Evaluating Connection Resilience for the Overlay Network Kademlia

Kademlia is a decentralized overlay network, up to now mainly used for highly scalable file sharing applications. Due to its distributed nature, it is free from single points of failure. Communication can happen over redundant network paths, which makes information distribution with Kademlia resilient against failing nodes and attacks. This makes it applicable to more scenarios than Internet file sharing. In this paper, we simulate Kademlia networks with varying parameters and analyze the number of node-disjoint paths in the network, and thereby the network connectivity. A high network connectivity is required for communication and system-wide adaptation even when some nodes or communication channels fail or get compromised by an attacker. With our results, we show the influence of these parameters on the connectivity and, therefore, the resilience against failing nodes and communication channels.Comment: 12 pages, 14 figures, accepted to ICDCS2017. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1605.0800

Large expert-curated database for benchmarking document similarity detection in biomedical literature search

Document recommendation systems for locating relevant literature have mostly relied on methods developed a decade ago. This is largely due to the lack of a large offline gold-standard benchmark of relevant documents that cover a variety of research fields such that newly developed literature search techniques can be compared, improved and translated into practice. To overcome this bottleneck, we have established the RElevant LIterature SearcH consortium consisting of more than 1500 scientists from 84 countries, who have collectively annotated the relevance of over 180 000 PubMed-listed articles with regard to their respective seed (input) article/s. The majority of annotations were contributed by highly experienced, original authors of the seed articles. The collected data cover 76% of all unique PubMed Medical Subject Headings descriptors. No systematic biases were observed across different experience levels, research fields or time spent on annotations. More importantly, annotations of the same document pairs contributed by different scientists were highly concordant. We further show that the three representative baseline methods used to generate recommended articles for evaluation (Okapi Best Matching 25, Term Frequency-Inverse Document Frequency and PubMed Related Articles) had similar overall performances. Additionally, we found that these methods each tend to produce distinct collections of recommended articles, suggesting that a hybrid method may be required to completely capture all relevant articles. The established database server located at https://relishdb.ict.griffith.edu.au is freely available for the downloading of annotation data and the blind testing of new methods. We expect that this benchmark will be useful for stimulating the development of new powerful techniques for title and title/abstract-based search engines for relevant articles in biomedical research.Peer reviewe

Data Revocation on the Internet

Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 201

Influence of lysophosphatidic acid on synaptic transmission and the expression analysis of Plasticity related gene 1 and LPA receptors during brain development

Die Bedeutung bioaktiver Phospholipide wie Lysophosphatidsäure (LPA) wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht und zeigte einen essentiellen Einfluss dieser Substanz auf die Entwicklung des zentralen Nervensystems (ZNS). Der extra- und intrazelluläre Phospholipid-spiegel wird durch Enzyme reguliert, welche die Synthese- und Degradationsreaktionen dieser Moleküle katalysieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Plasticity related gene 1 (PRG1), ein Protein, das die hippocampale Erregbarkeit über die Regulation des LPA- Spiegels moduliert, untersucht. Parallel dazu wurden die LPA-bindenden Rezeptoren im Gehirn und differenzierten Neuronen analysiert und der Einfluss von LPA auf hippocampale Neurone in vitro untersucht. PRG1 wurde im Rahmen einer Suche nach neuen Proteinen, welche mit der Regeneration des ZNS assoziiert sind, entdeckt. Gegenstand der hier vorliegenden Arbeit waren weiterführende Untersuchungen zur Expression, Lokalisation und potentieller Funktion von PRG1. Untersuchungen mittels quantitativen Real-Time-PCR zeigten, dass die Expression von PRG1 im Hippocampus und Neocortex entwicklungsabhängig reguliert ist und das maximale mRNA-Niveau zum Zeitpunkt der Synaptogenese erreicht. Detaillierte subzelluläre Analysen an hippocampalen Neuronen in vitro ermöglichten einen Einblick in die Lokalisation von PRG1 während der zellulären Ausdifferenzierung. Es konnte in vorliegender Arbeit gezeigt werden, dass das PRG1 in jungen Neuronen eine homogene Verteilung in der Plasmamembran aufweist und sowohl in Lamellipodien als auch in Filopodien der Neurite vorhanden ist. In späteren Reifestadien konnte eine spezifische Lokalisation im Dendritenschaft beobachtet werden. Besonders intensiv wurde das PRG1 in Spines der ausgereiften Neuronen vorgefunden. Aufgrund der im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Daten kann angenommen werden, dass PRG1 während neuronaler Entwicklung in die Prozesse der Synapto- und Spinogenese involviert sein könnte. In vitro-Untersuchungen lassen auf eine mögliche Beteiligung von PRG1 an Stabilisierung, Konsolidierung oder Wegfindung der Neuriten schließen. Als Membranprotein könnte PRG1 auf extrinsische Faktoren, wie z. B. LPA reagieren und Signale intrazellulär weiterleiten. In weiteren Untersuchungen während dieser Arbeit wurden Rezeptoren analysiert, welche LPA als spezifischen Liganden binden. Gegenwärtig sind fünf LPA-Rezeptoren bekannt. Die LPA-Rezeptoren gehören zu der Klasse der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren und regulieren vielseitige intrazelluläre Prozesse nach ihrer Aktivierung. In dieser Arbeit wurde mit der sensitiven und quantitativen Real- Time-PCR zum ersten Mal gezeigt, dass LPA3- und LPA5-Rezeptoren im Gehirn nicht exprimiert werden. Aufgrund ähnlicher oder identischer intrazellulärer Signalkaskaden ist bis heute noch nicht klar, welche Rolle jedem einzelnen Rezeptor zukommt. Detaillierte Analysen der LPA-Rezeptor Expression während der neuronalen Entwicklung zeigten, dass die LPA1- und LPA2-Rezeptoren eine Dominanz in primären hippocampalen Neuronen aufweisen. Funktionsanalysen an primären hippocampalen Neuronen in vitro zeigten ferner, dass LPA einen Anstieg der intrazellulären Calciumtransienten auslöst. Zum ersten Mal wurde demonstriert, dass dieser Effekt allein auf den LPA2-Rezeptor zurückzuführen ist. Weiter-hin geht dieser Effekt mit der Exozytose synaptischer Vesikel einher und beschränkt sich aus-schließlich auf die glutamaterge Transmission. In dieser Arbeit konnte somit erstmalig präsentiert werden, dass LPA die exzitatorische Transmission, spezifisch über den LPA2-Rezeptor, reguliert. Die im Rahmen dieser Arbeit generierten Daten sind ein Beitrag zum Verständnis der Funktionen von PRG1, LPA und LPA-Rezeptoren im ZNS.Extensive research into the role of bioactive phospholipids such as lysophosphatidic acid (LPA) over recent years has shown them to be essential in the development of the central nervous system (CNS). Extra- and intracellular phospholipid levels are regulated by enzymes that catalyze the synthesis and degradation reactions of lysophospholipids. This study examined plasticity-related gene 1 (PRG1), a protein that mediates hippocampal excitability by regulating LPA levels and which was discovered as part of a search for new proteins involved in regeneration of the CNS. An additional focus was the analysis of LPA-binding receptors in the brain and differenti- ated neurons, and the effect of LPA on primary neurons in vitro. Investigation by means of quantitative Real-time PCR showed that the expression of PRG1 in the hippocampus and neocortex is dependent on development and reaches maximum mRNA levels at the time of the synaptogenesis. Cellular analyses of primary hippocampal neurons in vitro showed the localization of PRG1 during cellular maturation. PRG1 was found to display homogeneous distribution in the plasma membrane of young neurons and exist in lamellipodia and filopodia of the neurites. At later maturation stages, specific localization was observed in the dendrites. PRG1 was found at especially high levels in spines of mature neurons. This data suggests that PRG1 could be involved in synapto- and spinogenesis during neural development. In vitro investigation also indicates that PRG1 could participate in stabilisation, consolidation and pathfinding of the neurites. As a membrane protein, PRG1 possibly reacts to extrinsic factors such LPA and passes these signals on into the cell. In additional experiments, receptors that bind LPA as a specific ligand were analyzed. Five LPA receptors have been identified to date. They belong to the G protein-coupled receptor class and regulate a great number of cellular processes. In this part of the study, quantitative Real-time PCR demonstrated for the first time that the LPA3 and LPA5 receptors are not expressed in the brain. Due to the fact that the cellular signal cascades of these receptors are in some cases identical, their individual roles are as yet unclear. Detailed analyses of LPA receptor expression during neural development showed that the LPA1 and LPA2 receptors dominate in primary hippocampal neurons. Further, functional analyses on hippocampal neurons in vitro showed that LPA leads to an increase in intracellular calcium. This effect was traced back to the LPA2 receptor. Furthermore, the experiments demonstrated that LPA-induced calcium increase modulates the exocytosis of synaptic vesicles and is limited to glutamatergic transmission. This work shows that LPA regulates excitatory transmission specifically through activation of the LPA2 receptor in primary hippocampal neurons. The data generated within this work contribute to the understanding of the functions of PRG1, LPA and LPA receptors in the CNS