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The development of recombinant DNA techniques opened a new era for protein production both in scientific research and industrial application. However, the purification of recombinant proteins is very often quite difficult and inefficient. Therefore, we tried to employ novel techniques for the expression and purification of three pharmacologically interesting proteins: the plant toxin gelonin; a fusion protein of gelonin and the extracellular domain of the subunit of the acetylcholine receptor (gelonin-AchR) and human neurotrophin 3 (hNT3). Recombinant gelonin, acetylcholine receptor a subunit and their fusion product, gelonin-AchR were constructed and expressed. The gelonin gene, a 753 bp polynucleotide was chemically synthesized by Ya-Wei Shi et al. and was kindly provided to us. The gene was first inserted into the vector pUC118 yielding pUC-gel. It was subsequently transferred into pET28a and pET-gel was expressed in E. coli. The product, gelonin was soluble and was purified in two steps showing a homogeneous band corresponding to 28 kD on SDS-PAGE. The expression of the extracellular domain of the -subunit of AchR always led to insoluble aggregates and even upon coexpression with the chaperonin GroESL, very small and hardly reproducible amounts of soluble material were formed, only. Therefore, recombinant AchR- gelonin was cloned and expressed in the same host. The corresponding fusion protein, gelonin-AchR, again formed aggregates and it had to be solubilized in 6 M Gu-HCl for further purification and refolding. The final product, however, was recognized by several monoclonal antibodies directed against the extracellular domain of the -subunit of AchR as well as a polyclonal serum against gelonin. Expression and purification of recombinant hNT3 was achieved by the use of a protein self-splicing system. Based on the reported hNT3 DNA sequence, a 380 bp fragment corresponding to a 14 kD protein was amplified from genomal DNA of human whole blood by PCR. The DNA fragment was cloned into the pTXB1 vector, which contains a DNA fragment of intein and chintin binding domain (CBD). A further construct, pJLA-hNT3, is temperature-inducible. Both constructs expressed the target protein, hNT3-intein-CBD in E. coli by the induction with IPTG or temperature, however, as aggregates. After denaturation and renaturation, the soluble fusion protein was slowly loaded on an affinity column of chitin beads. A 14 kD hNT3 could be isolated after cleavage with DTT either at 4 °C or 25 °C for 48 h. Based on nerve fiber out-growth of the dorsal root ganglia of chicken embryos, both, hNT-3-intein-CBD and hNT3 itself exhibit almost the same biological activity.
Im ersten Teil der Arbeit wurde die Cytotoxizität von drei Testsubstanzen (Digitonin, SDS und TritonX-100) mit Hilfe von vier verschiedenen Assays (NR, CV, LDH und WST) in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass WST und LDH aufgrund ihrer geringen Streuung und hohen Sensitivität die am besten geeigneten Methoden sind, um Cytotoxizität zu messen. Anschließend wurden mit diesen Assays die IC50-Konzentrationen von 16 Entwicklungssubstanzen der Firma Knoll AG bestimmt, um die ermittelten Konzentration in den folgenden Induktionsversuchen zu verwenden. Anschließend wurde der Einfluss der 16 Knoll-Substanzen auf Cytochrom P450-Isoenzyme in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Dabei zeigte sich, das von den 16 Substanzen lediglich drei eine schwache CYP 1A-Induktion, die über EROD und MROD bestimmt wurde, bewirkten. Im Gegensatz dazu bewirkten acht der Knoll-Substanzen eine starke Induktion, im Vergleich zum Modellinduktor PB, der durch CYP1A und 2B katalysierten BROD-Aktivität. Dieses PB-ähnliche Induktionsmuster zeigte sich auch im Testosteron-Assay. Als herausragender Induktor, vom PB-Typ zeigte sich dabei die Substanz LU 135252. Die Konjugationsreaktionen (Phase II) mit den verschiedenen Substraten CDNB für GST und MUF, HOBI und PNP für verschiedene UGTs wurden durch die Knoll-Substanzen wenig beeinflusst. Im abschließenden Teil wurde der Einfluss von vier Knoll-Substanzen auf drei peroxisomale Enzyme (ACOX, CAT und Katalase) und auf Cytochrom P450 4A untersucht. Die beiden Substanzen 201640 und 418585 erhöhten die Aktivitäten aller vier Enzyme (wenn auch schwächer als die Modellinduktoren CLO und CIPRO) und könnten sich damit als Peroxisomen Proliferatoren erweisen. Der Vergleich von in vivo-Daten aus Toxizitätsstudien mit den in vitro-Daten zeigte eine sehr gute Übereinstimmung bei der qualitativen Einteilung der Substanzen in Nicht-Induktoren und Induktoren, des PB- bzw. des Clofibrat-Typs.
Contributions to the application of adaptive antennas and CDMA code pooling in the TD CDMA downlink
(2002)
TD (Time Division)-CDMA is one of the partial standards adopted by 3GPP (3rd Generation Partnership Project) for 3rd Generation (3G) mobile radio systems. An important issue when designing 3G mobile radio systems is the efficient use of the available frequency spectrum, that is the achievement of a spectrum efficiency as high as possible. It is well known that the spectrum efficiency can be enhanced by utilizing multi-element antennas instead of single-element antennas at the base station (BS). Concerning the uplink of TD- CDMA, the benefits achievable by multi-element BS antennas have been quantitatively studied to a satisfactory extent. However, corresponding studies for the downlink are still missing. This thesis has the goal to make contributions to fill this lack of information. For near-to-reality directional mobile radio scenarios TD-CDMA downlink utilizing multi-element antennas at the BS are investigated both on the system level and on the link level. The system level investigations show how the carrier-to-interference ratio can be improved by applying such antennas. As the result of the link level investigations, which rely on the detection scheme Joint Detection (JD), the improvement of the bit er- ror rate by utilizing multi-element antennas at the BS can be quantified. Concerning the link level of TD-CDMA, a number of improvements are proposed which allow considerable performance enhancement of TD-CDMA downlink in connection with multi-element BS antennas. These improvements include * the concept of partial joint detection (PJD), in which at each mobile station (MS) only a subset of the arriving CDMA signals including those being of interest to this MS are jointly detected, * a blind channel estimation algorithm, * CDMA code pooling, that is assigning more than one CDMA code to certain con- nections in order to offer these users higher data rates, * maximizing the Shannon transmission capacity by an interleaving concept termed CDMA code interleaving and by advantageously selecting the assignment of CDMA codes to mobile radio channels, * specific power control schemes, which tackle the problem of different transmission qualities of the CDMA codes. As a comprehensive illustration of the advantages achievable by multi-element BS anten- nas in the TD-CDMA downlink, quantitative results concerning the spectrum efficiency for different numbers of antenna elements at the BS conclude the thesis.
The dissertation is concerned with the numerical solution of Fokker-Planck equations in high dimensions arising in the study of dynamics of polymeric liquids. Traditional methods based on tensor product structure are not applicable in high dimensions for the number of nodes required to yield a fixed accuracy increases exponentially with the dimension; a phenomenon often referred to as the curse of dimension. Particle methods or finite point set methods are known to break the curse of dimension. The Monte Carlo method (MCM) applied to such problems are 1/sqrt(N) accurate, where N is the cardinality of the point set considered, independent of the dimension. Deterministic version of the Monte Carlo method called the quasi Monte Carlo method (QMC) are quite effective in integration problems and accuracy of the order of 1/N can be achieved, up to a logarithmic factor. However, such a replacement cannot be carried over to particle simulations due to the correlation among the quasi-random points. The method proposed by Lecot (C.Lecot and F.E.Khettabi, Quasi-Monte Carlo simulation of diffusion, Journal of Complexity, 15 (1999), pp.342-359) is the only known QMC approach, but it not only leads to large particle numbers but also the proven order of convergence is 1/N^(2s) in dimension s. We modify the method presented there, in such a way that the new method works with reasonable particle numbers even in high dimensions and has better order of convergence. Though the provable order of convergence is 1/sqrt(N), the results show less variance and thus the proposed method still slightly outperforms standard MCM.
Der kausale Zusammenhang zwischen der Dominanz von Mikroflechten gegen über Makroflechten in Tieflandregenwäldern war nicht bekannt und wird in vorliegender Studie erörtert. In der Literatur wird eine unvorteilhafte Kombination von hohen Temperaturen, niedrigen Lichtintensitäten und hoher Feuchtigkeit für die weitgehende Abwesenheit von Makroflechten in tropischen Tieflandregenwäldern verantwortlich gemacht. Aufgrund der hohen Abundanz in diesen Habitaten, kann diese Aussage für krustige Flechten nur bedingt zutreffen. Es wurden eine Reihe von Arbeitshypothesen entwickelt, die klären sollten, ob corticole Grünalgenflechten bestimmte funktionelle Lebensstrategie aufweisen, in welcher Weise das Mikroklima ihren Stoffwechselprozess beeinflusst, und warum sie im tropischen Tiefland-Regenwald dominieren. Die Fragenstellungen wurden unter Verwendung von ökophysiologischen Methoden in vivo und in situ in einem für die Flechten mikroklimatisch unvorteilhafte, tropischen immergrünen Tieflandregenwald im National Park Les Nouragues (Französisch-Guyana) untersucht. Aufgrund des intensiven Kontakts mit ihrem Substrat werden corticole Flechten stark von den mikroklimatischen Bedingungen des Phorophyten beeinflusst. Sie zeigen morphologisch-anatomische Anpassungen, die einen physiologisch vorteilhaften Zustand zwischen Wasserübersättigung und Austrocknung ermöglichen. Ihre Photosynthese ist an niedrige Lichtintensitäten angepasst und nutzt unterschiedliche Lichtqualitäten aufgrund physiologischer Strategien verschieden aus. Weitere Ergebnisse zeigten dass Krustenflechten neben funktionellen morphologisch-anatomischen und physiologischen Strategien, auch durch ein hohes Oberflächen zu Volumen Verhältnis, durch ein hohes Biomassenverhältnis des Photobionten zum Mycobionten und wahrscheinlich durch die Fähigkeit, saprophytisch Kohlenstoff zu gewinnen, befähigt sind, mikroklimatisch unvorteilhafte Habitate, wie die eines tropischen Tieflandregenwaldes, zu besiedeln
Sowohl 4 alpha- als auch 4 beta-Cyclobamipin imitieren die Konformationsisomere des unverstrebten Bamipins, die durch Umklappen des Sechsrings und durch N-Inversion möglich sind. Bamipin ist ein H1-Antihistaminikum, das im Handel als Lactat oder Hydrochlorid unter dem Namen Soventol® Anwendung findet. Protonierung von 4 alpha- und 4 beta-Cyclobamipin führt zu den entsprechenden Salzen. Die Konformation der Salze wird NMR-spektroskopisch bestimmt. H1-antihistaminische Wirksamkeitstests ergeben eine 14 mal höhere Wirksamkeit für das 4 alpha-Isomere im Vergleich zu Bamipin. 4 beta-Cyclobamipin besitzt dagegen nur 40% Wirkpotential.
Cyclo-(PhAs)6 als Edukt für Übergangsmetallcyclopentadienyl-Komplexe mit Asn- und (PhAs)n-Liganden
(2002)
In der Chemie der (RAs)n-Heterocyclen, R = Alkyl, Aryl, hat sich cyclo-(PhAs)6 als besonders wertvolles Ausgangsmaterial für Komplexe mit Asn- bzw. (PhAs)n-Liganden bewährt. Die Cothermolyse von Hexaphenylcyclohexaarsan mit verschiedenen Übergangsmetallcyclopentadienyl-Komplexen liefert eine Reihe von neuartigen Verbindungen mit substituentenfreien As-Liganden und substituentenhaltigen As-Liganden, welche zum Teil in guten Ausbeuten hergestellt und in einigen Fällen durch eine Röntgenstrukturanalyse charakterisiert wurden. Bei den Komplexen mit As1- und As2-Liganden verdienen besondere Beachtung das dreiecksdodekaedrische [{Cp=Fe}4As4] sowie das aus der trigonalen Bipyramide bestehende [{CpRCo}3(µ3-As)2], dessen Spitzen von jeweils einem dreibindigen Arsenatom besetzt sind. Bei [{Cp-Co}3(µ3-As)2] ist das freie Elektronenpaar am Arsen noch zusätzlich durch ein {M(CO)5}-Fragment (M = Mo, W) komplexierbar ([{Cp-Co}3{(µ4-As)M(CO)5}2]). Verbindungen mit substituentenhaltigen As-Liganden sind in der Literatur nur vereinzelt beschrieben. Bei [{Cp=Rh}3(µ-CO)(AsPh2)As] wurde offensichtlich eine PhAs-Gruppe unter Ph-Wanderung in einen Ph2As-Liganden umgewandelt. Bemerkenswert ist der PhAs-Ligand in [{Cp=Rh(CO)}2(AsPh)W(CO)5], dessen freies Elektronenpaar noch zusätzlich an ein {W(CO)5}-Fragment koordiniert ist. In [{Cp=Rh}3(Rh(CO)2)(AsPh)(AsO)] sind ein PhAs- und AsO-Ligand realisiert.
Matrix Compression Methods for the Numerical Solution of Radiative Transfer in Scattering Media
(2002)
Radiative transfer in scattering media is usually described by the radiative transfer equation, an integro-differential equation which describes the propagation of the radiative intensity along a ray. The high dimensionality of the equation leads to a very large number of unknowns when discretizing the equation. This is the major difficulty in its numerical solution. In case of isotropic scattering and diffuse boundaries, the radiative transfer equation can be reformulated into a system of integral equations of the second kind, where the position is the only independent variable. By employing the so-called momentum equation, we derive an integral equation, which is also valid in case of linear anisotropic scattering. This equation is very similar to the equation for the isotropic case: no additional unknowns are introduced and the integral operators involved have very similar mapping properties. The discretization of an integral operator leads to a full matrix. Therefore, due to the large dimension of the matrix in practical applcation, it is not feasible to assemble and store the entire matrix. The so-called matrix compression methods circumvent the assembly of the matrix. Instead, the matrix-vector multiplications needed by iterative solvers are performed only approximately, thus, reducing, the computational complexity tremendously. The kernels of the integral equation describing the radiative transfer are very similar to the kernels of the integral equations occuring in the boundary element method. Therefore, with only slight modifications, the matrix compression methods, developed for the latter are readily applicable to the former. As apposed to the boundary element method, the integral kernels for radiative transfer in absorbing and scattering media involve an exponential decay term. We examine how this decay influences the efficiency of the matrix compression methods. Further, a comparison with the discrete ordinate method shows that discretizing the integral equation may lead to reductions in CPU time and to an improved accuracy especially in case of small absorption and scattering coefficients or if local sources are present.
Die traditionelle anonyme Architektur der Tropen hat weltweit über lange Zeiträume hinweg intelligente Bauformen, Baukonstruktionen und Raumfolgen entwickelt für das Wohnen, die Arbeit, die Kultur und die Religion ihrer agrarisch geprägten Gesellschaftsformen unter harten klimatischen Bedingungen. Für die Dritte Welt in den Tropen führte die Begegnung mit der europäischen Zivilisation durch die Kolonisation im 19. Jahrhundert zu einem Zusammenbruch ihrer traditionellen Kulturformen. In den vergangenen 100 Jahren, vor allem seit der Unabhängigkeit der jungen Staaten, wurden grosse bauliche Investitionen geleistet, die jedoch selten unter Beachtung der besonderen Bedingungen des tropischen Klimas erfolgten. Die grosse Masse des Gebauten zeigt heute die stereotypen architektonischen Gestaltungsansätze des europäischen gemässigten Klimas mit nachteiligen Konsequenzen für die ökologische und hygienische Konzeption des Gebäudes. Von derzeit 6 Milliarden Menschen (im Jahre 2000) leben 5 Milliarden in der Dritten Welt. Die Bevölkerungsexplosion in diesen jungen Staaten wird in Zukunft grosse Bauaufgaben für den Wohnungsbau, Verwaltung, Kultur und Soziales erfordern, die mit den überholten europäischen Schematismen nicht mehr zu bewältigen sein werden. Vor diesem Hintergrund könnte ein Rückgriff auf die alten baulichen Erfahrungen der traditionellen anonymen Architektur der Tropen wesentliche und vorbildhafte Hilfestellung bieten für die Entwicklung einer neuen klimagerechten und menschenwürdigen Architektur. Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf die Herausarbeitung der Prinzipien des klimagerechten Bauens in den Tropen. Ihre Ergebnisse gründen auf der Forschung, welche die Fachhochschule Konstanz unter meiner Leitung in den vergangenen 15 Jahren im tropischen Klimaraum Afrikas durchgeführt hat.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der wirkmechanistischen Untersuchung substituierter Pteridine im Hinblick auf die Beeinflussung zentraler Regulationswege der Proliferation, der Apoptose und des Zytoskeletts. Im Besonderen sollte die Interaktion mit dem mitogen-aktivierten Protein Kinase (MAPK)- bzw. dem Phosphatidylinositol 3-Kinase (PI3K)-Signalweg erforscht werden, nachdem bereits gezeigt werden konnte, dass die cAMP-erhöhende und Protein Kinase A (PKA)-aktivierende Eigenschaft der Pteridine nicht alleine für die wachstumshemmende Wirkung verantwortlich sein kann. Als zentrales Element der Proliferationskontrolle reguliert der MAPK-Signalweg die Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors ELK1. Anhand eines Reportergen-Assays sollte die Beeinflussung der ELK1-Phosphorylierung durch in Position 6 substituierte Derivate der Stammverbindung E481 (7-Benzylamino-6-chloro-2-piperazino-4-pyrrolidino-pteridin) untersucht werden. Alle Substanzen sind hinsichtlich einer Hemmung der ELK1-Phosphorylierung weniger wirksam als die Leitsubstanz E481. Zusätzlich erfolgt nur bei E481 die Hemmung der ELK1-Phosphorylierung und die des Zellwachstums in einem vergleichbaren Konzentrationsbereich. Ferner sollte die Relevanz des PI3K-Signalweges für morphologische und wachstumsregulierende Wirkungen substituierter Pteridine bestimmt werden, nachdem für E481 bereits in der Vulvakarzinomzelllinie A431 eine Hemmung der PI3K und Zytoskelettveränderungen nachgewiesen werden konnte. Die Untersuchungen ergaben, dass die PI3K als genereller Vermittler der wachstumshemmenden Eigenschaft substituierter Pteridine ausgeschlossen werden kann. Auch die morphologischen Effekte durch E481 scheinen nicht PI3K-vermittelt zu sein. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeit beschäftigte sich mit der Frage, ob die Hemmung der PI3K in A431 Zellen durch E481 eine Rolle spielt für die Arretierung im Zellzyklus und die Apoptoseinduktion. Diese Wirkungen können über den PI3K-Effektor PKB an das nachgeschaltete Signalelement Glycogen Synthase Kinase 3beta (GSK3b) und über das proapoptotisch wirkende BAD vermittelt werden, die allerdings zusätzlich mit dem PKA-Signalweg interagieren. Für die GSK3beta kann trotz einer verminderten PKB-Phosphorylierung keine verminderte Phosphorylierung festgestellt werden, was möglicherweise durch die gleichzeitig aktivierte PKA verursacht wird, die ebenfalls die GSK3beta phosphorylieren kann. Die Untersuchungen der BAD-Phosphorylierung deuten ab einer 18-stündigen E481-Inkubation eine verminderte PKA-abhängige Phosphorylierung an und lassen zudem eine verminderte PKB-abhängige Phosphorylierung vermuten. Möglicherweise trägt dies zu der E481-vermittelten Apoptoseinduktion in A431 Zellen bei. Ferner zeichnet sich nach 24-stündiger Inkubation mit E481 konzentrationsabhängig eine verringerte Phosphorylierung des Tumorsuppressorproteins pRb (Retinoblastoma) ab, was vermutlich wesentlich zum G1-Arrest beiträgt. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen der E481-vermittelten Paxillinlokalisation sollten mögliche Wechselwirkungen zwischen dem cAMP-Signalweg und den morphologischen Veränderungen aufdecken. Es zeigt sich, dass eine E481 bedingte Abrundung der Zellen mit einer Paxillinabwanderung von der Plasmamembran einhergeht. Dieser Prozess findet unter Beteiligung einer Phosphatase statt- und ist nicht PKA-, vielleicht aber cAMP-vermittelt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Wirkmechanismus substituierter Pteridine, insbesondere von E481, wesentlich komplexer ist als bislang vermutet. Zusätzlich zu der potenten Hemmung der Phosphodiesterase 4 greift E481 in eine Reihe zentraler Signalübertragungswege (MAPK-, PI3K/PKB-Signalweg) ein. Darüber hinaus interagiert E481 wirkungsvoll mit Signalelementen, welche die Integrität des Zytoskeletts gewährleisten. Hierbei scheinen PKA-unabhängige, möglicherweise aber cAMP-vermittelte Phosphataseinduktionen eine bedeutende Rolle zu spielen.