this work identified the nursing students as a special group in the German resident population. The student nurses could be identified as a particularly sensitive group that interacts sensitively with the social environment. Without sufficient social support and training in stress management skills, however, these personality characteristics correlate with an unhealthy lifestyle. In this study, too, these significant correlations between personality development and stress perception, smoking behaviour and resistance certainty were confirmed. Practically no influence could be proven between personality and willingness to change. Only with the personality types a small difference between the Entrepreneur type and the Spectator type could be proven regarding the social support. However, only a small sample was available in this last study. It can therefore be summed up that a group of people chooses the nursing profession that interacts very sensitively with the social environment due to its personality characteristics. On the one hand, it is pleasing for the nursing profession that particularly sensitive people choose the nursing profession. On the other hand, it means that this group of people require special support from colleagues, trainers in theory and practice, in order to acquire the appropriate skills for dealing with stress and a healthy lifestyle. At present, these students encounter a social environment in which smoking is experienced as possible and accepted. The nursing students find themselves in a sensitive phase of their lives in which they are particularly susceptible to new norms and behaviours. The establishment of evidence-based programmes for prevention and tobacco reduction can already lead to demonstrable positive changes within education. Close cooperation with practitioners is central to a sustainable change in standards

Markierung, Manipulation und strukturierte Organisation von Proteinen mit multivalenten NTA-Chelatoren

Die gezielte Modifikation von Proteinen für die Erforschung des Proteoms stellt eine entscheidende Herausforderung dar. Sie wird meistens dann zwingend notwendig, wenn das intrinsische Signal zum Auslesen ungeeignet ist. So ist es z.B. für die größte Anzahl von fluoreszenzbasierenden Methoden unerlässlich, das zu untersuchende Protein spezifisch und einheitlich mit einem Fluorophor zu markieren. Eine weitere Schwierigkeit ist die gerichtete Immobilisierung von Proteinen für deren Charakterisierung an Oberflächen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die spezifische Markierung, Manipulation und strukturierte Immobilisierung von rekombinanten Proteinen analysiert. Dafür wurde mit dem hauptsächlich aus der Proteinreinigung bekannten NTA/Oligohistidin-System gearbeitet. Verwendet wurden multivalte NTA-Chelatorköpfen mit zwei (bisNTA), drei (trisNTA) oder vier (tetrakisNTA) NTA-Gruppen pro Molekül. Durch die Multivalenz können hervoragende Bindungsaffinitäten im nanomolaren Bereich erzielt werden, die die stabile, stöchiometrische, nicht kovalente und damit reversible Modifikation His-getaggter Proteine in Lösung und an Grenzflächen erlaubt. Fluoreszente trisNTAs wurden vielfach erfolgreich für die Markierung His-getaggter Proteine eingesetzt. Dabei wurde die Beobachtung gemacht, dass die Ni2+-Ionen im trisNTA die Emission des benachbarten Fluorophors stark quenchen und dadurch die Einsatzmöglichkeiten der Verbindung reduzieren. Durch die räumliche Trennung der beiden Gruppen mit starren, biokompatiblen Polyprolin-Helices konnte erstmals systematisch demonstriert werden, dass das Ausmaß der Fluoreszenzlöschung abstandsabhängig ist. Bei der Verwendung von 12 Prolinen (3.6 nm lange Helix) wurde mit einem ATTO565-Derivat eine Intensitätserhöhung um etwa 70%, und bei einem OregonGreen488-Derivat um etwa 40% erreicht. Bei den Verbindungen können der Abstand der beiden Gruppen voneinander und der Fluorophor nahezu frei gewählt werden, so dass eine Optimierung in Hinblick auf die jeweilige Fragestellung ohne Probleme möglich ist. In Kooperationen untersucht wurden z.B. die ATP-Hydrolyse von MDL1 und die ATP-Bindung von TAP. Die deutlich verbesserte Quantenausbeute, die stabile Bindung an einen His-Tag und die geringe Größe machen die Verbindungen zu idealen Reportersonden für die Einzelmolekül-Fluoreszenz-Analyse. Die gezielte Manipulation eines makromolekularen Proteinkomplexes mit einem kleinen Molekül wurde in einem weiteren Projekt untersucht. Das tetrakisNTA wurde verwendet, um die His-getaggten Eingänge des alphaN-His6 Proteasoms von Thermoplasma acidophilum gezielt zu blockieren. Durch den Abbau von Fluoreszein-markiertem Casein konnte die Aktivität der Proteasomkomplexe in Echtzeit verfolgt werden. Unter Zugabe von tetrakisNTA fand kein Abbau statt, während dieser ohne oder nach Entfernen der tetrakisNTAs von den Eingängen im gleichen Maße detektierbar war. Die Aktivität der Peptidase-Schnittstellen im blockierten Zustand konnte durch die Überschichtung eines nativen Gels mit einem Peptidsubstrat demonstriert werden. Die Ergebnisse belegen, dass die His-Tags an den Eingängen des Proteasomkomplexes so umstrukturiert werden, dass der Eintritt von Proteinen reversibel blockiert wird. Neben der gezielten Manipulation des Proteasoms wurde außerdem erstmals die spezifische Fluoreszenzmarkierung His-getaggter Proteine in kompletten E. coli Zelllysaten mittels nativer PAGE nachgewiesen. Um neue Anwendungsgebiete für das trisNTA zu erschließen, sollte dieses mit einem 1.4 nm großen Goldcluster modifiziert werden. Damit könnte die Position von His-Tags in Proteinkomplexen mittels Elektronenmikroskopie visualisiert werden. Mittels Gelfiltration mit MBP-H6 wurde nachgewiesen, dass die entwickelten Goldcluster teilweise mehr als eine trisNTA-Gruppe auf der Oberfläche hatten, wobei eine Trennung der Partikel nach der Anzahl der NTA-Gruppen nicht möglich war. Die Partikel wurden erfolgreich für die spezifische Markierung des alphaN-His6 Proteasoms verwendet. In der Einzelpartikelanalyse deutlich erkennbar waren der markierte Proteasomkomplex und die Lage des trisNTA-Goldclusters. Die Verwendung solcher Goldpartikel in der EM bringt entscheidende Vorteile im Hinblick auf die Strukturaufklärung von Proteinen mit sich. Orthogonale NTA/His-Tag Bindungspaare, bei denen ein bestimmtes, multivalentes NTA-Molekül einen definierten His-Tag bindet, würden einen großen Nutzen für die spezifische Markierung oder Immobilisierung verschiedener His-getaggter Proteine bringen. Durch die Verwendung teilweise rigider His-Tags und möglichst starrer bisNTAs sollten solche Bindungspaare realisiert werden. Die Synthese rigider bisNTAs mit unterschiedlichen Abständen zwischen den NTA-Gruppen konnte erfolgreich etabliert werden. Allerdings zeigten Fluoreszenztitrationen mit verschieden Fluoreszeinmarkierten His-Peptiden nicht die erhofften Unterschiede in den Affinitäten. Im letzten Teil der Arbeit wurden durch intramolekulare His-Tags inaktive trisNTAs synthetisiert. Diese können durch Licht gespalten und damit aktiviert werden (photoaktivierbare trisNTAs, PAtrisNTAs). Die Verbindungen mit unterschiedlicher Anzahl an Histidinen im intramolekularen Tag wurden systematisch in Lösung und an Oberflächen charakterisiert. Dazu wurden HPLC-Studien, Gelfiltrationen und SPR-Experimente durchgeführt. Die strukturierte Organisation von Proteinen auf solchen lichtaktivierbaren Oberflächen wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie demonstriert. Außerdem konnten durch die Laserlithographie gezielt verschiedene His-getaggte Proteine in situ in definierten Bereichen immobilisiert werden. Die Biokompatibilität der Oberflächen wurde erfolgreich durch die strukturierte Organisation aktiver, Virusbindender Rezeptor-Partikel gezeigt. Im Prinzip sollte das Konzept die lichtinduzierte Aufkonzentrierung von His-getaggten Rezeptoren in lebenden Zellen ermöglichen. Durch das Clustern ausgelöste Vorgänge könnten so gezielt herbeigeführt und analysiert werden.The specific modification of proteins plays a crucial role in the field of proteomics and is mostly mandatory if a read-out signal needs to be detected. E.g., for the majority of fluorescent assays a specific and unique labeling of the protein of interest with a fluorophor is required. Another important challenge is the directed immobilization of proteins at interfaces to contribute to their characterization. The specific labeling, manipulation and structured immobilization of recombinant proteins were in the scope of this thesis. For this purpose, the well known NTA/oligohistidine system, widely used for protein purification, was applied. Multivalent NTA chelator heads with two (bisNTA), three (trisNTA) or four (tetrakisNTA) NTA groups per molecule were applied to the different projects. The multivalency causes excellent binding properties with nanomolar affinities, thus enabling a stable, stoichiometric, non covalent, and reversible modification of His-tagged proteins in solution and on solid supports. Fluorescent trisNTAs have been widely used for the successful labeling of His-tagged proteins. Thereby the observation was made, that the Ni2+ ions in the trisNTA quench the emission of the neighboring fluorophor, limiting the possible applications of the compounds. The spatial separation of the two groups by rigid, biocompatible polyproline helices was investigated systematically. It has been shown for the first time, that the quenching efficiency definitely depends on the distance between the trisNTA and the fluorophor. Insertion of 12 prolines leads to an increase in the fluorescence intensity of about 70% for an ATTO565-derivative and of about 40% for an OregonGreen488-derivative. The compounds can easily be adopted to any problem, as the distance between the two groups and the fluorophor can be chosen as required. Using appropriate constructs, the ATP-hydrolysis of MDL1 as well as the ATP-binding of TAP were studied in cooperations. Due to the obviously increased quantum yield, the stable binding to His-tagged proteins and the small size, the compounds are ideal probes for single molecule fluorescence studies. The specific manipulation of a macromolecular protein complex by a small molecule was investigated in another project. The tetrakisNTA was chosen to specifically block the His-tagged entrances of the alphaN-His6 proteasome from Thermoplasma acidophilum. The activity of the proteasome was monitored in real time by the degradation of fluorescein-labeled casein. No degradation could be observed in the presence of tetrakisNTA. A clear and comparable activity was detectable without tetrakisNTA or after removal of the tetrakisNTA from the entrances. The remained peptidase activity of the blocked proteasomes was shown by covering a native gel with a peptide substrate. The results clearly demonstrated, that the His-tags at the entrances of the proteasome are reorganized by the tetrakisNTA and that this reorganization leads to a reversible blockage of the proteasome. Besides it has been shown successfully by native PAGE that the specific labeling of His-tagged proteins in complete E. coli cell lysates is feasible. To open up a new field for application of the multivalent NTAs, the modification of the trisNTA with a 1.4 nm large gold cluster was another challenge. This would allow the visualization of the His-tag position within a protein complex by electron microscopy. As shown by gelfiltration experiments with hexahistidine-tagged MBP, most of the gold clusters were functionalized with more than a single trisNTA group on their surfaces. Separation of the particles by the number of the trisNTA groups was not possible. The gold clusters were used successfully for the specific labeling of the alphaNHis6 proteasome. The labeled proteasome complexes as well as the positions of the gold clusters were clearly visible in single particle analysis using electron microscopy images. The application of such gold clusters in EM offers great advantages in the field of structure determination of proteins. For the specific labeling or immobilization of different His-tagged proteins it would be beneficial to have access to orthogonal NTA/His-tag binding pairs, which means that a determined, multivalent NTA chelator head can only bind to a single defined His-tag. The project was to be realized by using partially rigid His-tags and preferably inflexible bisNTAs. Rigid His-peptides were realized by implementing stiff polyproline-helices between cumulated histidines. The synthesis of inflexible bisNTA compounds, possessing different distances between the two NTA groups, was accomplished successfully. However, fluorescence titrations with different fluorescein labeled His-peptides revealed no differences in binding affinities. It is likely, that the fluorescein interacts with the histidines. This interaction would disturb the measurement of the NTA/histidin interaction. In the last project of this thesis it was planed to generate self-inactivated trisNTAs for the triggered modification of proteins. Therefore, trisNTAs with intramolecular His tags were synthesized, which formed an intramolecular complex upon loading with Ni2+ ions. Variation of the number of inactivating histidines allows to control the efficiency of the self-inactivation. Activation is achieved by a photocleavage reaction, eliminating the inactivating, intramolecular His-tag and providing a free trisNTA. The versatility of these novel photoactivatable trisNTAs for in vitro protein labeling and immobilization was demonstrated in solution and on surfaces. Therefore, HPLC studies, gelfiltrations, and SPR experiments were performed. The structured organization of fluorescent proteins was demonstrated by CLSM. Multiplexing of different fluorescently labeled proteins in defined areas could be reached easily by laser lithography. Also proven was the acceptability of the biofunctional surfaces in a challenging physiological application where large, complex and macromolecular virus/receptor interactions were specifically probed. In principle, the concept should allow for the light triggered receptor clustering in living cells and investigation of the associated signal transduction processes

Freiwillige Aufnahme von Kokain und Morphin im Tiermodell bei gemeinsamer und getrennter Darbietung sowie deren Beeinflussung durch eine vorangehende, erzwungene Aufnahme

Während der letzten Jahrzehnte finden Probleme des gleichzeitigen Mißbrauchs mehrerer psychoaktiver Drogen zunehmend Beachtung. Die vorliegende Arbeit geht der Frage nach, ob Drogen wie Morphin und Kokain in gleichem Maß als Belohnung empfundene Reaktionen auslösen können. Die Frage wurde im Tierexperiment mit männlichen Sprague-Dawley-Ratten untersucht. Dazu wurde das Modell der „Zwei- oder Drei-Flaschenwahl“ benutzt, bei dem die Versuchstiere die Drogen Morphin und Kokain über das Trinkwasser aufnehmen. Drei Teilaspekte der obigen Frage standen im Mittelpunkt: 1. Beeinflusst eine zum freien Konsum angebotene psychoaktive Substanz die freiwillige Aufnahme einer anderen? 2. Welche Folgen hat ein temporärer Aufnahmezwang für den nachfolgenden freiwilligen Konsum? 3. Welche Bedeutung hat es, wenn die Drogen parallel nebeneinander oder kombiniert als Gemisch angeboten werden? Vier Versuche lieferten die nachfolgend genannten Ergebnisse, die zu einem besseren Verständnis der eingesetzten Methode und zu Antworten auf die zentrale Frage führten. Ergebnisse zum experimentellen Vorgehen: 1. Ratten konsumieren freiwillig Morphin und Kokain, wenn diese Stoffe parallel nebeneinander oder als Gemisch angeboten werden. 2. Der freiwillige Konsum von Morphin und Kokain wies bei männlichen Sprague-Dawley-Ratten große interindividuelle Schwankungen auf, ist jedoch intraindividuell recht konstant. 3. Die tägliche Flüssigkeitsaufnahme wurde durch Morphin und Kokain nicht beeinflusst, wenn die Drogen zum freiwilligen Gebrauch parallel oder als Gemisch oder unter Zwang aufgenommen wurden. 4. Die Zugabe von Saccharin zur Maskierung des Drogengeschmackes führte dauerhaft zu keiner statistisch relevanten Änderung der freiwilligen Aufnahme von Morphin oder Kokain. 5. Die Zugabe von Saccharin zur Trinklösung in Konkurrenz zu Morphin und Kokain veränderte nicht die Aufnahme von Morphin, führte jedoch zu einer größeren Aufnahme von Kokain. 6. Die Positionierung der Trinkflaschen im Käfig führte zu keiner nennenswerten Änderung der freiwilligen Aufnahme von Morphin oder Kokain. Diese Befunde belegen die Brauchbarkeit des eingeschlagenen experimentellen Vorgehens zur Untersuchung von Fragen der freiwilligen Aufnahme von Drogen. Resultate zu Wirkungen der Testsubstanzen: 1. Bei parallelem Angebot war der freiwillige Konsum von Kokain größer als der von Morphin. 2. Bei Angebot einer Morphin-Kokain-Lösung blieb der freiwillige Konsum von Morphin etwa gleich, der Konsum von Kokain nahm dagegen ab. 3. Bei alleinigem Angebot von Morphin oder Kokain im Sinne eines Aufnahmezwanges erhöhte sich die Aufnahme beider Drogen entsprechend der täglichen Gesamtflüssigkeitsaufnahme. 4. Ein temporärer Aufnahmezwang von Morphin erhöhte nachfolgend die freiwillige Aufnahme von Morphin. Die freiwillige Aufnahme von Kokain wurde dagegen vermindert. 5. Ein temporärer Aufnahmezwang von Kokain erhöhte nachfolgend den freiwilligen Konsum von Kokain und Morphin praktisch nicht. Damit wird deutlich, daß Kokain besser angenommen wird als Morphin. Die freiwillige Aufnahme von Kokain wird jedoch durch Morphin supprimiert. Offenbar sind belohnende Wirkungen, die Morphin stimulieren kann stärker ausgeprägt als diejenigen von Kokain. Diese Befunde können die Annahme stützen, daß verschiedene „Belohnungssysteme“ angesprochen werden, wobei das „Morphinzentrum“ das „Kokainzentrum“ dominiert

Freiwillige Aufnahme von Kokain und Morphin im Tiermodell bei gemeinsamer und getrennter Darbietung sowie deren Beeinflussung durch eine vorangehende, erzwungene Aufnahme

Während der letzten Jahrzehnte finden Probleme des gleichzeitigen Mißbrauchs mehrerer psychoaktiver Drogen zunehmend Beachtung. Die vorliegende Arbeit geht der Frage nach, ob Drogen wie Morphin und Kokain in gleichem Maß als Belohnung empfundene Reaktionen auslösen können. Die Frage wurde im Tierexperiment mit männlichen Sprague-Dawley-Ratten untersucht. Dazu wurde das Modell der „Zwei- oder Drei-Flaschenwahl“ benutzt, bei dem die Versuchstiere die Drogen Morphin und Kokain über das Trinkwasser aufnehmen. Drei Teilaspekte der obigen Frage standen im Mittelpunkt: 1. Beeinflusst eine zum freien Konsum angebotene psychoaktive Substanz die freiwillige Aufnahme einer anderen? 2. Welche Folgen hat ein temporärer Aufnahmezwang für den nachfolgenden freiwilligen Konsum? 3. Welche Bedeutung hat es, wenn die Drogen parallel nebeneinander oder kombiniert als Gemisch angeboten werden? Vier Versuche lieferten die nachfolgend genannten Ergebnisse, die zu einem besseren Verständnis der eingesetzten Methode und zu Antworten auf die zentrale Frage führten. Ergebnisse zum experimentellen Vorgehen: 1. Ratten konsumieren freiwillig Morphin und Kokain, wenn diese Stoffe parallel nebeneinander oder als Gemisch angeboten werden. 2. Der freiwillige Konsum von Morphin und Kokain wies bei männlichen Sprague-Dawley-Ratten große interindividuelle Schwankungen auf, ist jedoch intraindividuell recht konstant. 3. Die tägliche Flüssigkeitsaufnahme wurde durch Morphin und Kokain nicht beeinflusst, wenn die Drogen zum freiwilligen Gebrauch parallel oder als Gemisch oder unter Zwang aufgenommen wurden. 4. Die Zugabe von Saccharin zur Maskierung des Drogengeschmackes führte dauerhaft zu keiner statistisch relevanten Änderung der freiwilligen Aufnahme von Morphin oder Kokain. 5. Die Zugabe von Saccharin zur Trinklösung in Konkurrenz zu Morphin und Kokain veränderte nicht die Aufnahme von Morphin, führte jedoch zu einer größeren Aufnahme von Kokain. 6. Die Positionierung der Trinkflaschen im Käfig führte zu keiner nennenswerten Änderung der freiwilligen Aufnahme von Morphin oder Kokain. Diese Befunde belegen die Brauchbarkeit des eingeschlagenen experimentellen Vorgehens zur Untersuchung von Fragen der freiwilligen Aufnahme von Drogen. Resultate zu Wirkungen der Testsubstanzen: 1. Bei parallelem Angebot war der freiwillige Konsum von Kokain größer als der von Morphin. 2. Bei Angebot einer Morphin-Kokain-Lösung blieb der freiwillige Konsum von Morphin etwa gleich, der Konsum von Kokain nahm dagegen ab. 3. Bei alleinigem Angebot von Morphin oder Kokain im Sinne eines Aufnahmezwanges erhöhte sich die Aufnahme beider Drogen entsprechend der täglichen Gesamtflüssigkeitsaufnahme. 4. Ein temporärer Aufnahmezwang von Morphin erhöhte nachfolgend die freiwillige Aufnahme von Morphin. Die freiwillige Aufnahme von Kokain wurde dagegen vermindert. 5. Ein temporärer Aufnahmezwang von Kokain erhöhte nachfolgend den freiwilligen Konsum von Kokain und Morphin praktisch nicht. Damit wird deutlich, daß Kokain besser angenommen wird als Morphin. Die freiwillige Aufnahme von Kokain wird jedoch durch Morphin supprimiert. Offenbar sind belohnende Wirkungen, die Morphin stimulieren kann stärker ausgeprägt als diejenigen von Kokain. Diese Befunde können die Annahme stützen, daß verschiedene „Belohnungssysteme“ angesprochen werden, wobei das „Morphinzentrum“ das „Kokainzentrum“ dominiert

Quantum yield optimized fluorophores for site-specific labeling and super-resolution imaging

Single molecule applications, saturated pattern excitation microscopy, or stimulated emission depletion (STED) microscopy demand for bright and highly stable fluorescent dyes1,2. Despite of intensive research the choice of fluorphores is still very limited. Typically a stable fluorescent dyes is covalently attached to the target. This methodology brings forward a number of limitations, in particular, in case of protein labeling. First of all the fluorescent probes need to be attached selectively and site-specifically to prevent unspecific background. This often requires single cysteine mutations for covalent protein modification. Employing quantum dots allows overcoming problems of photo-bleaching3-6. However, the downsides are their large size, rendering the probe inaccessible to spatially confined architectures, issues in biocompatibility due to proper particle coating, and cellular toxicity6-8. Here we propose a new method to overcome the above outlined problems

Palmitate-Triggered COX2/PGE2-Related Hyperinflammation in Dual-Stressed PdL Fibroblasts Is Mediated by Repressive H3K27 Trimethylation

The interrelationships between periodontal disease, obesity-related hyperlipidemia and mechanical forces and their modulating effects on the epigenetic profile of periodontal ligament (PdL) cells are assumed to be remarkably complex. The PdL serves as a connective tissue between teeth and alveolar bone and is involved in pathogen defense and the inflammatory responses to mechanical stimuli occurring during tooth movement. Altered inflammatory signaling could promote root resorption and tooth loss. Hyperinflammatory COX2/PGE2 signaling was reported for human PdL fibroblasts (HPdLFs) concomitantly stressed with Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharides and compressive force after exposure to palmitic acid (PA). The aim of this study was to investigate the extent to which this was modulated by global and gene-specific changes in histone modifications. The expression of key epigenetic players and global H3Kac and H3K27me3 levels were quantitatively evaluated in dual-stressed HPdLFs exposed to PA, revealing a minor force-related reduction in repressive H3K27me3. UNC1999-induced H3K27me3 inhibition reversed the hyperinflammatory responses of dual-stressed PA cultures characterized by increased COX2 expression, PGE2 secretion and THP1 adhesion. The reduced expression of the gene encoding the anti-inflammatory cytokine IL-10 and the increased presence of H3K27me3 at its promoter-associated sites were reversed by inhibitor treatment. Thus, the data highlight an important epigenetic interplay between the different stimuli to which the PdL is exposed

Participatory research in times of COVID-19 and beyond: Adjusting your methodological toolkits

Solving grand environmental societal challenges calls for transdisciplinary and participatory methods in social-ecological research. These methods enable co-designing the research, co-producing the results, and co-creating the impacts together with concerned stakeholders. COVID-19 has had serious impacts on the choice of research methods, but reflections on recent experiences of "moving online"are still rare. In this perspective, we focus on the challenge of adjusting different participatory methods to online formats used in five transdisciplinary social-ecological research projects. The key added value of our research is the lessons learned from a comparison of the pros and cons of adjusting a broader set of methods to online formats. We conclude that combining the adjusted online approaches with well-established face-to-face formats into more inclusive hybrid approaches can enrich and diversify the pool of available methods for postpandemic research. Furthermore, a more diverse group of participants can be engaged in the research process