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In dieser Studie wurden nicht-integrative Vektorkonstrukte zur Reprogrammierung von zwei menschlichen Zelllinien (HFF1, HUVEC) verwendet, um integrations-freie, episomal generierte iPSC Zelllinien (E-iPSCs) zu generieren. Darüber hinaus wurden diese iPSCs zu sogenannten Leberzell-ähnlichen Zellen (HLCs) differenziert. Hierzu konnten die verschiedenen Stufen der Hepatogenese und die potentielle Reifung zu Leberzellen untersucht sowie mit fötalen und ausgereiften menschlichen Leberzellen verglichen werden. Diese Studie konnte Gen-regulierende Netzwerke aufdecken, welche eine pi-potentiale Vorläuferpopulation in den HLCs präsentieren. Zusätzlich deckte das Transkriptions-Profil auf, dass die iPSC-generierten HLCs unreif und ähnlicher den fötalen Leberzellen sind. Dennoch weisen die HLCs typische funktionelle Charakteristika von Leberzellen auf, z.B. Glykogen-Einlagerung, Aufnahme und Abgabe von Substanzen wie ICG und CDFDA, Sekretierung von Gallensäure und Harnstoff. Zusätzlich konnten typische Leber-Strukturen wie Gallenkanälchen mit Mikrovilli, Fettspeicherung und sogenannte tight junctions, Verbindungsgänge zwischen den Zellen nachgewiesen werden. Um die potentielle Reifung dieser HLCs voranzutreiben, wurde eine Langzeit-Kultivierung von HUVEC-iPSC-generierten HLCs durchgeführt. Dies sollte zugleich zeigen, ob die HLCs länger kultiviert und gleichzeitig reifen können. Ein zweiter Teil dieser Studie befasst sich mit der Generierung von endodermalen Vorläuferzellen (EPs). Es wurden HFF1-iPSCs zu EPs differenziert um die endodermale Entwicklung vor der Entstehung der Gallenwege und des Hepatoblasten zu untersuchen. Die EPs zeigen Merkmale dafür, dass sie sowohl in Hepatozyten, Cholangozyten und auch Pankreaszellen differenziert werden können. Mit Hilfe dieser multipotenten EPs könnte es möglich sein die endodermale Entwicklung des Darmes, der Lunge, Leber, Gallengänge und Gallenblase sowie der Bauchspeicheldrüse näher zu untersuchen. / This project generated and characterized integration-free, episomal-derived induced pluripotent stem cell lines (E-iPSCs) from human somatic cell lines of different origins. Two different somatic cell lines were used, the human fetal fibroblast cell line HFF1 and human umbilical vein endothelial cell line HUVEC. Both were reprogrammed into integration-free iPSCs and were comparable amongst themselves and to human embryonic stem cells, the gold standard of pluripotent stem cells. Furthermore, the iPSCs with different genetic background were differentiated to hepatocyte-like cells (HLCs). With the use of iPSC-derived hepatocytes different stages during hepatogenesis and the potential of maturation could be analyzed as well as compared to fetal liver and primary human hepatocytes (PHH). This study could uncover gene regulatory networks which presence bipotential progenitor populations in HLCs. Additionally, comparable transcriptome profile analyses revealed that the iPSC-derived HLCs are immature and more similar to fetal liver. However, the HLCs hold typical functionality characteristics of hepatocyte, e.g. glycogen storage, uptake and release of ICG and CDFDA, bile acid and urea secretion. Furthermore, typical structures of hepatocytes such as bile canaliculi with microvilli, lipid storage and tight junctions are visible. In order to analyze the maturation potential of HLCs a long-term culture experiment was performed using HUVEC-iPSC-derived HLCs which implies the possibility for long-term culture of HLCs while increasing maturation. Additionally, HFF1-derived iPSCs were differentiated to endodermal progenitors (EPs) to analyze the endodermal development before biliary tree and hepatoblast which can give rise to hepatocytes, cholangiocytes and pancreatic cells. The multipotent EPs hold a great potential to analyze the endodermal development of intestine, lung, liver, bile duct and gallbladder, as well as pancreas.

Complex queries often contain common or similar subexpressions, either within a single query or among multiple queries submitted as a batch. If so, query execution time can be improved by evaluating a common subexpression once and reusing the result in multiple places. However, current query optimizers do not recognize and exploit similar subexpressions, even within the same query. We present an efficient, scalable, and principled solution to this long-standing optimization problem. We introduce a light-weight and effective mechanism to detect potential sharing opportunities among expressions. Candidate covering subexpressions are constructed and optimization is resumed to determine which, if any, such subexpressions to include in the final query plan. The chosen subexpression(s) are computed only once and the results are reused to answer other parts of queries. Our solution automatically applies to optimization of query batches, nested queries, and maintenance of multiple materialized views. It is the first comprehensive solution covering all aspects of the problem: detection, construction, and cost-based optimization. Experiments on Microsoft SQL Server show significant performance improvements with minimal overhead.

Infektionen lösen eine Immunantwort aus, welche u.a. durch Induktion von Interferonen (IFN) für die Expression von antibakteriell oder antiviral wirkenden Proteinen sorgt. Eines der am stärksten induzierten Gene nach Typ I IFN Stimulation ist das Interferon stimulated gene 15 (ISG15). ISG15 gehört zu den Ubiquitin-ähnlichen Proteinen und wird über eine Enzymkaskade kovalent an zu modifizierende Proteine konjugiert. Sowohl freiem ISG15, als auch ISG15-Konjugaten wurden antivirale Funktionen nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Regulation von ISG15, der ISGylierung und der an der ISGylierung beteiligten Enzyme vergleichend nach Typ I und Typ II IFN Stimulation untersucht. In HeLa Zellen zeigte sich, dass ISG15 und ISG15-Konjugate sowohl nach Typ I, als auch nach Typ II IFN Stimulation gebildet werden. Die Unterschiede in der Menge der ISGylierten Proteine konnten in Zusammenhang mit der unterschiedlich starken Expression der an der ISGylierung beteiligten Enzyme gebracht werden. Durch Inhibition der Expression der einzelnen Enzyme wurde weiterhin nachgewiesen, dass nach Typ I und Typ II IFN Stimulation das gleiche E2-Enzym (UBE2L6), aber unterschiedliche E3-Ligasen an der ISGylierung beteiligt sind. Während die ISGylierung nach Typ I IFN Stimulation größtenteils von der E3-Ligase Herc5 abhängt, zeigte sich, dass nach Typ II IFN Stimulation weitere noch nicht identifizierte ISG15 E3-Ligasen an dem Prozess beteiligt sind. Microarry- und siRNA-Analysen führten zur Identifizierung der potentiellen ISG15 E3-Ligasen UBE3A und ARIH1. Dabei zeigte sich, dass UBE3A nach Typ I und ARIH1 nach Typ II IFN Stimulation einen Einfluss auf die ISGylierung von Proteinen haben. Diese Ergebnisse machen deutlich, dass in HeLa Zellen Typ I und Typ II Interferone die ISGylierung induzieren, wobei sich die Enzymkaskade zwischen den Interferonen auf Ebene der E3-Ligasen unterscheidet. Diese Ergebnisse geben neue Einblicke in die Regulation der IFN vermittelten ISGylierung. / Infections initiate the induction of an immune response that lead to induction of interferons followed by expression of antibacterial and antiviral proteins. One of the most upregulated genes after type I interferon (IFN) stimulation is the Interferon stimulated gene 15 (ISG15). ISG15 belongs to the family of ubiquitin-like modifiers and is covalently attached to target proteins via an enzyme cascade. It was shown that free ISG15 as well as ISG15-conjugates exhibit antiviral functions. In this thesis the regulation of ISG15, ISGylation and the involvement of enzymes after type I and type II IFN treatment were analysed. It could be demonstrated that ISG15 and ISG15-conjugates are generated after type I as well as type II IFN treatment in HeLa cells. Differences in the amount of ISGylated proteins were shown to correlate with the expression of proteins of the enzyme cascade. Inhibition of these enzymes demonstrated that the E2-enzyme UBE2L6 is involved in the ISGylation process after both types of IFN stimulation, whereas different E3-ligases are implicated in ISGylation of proteins after type I and type II IFN stimulation. It could be shown that the E3-ligase Herc5 is involved in type I IFN mediated ISGylation, whereas other not yet identified ISG15 E3-ligases are involved in type II IFN mediated ISGylation. Microarry- and siRNA-assays led to the identification of the putative ISG15 E3-ligases UBE3A and ARIH1, whereas UBE3A had an influence on type I IFN mediated ISGylation and ARIH1 affected the type II IFN mediated ISGylation. In this thesis it could be demonstrated that both types of interferons are able to induce ISGylation in HeLa cells, but different E3 ligases are involved in conjugation of ISG15 to its target proteins after type I and type II IFN induction. These observations give new insights into the regulation of IFN mediated ISGylation.

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The design of functional materials with complex properties is very important for different applications, such as coatings, microelectronics, biotechnologies and medicine. It is also crucial that such kinds of materials have a long service lifetime. Unfortunately, cracks or other types of damages may occur during everyday use and some parts of the material should be changed for the regeneration of the initial properties. One of the approaches to avoid the replacement is utilization of self-healing materials. The aim of this thesis was to design a self-repairable material with superhydrophobic and switchable properties using colloidal particles. Specific goals were the synthesis of colloidal particles and the preparation of functional surfaces incorporated with the obtained particles, which would exhibit a repairable switching behavior and repairable superhydrophobicity. In order to achieve these goals, first, methods of preparation of simple and functional colloidal particles were developed. Second, the behavior of particles at surfaces of easy fusible solid materials, namely, paraffin wax or perfluorodecane, was investigated.

The design of functional materials with complex properties is very important for different applications, such as coatings, microelectronics, biotechnologies and medicine. It is also crucial that such kinds of materials have a long service lifetime. Unfortunately, cracks or other types of damages may occur during everyday use and some parts of the material should be changed for the regeneration of the initial properties. One of the approaches to avoid the replacement is utilization of self-healing materials. The aim of this thesis was to design a self-repairable material with superhydrophobic and switchable properties using colloidal particles. Specific goals were the synthesis of colloidal particles and the preparation of functional surfaces incorporated with the obtained particles, which would exhibit a repairable switching behavior and repairable superhydrophobicity. In order to achieve these goals, first, methods of preparation of simple and functional colloidal particles were developed. Second, the behavior of particles at surfaces of easy fusible solid materials, namely, paraffin wax or perfluorodecane, was investigated.

Background Monteggia fractures and Monteggia-like lesions result after severe trauma and have high complication rates. Preliminary biomechanical studies suggested a correlation between ulnar fracture localization and clinical result. Objectives Key objective was to evaluate whether the site of the ulnar fracture can be correlated to clinical outcome after open reduction and internal stabilization. Methods In a retrospective, monocentric study 35 patients who underwent surgical treatment after suffering a Monteggia injury or Monteggia-like lesion were included. Fractures were classified according to Bado and Jupiter, the site of the fracture location at the proximal ulna and regarding the potential accompanying ligamentary injury. In a follow-up examination validated patient-reported outcome measures and functional parameters were evaluated. Furthermore, treatment strategy and complications were analysed. Results Mean patient age was 51.9 years (± 18.0). 69% were females (n = 24). Follow-up took place after 50.5 months (± 22.1). Fractures were classified according to Bado (I:2, II:27, III:4, IV:2). Bado II-fractures were further classified according to Jupiter (A:7, B:16, C:3, D:1). Cases were divided into subgroups depending upon the distance of the ulnar fracture site in respect to its distal endpoint (A: < 7 cm and B: > 7 cm). Average overall MEPS was 84.1 (± 19.0). Oxford elbow score and DASH were 37.2 (± 10.5) and 20.4 (± 20.5). Average extension capability reached − 7° (± 7.5). Mean flexion was 134.8° (± 19.7). Average pain according to visual analogue scale was 1.6 (± 1.9). We found no differences between the subgroups regarding the PROMs. Subgroup A displayed a worse extension capability (p = 0.027) and patients were significantly older (p < 0.01). Comparing patients with and without fracture of the radial head, we observed no differences. Patients with an accompanying injury of the coronoid process displayed higher pain levels (p = 0.011), a worse functionality (p = 0.027) and overall lower scoring in PROM. Conclusion The presented results suggest that in Monteggia fractures and Monteggia-like lesions, the localization of the ulna fracture can give a hint for its postoperative outcome. However, we could not confirm the hypothesis of an increasing instability in ulnar fractures located further distally (high severity of the potential ligamentous injury). Intraarticular fractures or injuries with a close relation to the joint have a worse prognosis, especially if the coronoid process is injured. Trial registration Registration was done with ClinicalTrials.gov under NCT05325268.

Die in Europa und Asien verbreiteten humanpathogenen Hantaviren sind mit dem "Hämorrhagischen Fieber mit renalem Syndrom" (HFRS) assoziiert, während die humanpathogenen Hantaviren in Nord- und Südamerika das "Hantavirale Pulmonale Syndrom" hervorrufen. In Mitteleuropa kommen die humanpathogenen Hantavirus-Spezies Puumalavirus (PUUV) und Dobravavirus (DOBV) vor. Infektionen mit dem PUUV führen zu milden klinischen Verläufen des HFRS, die auch als "Nephropathia epidemica" bezeichnet werden. Für das DOBV konnte in Mitteleuropa die sympatrische Existenz von 2 genetischen Linien, DOBV-Aa und DOB-Af, nachgewiesen werden, die von unterschiedlichen Nagetierwirten (Apodemus agrarius und A. flavicollis) getragen werden und möglicherweise unterschiedlich virulent für den Menschen sind. Chimäre Hepatitis B Virus-Corepartikel und Hefe-exprimiertes, rekombinantes PUUV-Nukleokapsid (N)-Protein stellen vielversprechende Impfstoffkandidaten dar, die in der Rötelmaus, dem natürlichen Wirt und Überträger des PUUV, eine schützende Immunantwort induzieren können. Eine hauptprotektive Determinante konnte im N-Protein des PUUV zwischen den Aminosäuren (AS) 1-45 lokalisiert werden; eine zweite, schwach protektive Determinante ist zwischen AS 75-119 lokalisiert. Die schwache Protektivität der 45 aminoterminalen AS des PUUV-N-Proteins (Stamm Vranica/Hällnäs) konnte durch Verwendung eines 120 AS-langen Segments deutlich verbessert werden. Ein Hefe-exprimiertes PUUV-N-Protein mit aminoterminalem Hexahistidinschwanz induzierte bei Verwendung von komplettem Freund´schen Adjuvans in allen vakzinierten Rötelmäusen eine schützende Immunität. Bei Verwendung von Aluminiumhydroxid, einem für humane Anwendungen zugelassenen Adjuvans, wurden alle immunisierten Tiere mindestens partiell, darunter 75 % der Tiere sogar komplett, vor einem nachfolgenden Viruschallenge geschützt. An der Induktion einer schützenden Immunität sind wahrscheinlich nicht nur zelluläre, sondern auch humorale N-Protein-spezifische Immunantworten beteiligt. / Human infections with European hantaviruses are associated with the "Haemorrhagic fever with renal syndrome" (HFRS), whereas North and South-American hantaviruses cause in human the "Hantavirus pulmonary syndrome". In Central Europe two hantavirus species, Puumala virus (PUUV) and Dobrava virus (DOBV), are pathogenic to human. PUUV infections result in milder clinical courses of HFRS, designated also as "Nephropathia epidemica". For DOBV the sympatric occurrence of two genetic lineages, DOBV-Aa and DOBV-Af, has been detected. These lineages are carried by two different rodent hosts (Apodemus agrarius and A. flavicollis) and might be of different pathogenicity to human. Chimaeric hepatitis B virus core particles and yeast-expressed recombinant PUUV nucleocapsid (N) protein are promising vaccine candidates. They are able to induce a protective immune response in bank voles, the natural host of PUUV. A major protective determinant has been localized between amino acids (aa) 1-45; a second, minor protective determinant is located between aa 75-119. The low protectivity of the 45 amino-terminal aa of the N protein of PUUV (strain Vranica/Hällnäs) can be overcome by the use of a larger, 120 aa-long segment of this N protein. A yeast-expressed PUUV N protein harboring an amino-terminal hexahistidin tag is able to induce a protective immunity in all immunized bank voles when applied with Freund´s complete adjuvant. Using alum, an adjuvant certified for human use, all immunized animals were protected at least partially, 75% even completely, against a subsequent virus challenge. Likely, the protective immunity is mediated not only by cellular but also by humoral immune responses against the N protein.

Das Hamsterpolyomavirus (HaPV) wurde aus Hauttumoren von HaPV-infizierten Hamstern isoliert und gereinigt. Die Virionen sind ca. 45 nm groß und sind durch einen Polyomavirus-typischen ikosaedrischen Aufbau gekennzeichnet. Im Gegensatz zu den Kapsiden anderer Polyomaviren zeigen sie jedoch eine T=7-laevo Symmetrie. Die Analyse der Proteinzusammensetzung zeigte, daß das HaPV-Kapsid hauptsächlich aus drei Virus-kodierten Strukturproteinen (VP1, VP2 und VP3) besteht. Das VP1 repräsentiert ca. 71% des Gesamtkapsidproteins und stellt somit das Hauptkapsidprotein dar. Die Vorher-sage des VP1-ORF ergab 2 in-frame befindliche potentielle Translationsinitiationssignale (ATG), die zur Synthese von VP1-abgeleiteten Proteinen von 384 und 388 Aminosäuren füh-ren sollten. Die Sequenzierung des N-Terminus des viralen VP1 ergab, daß die Translations-initiation am 2. ATG des VP1-ORF erfolgt, so daß das authentische VP1 384 Aminosäuren beinhaltet (MG: ca. 41,8 kDa). Das authentische und das N-terminal verlängerte VP1 wurden in Insektenzellen zur Expres-sion gebracht. Die Proteine reagierten im Western blot mit HaPV-VP1-spezifischen Kanin-chenseren und Seren von HaPV-infizierten Hamstern. Beide VP1-Derivate sind in der Lage, in Insektenzellen Virus-ähnliche Partikel zu bilden. Diese Partikel ähneln in ihrer Dichte und Struktur leeren HaPV-Virionen. Durch elektronenmikroskopische Untersuchungen und Zell-fraktionierung konnte die nukleare Lokalisation der Partikel in Insektenzellen gezeigt werden. Durch Behandlung der Partikel mit EGTA/DTT lassen sich die Partikel in Pentamere dissozi-ieren. Möglicherweise können die Partikel durch Dissoziation und anschließende Reassozia-tion mit fremder Nukleinsäure beladen werden, um für gentherapeutische Anwendungen ein-gesetzt zu werden. Zur Ermittlung potentieller Insertionsorte für Fremdsequenzen im VP1 wurde die dreidimen-sionale Struktur des HaPV-VP1 auf der Basis verwandter Polyomaviren vorhergesagt und eine Epitopkartierung mit Hilfe in E. coli exprimierter rekombinanter VP1-Derivate und syn-thetischer Peptide durchgeführt. Die Vorhersage der Struktur ergab 5 oberflächenexponierte Regionen: As 81-88, As 222/223, As 244-246, As 289-294 und die C-terminale Region von VP1. Zwei der genannten Regionen (As 79-97 und die C-terminale Region von VP1) konnten bei beiden Epitopkartierungsstudien als Epitope identifiziert werden. Wahrscheinlich sind in der C-terminalen Region (As 320-384) sowohl lineare als auch mindestens ein diskontinuier-liches Epitop lokalisiert. Diese Region ist auch die Ursache für die Kreuzreaktivität von HaPV-VP1 mit anti-SV40- und anti-JCV-positiven Seren. Aufgrund der wichtigen Funktion der C-terminalen Region beim Virus-Assembly kann diese Region wahrscheinlich nicht als Insertionsort für Fremdsequenzen verwendet werden, während die Region As 84-87 für die Insertion von Fremdproteinsequenzen geeignet sein sollte. / Hamster polyomavirus (HaPV) particles were isolated and purified from the skin tumors of hamster polyomavirus infected hamsters. Virions were found to be approximately 45 nm in diameter. They demonstrate the typical icosahedral structure of polyomaviruses. However, in contrast to other polyomavirus capsids, they demonstrate a T=7-laevo symmetry. The analysis of the protein composition of the virus capsid showed that it is made up of mainly three virus-coded structural proteins VP1, VP2 and VP3. The VP1 represents up about 71% of the protein mass found in the virion and is therefore the major capsid protein. The prediction of the VP1-ORF showed the existence of 2 in-frame ATG codons which should result in the synthesis of VP1 proteins of 384 or 388 amino acids. The determination of the N-terminal amino acid sequence of the virion-derived VP1 by the method of Edman degradation revealed that the second ATG codon is the initiation site for translation. Therefore the authen-tic VP1 contains 384 amino acid residues (m.w. 41.8 kDa). The authentic VP1 and its N-terminal prolonged derivative were expressed in insect cells. The VP1 proteins reacted in the Western blot with HaPV-VP1-specific rabbit sera and sera of HaPV-infected hamsters. Both VP1 derivatives were able to form virus-like particles. In their density and morphology they are similar to empty HaPV virions. Electronmicroscopic inves-tigations and cell fractionation experiments demonstrated the nuclear localization of the parti-cles in insect cells. The treatment of particles with EGTA/DTT resulted in their dissociation in pentameric subunits. For use in gene therapy particles can be probably loaded with foreign nucleic acids by dissociation and subsequent reassociation. In order to find out potential insertion sites for foreign sequences in VP1, the three-dimen-sional structure of HaPV-VP1 was predicted on the basis of the known X-ray structure of re-lated polyomaviruses. In addition, epitopes within VP1 were mapped by means of truncated recombinant VP1 derivatives and synthetic peptides. According to structure modelling 5 sur-face-exposed regions exist in the HaPV-VP1: As 81-88, 222/223, 244-246, 289-294 and the C- terminal region. By epitope mapping we could show that at 2 out of these 5 regions in VP1, namely at As 79-97 and at the C-terminal part of HaPV-VP1, antigenic determinants are located. Most likely, in the C-terminal region (As 320-384) linear as well as at least one dis-continuous epitope exist. This region is also responsible for the cross-reactivity of HaPV-VP1 with anti-SV40 and anti-JCV-VP1-specific sera. Because of its important function in virus Assembly, the C-terminal part of HaPV-VP1 is not allowed to be used as insertion site for foreign sequences. According to the structural predictions and epitope mapping data the re-gion As 84-87 should allow the insertion of foreign protein segments.