Inter-layer and inter-subject variability of diurnal gene expression in human skin

The skin is the largest human organ with a circadian clock that regulates its function. Although circadian rhythms in specific functions are known, rhythms in the proximal clock output, gene expression, in human skin have not been thoroughly explored. This work reports 24 h gene expression rhythms in two skin layers, epidermis and dermis, in a cohort of young, healthy adults, who maintained natural, regular sleep-wake schedules. 10% of the expressed genes showed such diurnal rhythms at the population level, of which only a third differed between the two layers. Amplitude and phases of diurnal gene expression varied more across subjects than layers, with amplitude being more variable than phases. Expression amplitudes in the epidermis were larger and more subject-variable, while they were smaller and more consistent in the dermis. Core clock gene expression was similar across layers at the population-level, but were heterogeneous in their variability across subjects. We also identified small sets of biomarkers for internal clock phase in each layer, which consisted of layer-specific non-core clock genes. This work provides a valuable resource to advance our understanding of human skin and presents a novel methodology to quantify sources of variability in human circadian rhythms.Peer Reviewe

Tagungsband zum 4. BIH-Treffen 2019: Interdisziplinäre Forschung - Chancen und Herausforderungen: Fachtagung für wissenschaftlich Beschäftigte und Nachwuchskräfte an Bauingenieur-Institutionen deutscher Hochschulen

Forschung und Wissenschaft sind wichtige Standbeine einer modernen Hochschule. Sie stellen eine Grundlage für die primäre Aufgabe der Hochschulen dar, die praxisnahe und berufsbefähigende Lehre auf dem aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft. Mittlerweile widmen sich auch die Hochschulen der Ausbildung von wissenschaftlichem Nachwuchs. Prosperierende Forschungsarbeit ist dafür ein unverzichtbarer Bestandteil. Der Leitgedanke „Interdisziplinäre Forschung – Chancen und Herausforderungen“ des BIH-Treffens 2019 soll zum fachübergreifenden Austausch von Know-how in Forschungs- und Lehrmethoden anregen. Eine große Bandbreite an Fachbeiträgen bietet spannende Einblicke in die Arbeit der Kolleginnen und Kollegen in den unterschiedlichen Fachbereichen des Bauwesens der zahlreichen deutschen Hochschulen. Dazu gehören Beiträge zu modernen Messmethoden in der Geotechnik und dem Bahnbau ebenso wie Forschungsergebnisse aus dem konstruktiven Ingenieurbau, der Baukonstruktion, der Haustechnik und der Verkehrsplanung und nicht zuletzt Erfahrungen zu interdisziplinären Lehrmethoden.:Einfluss der Nachverdichtung granularer Böden auf die Phasengeschwindigkeiten von Rayleighwellen Sommerliche Überhitzung in Wohngebäuden – Baukonstruktive und haustechnische Anpassungsmaßnahmen Die „Hochschulweite Interdisziplinäre Projektwoche (HIP)“ an der TH Köln – andere Welten kennenlernen! Forschungsprojekt „Duale Radlösung“ – Wahlfreie Führung als Mittel der Radverkehrslösung Zwang in Hochbaudecken aus Stahlbeton (Kooperative Promotion) Robustheit und Vulnerabilität der Wasserstraßeninfrastruktur Vergleichbarkeit der Messsysteme an Zug- und Biegeproben aus den Werkstoffen Stahl und Holz Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Schienenbewegung unter dem rollenden RadResearch and science are important mainstay of a modern university. They provide a basis for the primary task of the universities, the practical and occupational teaching on the current state of technology and science. In the meantime, the universities are also dedicating themselves to the training of junior scientists. Prospering research is an indispensable part of this. The guiding idea 'Interdisciplinary Research - Opportunities and Challenges' of the BIH meeting 2019 is intended to stimulate the interdisciplinary exchange of expertise in research and teaching methods. A wide range of specialist contributions provides exciting insights into the work of colleagues in the various specialized fields of civil engineering at numerous German universities. This includes papers to modern measuring methods in geotechnical engineering and railway construction, as well as research results from structural engineering, building construction, building technology and traffic planning, and last but not least, experience in interdisciplinary teaching methods.:Einfluss der Nachverdichtung granularer Böden auf die Phasengeschwindigkeiten von Rayleighwellen Sommerliche Überhitzung in Wohngebäuden – Baukonstruktive und haustechnische Anpassungsmaßnahmen Die „Hochschulweite Interdisziplinäre Projektwoche (HIP)“ an der TH Köln – andere Welten kennenlernen! Forschungsprojekt „Duale Radlösung“ – Wahlfreie Führung als Mittel der Radverkehrslösung Zwang in Hochbaudecken aus Stahlbeton (Kooperative Promotion) Robustheit und Vulnerabilität der Wasserstraßeninfrastruktur Vergleichbarkeit der Messsysteme an Zug- und Biegeproben aus den Werkstoffen Stahl und Holz Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Schienenbewegung unter dem rollenden Ra

The circadian clock in human skin

Circadiane Rhythmen steuern eine Vielzahl zellulärer und physiologischer Prozesse und ermöglichen so eine prädiktive Anpassung von Organismen an tageszeitliche Veränderung von Umweltfaktoren wie Nahrungsangebot, Temperatur oder Pathogenexposition. Die humane Epidermis bildet die äußerste Barriere zwischen Körper und Umwelt und ist daher naturgemäß in großem Maße tageszeitspezifischen Einwirkungen wie UV Strahlung und mechanischer Belastung ausgesetzt. Trotz dieser Tatsache ist das circadiane System in humaner Haut bisher kaum erforscht. Es ist beispielsweise weder belegt, ob epidermale Hautzellen eine funktionale circadiane Uhr besitzten, noch, ob und wie diese Uhr möglicherweise zur Regulation von Hautfunktionen beisteuert. In dieser Arbeit wurde das circadiane System humaner Epidermis grundlegend in vitro und in vivo untersucht. Es konnte durch Echtzeit-Reportergenmessungen und Genexpressions-Zeitreihen erstmalig gezeigt werden, dass sowohl immortalisierte als auch primäre epidermale Keratinozyten eine funktionale, zellautonome circadiane Uhr besitzen. Durch genomweite Microarray-Analysen konnte zudem das circadiane Transkriptom (ca. 300 signifikant oszillierende Gene) in humanen Epidermisproben bestimmt werden. Neben bekannten Uhr-Genen wie Bmal1, Per1 und Rev-Erbα wurden hierbei u.a. eine Reihe von Transkriptionsfaktoren identifiziert, die eine tageszeitabhängige Expressionsdynamik aufweisen. Weiterführende funktionale Untersuchungen zeigten eine maßgebliche Funktion des circadianen Transkriptionsfaktors Klf9 für die Kontrolle epidermaler Proliferation. Klf9 mRNA und Proteinlevel sind in differenzierten, proliferativ nicht aktiven Epidermisschichten erhöht, und die Klf9 Gendosis beeinflusst maßgeblich die Proliferation primärer Keratinozyten. Interessanterweise zeigte Klf9 eine starke Sensitivität gegenüber Cortisol, dessen Konzentration sowohl in Saliva als auch in Saugblasenflüssigkeit ebenfalls einer robusten circadianen Dynamik unterliegt. Die hier gewonnenen Daten deuten darauf hin, dass rhythmische Klf9 Transkription in vivo zumindest teilweise durch systemisches Cortisol aber auch durch die lokale Epidermisuhr getrieben wird. Darüber hinaus wird die Hypothese aufgestellt, dass Klf9 als downstream Mediator für cortisolvermittelte Proliferationkontrolle in Keratinozyten fungiert. Cortisol und andere Glucocorticoide finden eine vielseitige Anwendung bei der Behandlung diverser Hautkrankheiten wie Psoriasis und atopischer Dermatitis. Diese Arbeit bildet daher die Grundlage für die Entwicklung von chronotherapeutisch optimierten Anwendungsstrategien für Glucocorticoidbehandlungen. Hierdurch könnte mittelfristig die Effektivität von topischen Glucocorticoidtherapien erhöht und die bekanntermaßen schweren Nebenwirkungen reduziert werden.Circadian (24 h) clocks govern a wide range of cellular and physiological functions in various organisms ranging from cyanobacteria to mammals allowing predictive adaptation to daytime dependent changes in environmental factors. Recent evidence suggests distinct functions of local clocks in peripheral mammalian tissues such as metabolic processes, immune responses and cell cycle control. However, studying circadian action in peripheral tissues has so far been limited to mouse models leaving implication for human systems widely elusive. In particular circadian rhythms in human skin, which is naturally exposed to strong daytime dependent changes in the environment, have so far not been investigated on a molecular level. This study presents a comprehensive analysis of the circadian system in epidermal keratinocytes in vivo and in vitro. Initially the immortalized keratinocyte cell line HaCaT was established as a viable tool to study circadian gene expression in vitro. Rhythmic gene expression of core clock genes was detected in synchronized HaCaT keratinocytes and temperature cycles were found to enhance circadian gene expression in these cells. Using this temperature “entrainment” paradigm high amplitude oscillations for most canonical clock genes and many clock controlled genes were detected demonstrating a functional cell autonomous clock in HaCaT keratinocytes. Next, the established temperature entrainment paradigm was transferred to primary epidermal keratinocytes resulting in similar robust oscillations in gene expression. Global analysis of gene expression in synchronized primary keratinocytes revealed significant circadian expression profiles for several hundreds of genes. Some of these genes were found to be directly driven by temperature whereas other including many canonical clock genes were under direct control of the keratinocyte oscillator. To test whether the keratinocyte clock is also operative in vivo whole genome microarray analysis of suction blister epidermis obtained throughout the day was performed revealing differential gene expression levels of hundreds of transcripts in a daytime dependent manner. Pathway analysis of regulated genes implied circadian control of target genes with implications in various physiological processes such as metabolism, cell cycle and proliferation control. Specifically, a novel circadian transcription factor, Krüppel like factor 9 (Klf9) was identified that has previously been implied in growth and differentiation control in other tissues. Accordingly, Klf9 expression was strongly up-regulated in differentiated keratinocytes in vivo and in vitro. Moreover, gain and loss of function experiments showed strong anti-proliferative effects of Klf9. Interestingly, Klf9 gene expression was found to be highly cortisol dependend and in phase with diurnal cortisol rhythms in suction blister fluid. Therefore, these results point to a scenario in which cortisol dependent rhythmic growth control in human epidermis is mediated by Klf9. Taken together, this study provides evidence for circadian rhythms in keratinocyte gene expression in vivo and in vitro with implications for keratinocyte proliferation and differentiation as well as rhythmic skin function. These findings might open avenues for chronotherapeutic approaches in treating skin diseases as well as help understanding the consequences of disrupted circadian rhythms (e.g. by shift work) for epidermal homeostasis

Study of radiation-induced frequency shifts in quarz crystal oscillators

The use of commercially available components in satellite design has become more predominant in recent years. The Phoenix GPS receiver family, developed by the German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR), is based on a commercial off-the-shelf hardware platform. During campaigns in the laboratory as well as during satellite operation in low-earth orbit a frequency shift of the crystal oscillator which supplied the clock signal for the system was observed.We present the results of a detailed study on the effects of ionizing radiation on commercial crystal oscillators, including those used in the Phoenix GPS system, and how they can be used to estimate the total ionizing dose accumulated by on-board electronics

Tagungsband zum 4. BIH-Treffen 2019: Interdisziplinäre Forschung - Chancen und Herausforderungen: Fachtagung für wissenschaftlich Beschäftigte und Nachwuchskräfte an Bauingenieur-Institutionen deutscher Hochschulen

Forschung und Wissenschaft sind wichtige Standbeine einer modernen Hochschule. Sie stellen eine Grundlage für die primäre Aufgabe der Hochschulen dar, die praxisnahe und berufsbefähigende Lehre auf dem aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft. Mittlerweile widmen sich auch die Hochschulen der Ausbildung von wissenschaftlichem Nachwuchs. Prosperierende Forschungsarbeit ist dafür ein unverzichtbarer Bestandteil. Der Leitgedanke „Interdisziplinäre Forschung – Chancen und Herausforderungen“ des BIH-Treffens 2019 soll zum fachübergreifenden Austausch von Know-how in Forschungs- und Lehrmethoden anregen. Eine große Bandbreite an Fachbeiträgen bietet spannende Einblicke in die Arbeit der Kolleginnen und Kollegen in den unterschiedlichen Fachbereichen des Bauwesens der zahlreichen deutschen Hochschulen. Dazu gehören Beiträge zu modernen Messmethoden in der Geotechnik und dem Bahnbau ebenso wie Forschungsergebnisse aus dem konstruktiven Ingenieurbau, der Baukonstruktion, der Haustechnik und der Verkehrsplanung und nicht zuletzt Erfahrungen zu interdisziplinären Lehrmethoden.:Einfluss der Nachverdichtung granularer Böden auf die Phasengeschwindigkeiten von Rayleighwellen Sommerliche Überhitzung in Wohngebäuden – Baukonstruktive und haustechnische Anpassungsmaßnahmen Die „Hochschulweite Interdisziplinäre Projektwoche (HIP)“ an der TH Köln – andere Welten kennenlernen! Forschungsprojekt „Duale Radlösung“ – Wahlfreie Führung als Mittel der Radverkehrslösung Zwang in Hochbaudecken aus Stahlbeton (Kooperative Promotion) Robustheit und Vulnerabilität der Wasserstraßeninfrastruktur Vergleichbarkeit der Messsysteme an Zug- und Biegeproben aus den Werkstoffen Stahl und Holz Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Schienenbewegung unter dem rollenden RadResearch and science are important mainstay of a modern university. They provide a basis for the primary task of the universities, the practical and occupational teaching on the current state of technology and science. In the meantime, the universities are also dedicating themselves to the training of junior scientists. Prospering research is an indispensable part of this. The guiding idea 'Interdisciplinary Research - Opportunities and Challenges' of the BIH meeting 2019 is intended to stimulate the interdisciplinary exchange of expertise in research and teaching methods. A wide range of specialist contributions provides exciting insights into the work of colleagues in the various specialized fields of civil engineering at numerous German universities. This includes papers to modern measuring methods in geotechnical engineering and railway construction, as well as research results from structural engineering, building construction, building technology and traffic planning, and last but not least, experience in interdisciplinary teaching methods.:Einfluss der Nachverdichtung granularer Böden auf die Phasengeschwindigkeiten von Rayleighwellen Sommerliche Überhitzung in Wohngebäuden – Baukonstruktive und haustechnische Anpassungsmaßnahmen Die „Hochschulweite Interdisziplinäre Projektwoche (HIP)“ an der TH Köln – andere Welten kennenlernen! Forschungsprojekt „Duale Radlösung“ – Wahlfreie Führung als Mittel der Radverkehrslösung Zwang in Hochbaudecken aus Stahlbeton (Kooperative Promotion) Robustheit und Vulnerabilität der Wasserstraßeninfrastruktur Vergleichbarkeit der Messsysteme an Zug- und Biegeproben aus den Werkstoffen Stahl und Holz Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Schienenbewegung unter dem rollenden Ra

Tagungsband zum 4. BIH-Treffen 2019: Interdisziplinäre Forschung - Chancen und Herausforderungen: Fachtagung für wissenschaftlich Beschäftigte und Nachwuchskräfte an Bauingenieur-Institutionen deutscher Hochschulen

Forschung und Wissenschaft sind wichtige Standbeine einer modernen Hochschule. Sie stellen eine Grundlage für die primäre Aufgabe der Hochschulen dar, die praxisnahe und berufsbefähigende Lehre auf dem aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft. Mittlerweile widmen sich auch die Hochschulen der Ausbildung von wissenschaftlichem Nachwuchs. Prosperierende Forschungsarbeit ist dafür ein unverzichtbarer Bestandteil. Der Leitgedanke „Interdisziplinäre Forschung – Chancen und Herausforderungen“ des BIH-Treffens 2019 soll zum fachübergreifenden Austausch von Know-how in Forschungs- und Lehrmethoden anregen. Eine große Bandbreite an Fachbeiträgen bietet spannende Einblicke in die Arbeit der Kolleginnen und Kollegen in den unterschiedlichen Fachbereichen des Bauwesens der zahlreichen deutschen Hochschulen. Dazu gehören Beiträge zu modernen Messmethoden in der Geotechnik und dem Bahnbau ebenso wie Forschungsergebnisse aus dem konstruktiven Ingenieurbau, der Baukonstruktion, der Haustechnik und der Verkehrsplanung und nicht zuletzt Erfahrungen zu interdisziplinären Lehrmethoden.:Einfluss der Nachverdichtung granularer Böden auf die Phasengeschwindigkeiten von Rayleighwellen Sommerliche Überhitzung in Wohngebäuden – Baukonstruktive und haustechnische Anpassungsmaßnahmen Die „Hochschulweite Interdisziplinäre Projektwoche (HIP)“ an der TH Köln – andere Welten kennenlernen! Forschungsprojekt „Duale Radlösung“ – Wahlfreie Führung als Mittel der Radverkehrslösung Zwang in Hochbaudecken aus Stahlbeton (Kooperative Promotion) Robustheit und Vulnerabilität der Wasserstraßeninfrastruktur Vergleichbarkeit der Messsysteme an Zug- und Biegeproben aus den Werkstoffen Stahl und Holz Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Schienenbewegung unter dem rollenden RadResearch and science are important mainstay of a modern university. They provide a basis for the primary task of the universities, the practical and occupational teaching on the current state of technology and science. In the meantime, the universities are also dedicating themselves to the training of junior scientists. Prospering research is an indispensable part of this. The guiding idea 'Interdisciplinary Research - Opportunities and Challenges' of the BIH meeting 2019 is intended to stimulate the interdisciplinary exchange of expertise in research and teaching methods. A wide range of specialist contributions provides exciting insights into the work of colleagues in the various specialized fields of civil engineering at numerous German universities. This includes papers to modern measuring methods in geotechnical engineering and railway construction, as well as research results from structural engineering, building construction, building technology and traffic planning, and last but not least, experience in interdisciplinary teaching methods.:Einfluss der Nachverdichtung granularer Böden auf die Phasengeschwindigkeiten von Rayleighwellen Sommerliche Überhitzung in Wohngebäuden – Baukonstruktive und haustechnische Anpassungsmaßnahmen Die „Hochschulweite Interdisziplinäre Projektwoche (HIP)“ an der TH Köln – andere Welten kennenlernen! Forschungsprojekt „Duale Radlösung“ – Wahlfreie Führung als Mittel der Radverkehrslösung Zwang in Hochbaudecken aus Stahlbeton (Kooperative Promotion) Robustheit und Vulnerabilität der Wasserstraßeninfrastruktur Vergleichbarkeit der Messsysteme an Zug- und Biegeproben aus den Werkstoffen Stahl und Holz Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Schienenbewegung unter dem rollenden Ra