The ability to inhibit a prepotent response is a crucial prerequisite of goal-directed behavior. So far, research on response inhibition has mainly examined these processes when there is little to no cognitive control during the decision to respond. We manipulated the “context” in which response inhibition has to be exerted (i.e., a controlled or an automated context) by combining a Simon task with a go/no-go task and focused on theta band activity. To investigate the role of “context” in response inhibition, we also examined how far theta band activity in the pretrial period modulates context-dependent variations of theta band activity during response inhibition. This was done in an EEG study applying beamforming methods. Here, we examined n = 43 individuals. We show that an automated context, as opposed to a controlled context, compromises response inhibition performance and increases the need for cognitive control. This was also related to context-dependent modulations of theta band activity in superior frontal and middle frontal regions. Of note, results showed that theta band activity in the pretrial period, associated with the right inferior frontal cortex, was substantially correlated with context-dependent modulations of theta band activity during response inhibition. The direction of the obtained correlation provides insights into the functional relevance of a pretrial theta band activity. The data suggest that pretrial theta band activity reflects some form of attentional sampling to inform possible upcoming processes signaling the need for cognitive control.

In der langjährigen Nachbetreuung von Kleinkindern sehr niedrigen Geburtsgewichts fiel klinisch ein erhöhtes Aktivitätsverhalten auf. Diese Beobachtung sollte durch ein objektives Messverfahren verifiziert werden. Die Praktikabilität der Aktographie für diese Fragestellung wurde überprüft. In dieser Studie trugen 43 VLBW-Kinder und eine Gruppe von 19 reif geborenen Kindern während der Entwicklungsdiagnostik mit dem Griffiths-Test im korrigierten Alter von 20 Monaten ein Aktometer. Zusätzlich wurde von den Eltern und Untersuchern der Kinder eine subjektive Einschätzung des Aktivitätsverhaltens erhoben. Es zeigte sich, dass die VLBW-Kinder im Rahmen dieser Studie während der Entwicklungsdiagnostik eine signifikant höhere motorische Aktivität als die Kinder der Referenzgruppe hatten. Die Häufigkeit von Ruhemomenten während der Untersuchungssituation korrelierte positiv mit dem Geburtsgewicht und mit dem Gestationsalter. Die subjektiven Einschätzungen der Eltern und Untersucher stimmten gut mit den objektiv ermittelten Daten überein. Kinder mit mehr Ruhemomenten während der Untersuchung erzielten auch günstigere Ergebnisse in ihren Entwicklungsquotienten. Das Geschlecht der Kinder und die Schulbildung der Mutter hatten keinen Einfluss auf das Aktivitätsverhalten der Kinder. Die klinische Beobachtung erhöhter Aktivität bei VLBW-Kindern im Kleinkindalter ließ sich durch den Einsatz des Aktometers im Rahmen dieser Studie objektivieren. Die Verwendung eines Aktometers in der klinischen Routine ist denkbar, auf Grund der gut mit den Messdaten übereinstimmenden Einschätzung erfahrener Untersucher jedoch in diesem Zusammenhang, auch unter ökonomischen Aspekten, nicht erforderlich. Um den Kindern mit erhöhtem Aktivitätsverhalten und/oder niedrigem Entwicklungsstand eine möglichst günstige Weiterentwicklung zu ermöglichen, sollte ihnen und ihren Familien eine angemessene Unterstützung zur Verfügung gestellt werden. / In the longterm follow up of VLBW infants, an increased motor activity has been noted. Verification of this observation was sought by means of an objective measurement. For this purpose, the practicability of actigraphic monitoring was evaluated. In this study, 43 VLBW children and a reference group of 19 mature born children at the corrected age of 20 months wore an actometer during the developmental diagnostics with the Griffithstest. In addition, a subjective assessment of the motor activity was obtained from the parents and examiners. It became clear that within the framework of this study the VLBW children had a significant higher motor activity than the children within the reference group. The frequency of moments where the children rested without movement during the assessment situation correlated positively with the birthweight and the gestational age. The personal evaluation of the parents and the examiners corresponded well with the objectively obtained data. The children with a higher degree of motionless moments during the examination scored better results in their developmental quotients as well. The sex of the children and the level of education of their mothers had no effect on the motor activity of the children. The clinical observation of increased motor activity of VLBW infants in the corrected age of 20 months could have been objectivated during this investigation by the use of actigraphic monitoring. The use of an actometer in the clinical routine might be practical. Considering the evaluation of the results of this study as well as the economical aspects, the use of actigraphic monitoring is not necessarily needed. In order to allow the best possible further development for the children with increased motor activity and /or low state of development, an appropriate support for them and their families should be offered.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Wirkung von Lernsoftware durch eine Kausalkette vom verstehenden Lernen (Edelmann, 1996) über generative Aktivitäten (Wittrock, 1990) hin zu computergestützten kognitiven Lernwerkzeugen (Jonassen, 1992)in seiner Gesamtheit empirisch nachzuweisen. Dazu wurde eine digitale Lern- und Testumgebung geschaffen, in deren Mittelpunkt ein Beschriftungswerkzeug, ein Operatorentool sowie eine Simulation standen. Mit ihrer Hilfe sollten Aufbau, Funktionsweise und Bedienung einer einfachen technischen Anlage erlernt werden. Erhoben wurden Maße des Lernprozesses (Zeit, Eingaben) und des Lernerfolges (Wissenstest, Handlungsaufgaben). Im Rahmen eines klassischen Lernexperiments im Labor wurde in einer ersten Testreihe kein oder eins der 3 Tools zum freiwilligen Gebrauch angeboten. Die Ergebnisse zeigen, dass ein jedes Lernwerkzeug seine Nutzer in zusätzliche generative Aktivitäten verwickelt. Darüber hinaus bewirken sie auf Grund der Interaktionsmöglichkeiten, der repräsentierbaren Inhalte sowie der Visualisierungsform eine Aufmerksamkeitsfokussierung auf einzelne Lerninhalte. Demzufolge verbessert sich die Güte des mentalen Modells toolbedingt vor allem in entsprechenden Teilfacetten. Der statistische Vergleich dieser Ergebnisse mit älteren Daten einer parallelen Testreihe (Wipper, 2004) ergab keine bedeutenden Unterschiede, was auf eine Allgemeingültigkeit dieses Effekts hinweist. Im Rahmen einer zweiten Studie wurden die 3 Werkzeuge in einer Lernumgebung kombiniert angeboten. Im Resultat ergänzten sich die fokussierenden Wirkungen der Einzelapplikationen additiv zu einem ausgeglichenen mentalen Modell. Darüber hinaus war das Leistungsniveau jener Nutzer in allen Maßen des Lernprozesses und -erfolgs konstant höher als das aller anderen Probanden. Die Ergebnisse bestätigen die bereits existierenden Hinweise auf die eingangs erwähnte Kausalkette bzgl. des verstehenden Lernens mit Hilfe eines Computers. / In the light of instructional psychology the outcome of computer based learning aids can be described as a chain of causation consisting of constructivist forms of knowledge acquisition (Edelmann, 1996), generative processes (Wittrock, 1990) and digital mind tools (Jonassen, 1992). Aim of the present work is to proof this causal assumption empirically. Therefore, a computer based learning and testing environment was set up. It based on 3 single digital mind tools, which are supposed to help learning the construction, functionality and handling of a simple deterministic plant for soap production. Additionally, paper & pencil were provided. The measured variables cover the learning process (e.g. time, inputs) and the learning outcome (multiple-choice test, operating test). In a first series of 4 laboratory experiments 109 students were given no or one of the digital mind tools. In result, all 3 means initiate new generative processes. But the mental models of their users are not more sophisticated in whole. There was improvement in special areas, depending on characteristics of the tools (interaction modes, representable content, and visualisation). The findings were statistically compared to older data of a parallel test series (Wipper, 2004) but only marginal differences occurred. In a further laboratory experiment 98 students were given a combination of the 3 digital mind tools mentioned above. This hybrid learning environment initiates new generative processes as well. Because of an additional combination of the focussing effects caused by the tools, the mental model of its users is comprehensively more sophisticated now. Moreover, those people reach constantly much higher scores in all measures than the other subjects. The findings confirm the causal chain mentioned at the beginning.

20S Proteasomen der Leber gehören ausschließlich zur Population der Intermediär-Proteasomen. Chromatographisch sind drei proteasomale Subpopulationen aufgrund unterschiedlicher Oberflächenhydrophobizität trennbar. Diese beinhalten unterschiedliche Mengen der Standard- und Immunountereinheiten und zeigen unterschiedliche spezifische Aktivitäten gegenüber kurzen fluorigenen Peptidsubstraten. Außerdem lassen sie sich deutlich anhand der Schnittfrequenzen bei Hydrolyse von Polypeptidsubstraten unterscheiden. Jede dieser Subpopulationen konnte aufgrund unterschiedlicher Oberflächenladung in bis zu 5 verschiedene 20S Proteasom-Subtypen unterteilt werden, die wiederum unterschiedliche Mengen an Standard- und Immununtereinheiten enthielten. Jeder dieser Subtypen zeigte unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der spezifischen Aktivitäten und Hydrolysegeschwindigkeiten von Polypeptidsubstraten. Unterschiede wurden auch bezüglich ihrer Peptid-Spleiß-Aktivitäten nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit wurden darüber hinaus Veränderungen der Spektren proteasomaler Subtypen- und ihrer Eigenschaften im Lebergewebe von 2, 8 und 23 Monate alten Ratten nachgewiesen. Während die Gesamtmenge der Leber-Proteasomen mit steigendem Alter abnahm, nahm die Menge der Subtypen mit integrierten Immununtereinheiten zu. Gleichzeitig kam es zu einer altersabhängigen Zunahme der Hydrolysegeschwindigkeit gegenüber Polypeptide-Substraten sowie veränderten Schnitthäufigkeiten. Die altersabhängigen intramolekularen Umgestaltungen von Leberproteasomen könnten eine funktionelle Anpassung an die altersbedingten zellulären Veränderungen in Verbindung mit Veränderungen der MHC Klasse I Antigen-Präsentation darstellen. / 20S proteasomes isolated from rat liver belong to the population of intermediate type proteasomes. Three subpopulations were separated by chromatography due to their differences in surface hydrophobicity. These subpopulations contain different types of intermediate type proteasomes with standard- and immunosubunits exhibiting distinct specific activities towards short fluorogenic substrates. However, depending on the substrate their hydrolyzing activity of long polypeptide substrates was significantly different. Additional separation of the three 20S proteasome subpopulations due to their different surface charges allowed further resolution of each subpopulation to at least five 20S proteasome subtypes. The subunit composition of these subtypes varied with regard to the content of exchangeable subunits. The pattern of proteolytic activities measured with short fluorogenic peptides differed between the various subtypes as well as the ability to hydrolyze polypeptide substrate. Above all, each subtype displayed a specific pattern regarding the peptide-splice-activity. Furthermore, the present work showed age-dependent alterations in the subtype patterns, which were analyzed in livers of 2, 8 and 23 month old rats. While the total amount of proteasome declines with age, in all subtypes from aged animals standard subunits were widely replaced by immunosubunits. This resulted in a relative increase of immunosubunit-containing proteasomes, paralleled by age-dependent changes regarding the hydrolyzing activity of long polypeptide substrates. Such modifications could have implications on protein homeostasis as well as on MHC class I antigen presentation as part of the immunosenescence process.

Polyelektrolytmikrokapseln (PEMC) stellen ein neuartiges System künstlicher Zellen dar. Durch Einbringen von z.B. Hämoglobin in solche PEMC können sie als  künstliche Erythrozyten den Gastransport im Organismus unterstützen bzw. übernehmen. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass jede Zelle des Säugtierorganismus zur Aufrechterhaltung ihrer Funktion Enzyme benötigt, die ihre Stoffwechselfunktionen katalysieren. Um sich der Lösung dieses Problems bei der Entwicklung eines künstlichen Erythrozyten schrittweise zu nähern, wurde als Modellenzym Trypsin ausgewählt. Es wurden Polyelektrolytmikrokapseln (PEMC) auf der Basis von Erythrozyten durch Selbstassemblierung von Polynatriumstyrensuphonat (PSS) und Polyallylamino-hydrochlorid (PAH) hergestellt ((PSS/PAH)2PSS), und anschliessend nach der Layer-by-Layer Methode (LbL) alternierend mit Trypsin und den Polyelektrolyten (PE) PSS, Alginat oder Dextransulphat weiterbeschichtet. Der Schichtenaufbau wurde durch Zellelektrophorese, konfokale Laserscanning-mikroskopie (CLSM), Durchflusszytometrie (FACS) und photometrische Proteinbestimmung charakterisiert und quantifiziert. Die Aktivität des an der PEMC-Membran immobilisierten Enzyms wurde untersucht und mit der Aktivität freien Trypsins verglichen. Weiterhin wurden pH-Profile von freiem Enzym mit denen des immobilisierten Trypsins verglichen. Der Schichtaufbau aus Trypsin und den unterschiedlichen Polyelektrolyten wurde anhand der Änderung der elektrophoretischen Mobilität beim Aufbringen jeder Schicht, sowie durch die Zunahme der photometrisch bestimmten Proteinmenge pro PEMC charakterisiert. Außerdem wurde Trypsin mit Fluoreszeinisothiozyanat (FITC) markiert und in den Beschichtungsserien die Zunahme der flowzytometrisch bestimmten Fluoreszenz-Intensität mit jeder aufgebrachten FITC-Trypsin Schicht beobachtet. Die Aktivität des an den PEMC immobilisierten Trypsins beträgt etwa 30% der Aktivität freien Trypsins gleicher Konzentration. Es konnte gezeigt werden, dass sich Trypsin im Rahmen eines Schichtaufbaus nach der LbL-Technologie in die Membran der verwendeten PEMC einbringen lässt. Dabei behält das Enzym einen Teil seiner Funktion. / Artificial cells are not only used to study the biological processes of living cells, they also serve as micro reactors to provide certain functions in the organism. Polyelectrolyte microcapsules (PEMC) represent a new approach to artificial cell studies. When filled with hemoglobin, PEMC are able to perform the erythrocyte gas exchange. This work shows the general possibility of integrating enzymes into the PEMC membrane. PEMC were composed using the layer-by-layer (l-b-l) technique. Glutaraldehyde stabilized human red blood cells (RBC) served as templates and were coated with five layers poly(styrene sulfonate) (PSS) and poly(allylaminehydrochloride) (PAH). After decomposition of the RBC by sodium hypochlorite, the PEMC were coated with ten layer pairs of trypsin and either PSS or alginate. The trypsin layer growth was followed performing measurements by cell electrophoresis, confocal laser scanning microscopy (CLSM), flow cytometry (FACS) and protein determination according to Lowry after each adsorption step. Results showed a continuous layer buildup for both polyelectrolytes and no desorption of trypsin. The amount of immobilized enzyme was larger for the coating series with trypsin/PSS compared to that with trypsin/alginat. This was concluded as a result of PSS/trypsin complex formation. Normalizing the enzym activity to the amount of adsorbed trypsin no significant differences between the activity of PSS-PEMC and alginate-PEMC were found. Further experiments prove that PSS inhibits the enzyme activity and alginat does not.

Heterocyclen mit einer a-Hydroxycarbonyl-Einheit wie 3-Hydroxy-[1,5]-benzothiazepin-4-one oder 3-Hydroxychroman-4-one sind von Interesse, da sie Bestandteil von Pharmazeutika (z. B. Diltiazem®) oder Naturstoffen (z.B. die Flavonoide) sind. Ringtransformationen von optisch aktiven Glycidaten mit Binucleophilen stellen eine nützliche Synthesemethode zur Darstellung solcher Produkte dar. In Abhängigkeit von der Position des Angriffes des Nucleophiles am Oxiranring (a- oder b-Angriff) werden zwei Produkttypen mit verschiedenen Ringgrößen gebildet. Der Ablauf der Reaktion hängt vom Binucleophil, von den Substituenten am Oxiran und von den Reaktionsbedingungen ab. 4-Hydroxypyrazolidin-3-one werden bei der Reaktion von Glycidaten mit Hydrazinen gebildet. Reaktionen mit 1-Amino-2-mercapto-Verbindungen geben ausschließlich [1,4]-Thiazin-3-one. Gelenkt durch die Substituenten am Oxiran reagieren Glycidate mit o-Phenylendiaminen entweder zu Tetrahydro-chinoxalin-2-onen oder zu 3-Hydroxy-[1,5]-benzodiazepin-2-onen. Bei der Bildung der Tetrahydro-chinoxalin-2-one aus unsymmetrisch substituierten o-Phenylendiaminen wird eine hohe Regioselektivität beobachtet. Epoxyamide, gebildet aus Glycidsäuren und o-Aminophenol, cyclisieren unter basischen Bedingungen zu 1,4-Benzoxazin-3-onen, während in Gegenwart einer Lewis-Säure 3-Hydroxy-[1,5]-oxazepin-4-one gebildet werden. Reaktionen von Oxiran-carbonsäureamiden mit o-lithiierten Phenolderivaten führen zu Epoxyketonen, die zu 2-Alkyliden-cumaranonen oder 3-Hydroxychroman-4-onen transformiert werden können. Ohne Inanspruchnahme der Carbonylgruppe sind [1,4]-Benzoxazine durch die Reaktion von Glycidaten mit o-Aminophenolen erhältlich. Alle Ringtransformationen verlaufen stereoselektiv, so daß enantiomerenreine Produkte erhalten werden. / Heterocycles with an a-hydroxycarbonyl moiety such as 3-hydroxy-[1,5]-benzothiazepin-4-ones or 3-hydroxychroman-4-ones are of interest because they are frequently encountered in pharmaceuticals (e.g. Diltiazem®) or natural products (e.g. flavonoids). Ring transformation of optically active oxirane carboxylic acid derivatives with ambident nucleophiles provide a useful synthetic method for such type of products. Depending on the position of attack on the oxirane ring by the nucleophile (a- or b-attack) two types of products with different ring sizes are formed. The mode of reaction depends on the type of binucleophile, the substituents at the oxirane, and the reaction conditions. 4-Hydroxypyrazolidin-3-ones are formed in the reaction of glycidates with hydrazines. Reaction of 1-amino-2-mercapto nucleophiles exclusively afforded [1,4]-thiazin-3-ones. Governed by the substituents at the oxirane on the reaction of glycidates with o-phenylendiamines result either in tetrahydroquinoxalin-2-ones or 3-hydroxy-[1,5]-benzodiazepin-2-ones. In the formation of tetrahydroquinoxalin-2-ones from asymmetrically substituted o-phenylendiamines, high stereoselectivity was observed. Epoxyamides, formed from glycidic acids and o-aminophenols, cyclize to [1,4]-benzoxazin-3-ones under basic conditions while 3-hydroxy-[1,5]-oxazepin-4-ones are formed in the presence of a Lewis acid. Reaction of oxirane carboxylic acid amides with o-lithiated phenol derivatives afforded epoxyketones that could be transformed to 2-alkyliden-coumaranones and 3-hydroxychroman-4-ones. Without the use of the carbonyl group [1,4]-benzoxazines are available in the reaction of glycidates with o-aminophenols. All ring transformations were highly stereoselective giving enantiomerically pure products.

This work reports on the successful formation of supported multicomponent lipid bilayer membranes (sLBMs) from natural occurring lipids as well as synthetic lipids on a set of polymer cushions consisting of alternating maleic acid copolymers. Maleic acid copolymers provide a versatile platform to adjust the physico-chemical behaviour by the choice of the comonomer unit. The formation of sLBMs was triggered by a transient reduction of the electrostatic repulsion between the polymer cushions and the lipid vesicles by lowering the solutions pH to 4. Upon formation the stability of sLBMs was not affected by subsequent variations of the environmental pH to 7.2. Even drastic changes in the environmental pH (between pH 2 and pH 9) did not lead to delamination and proved the stability of the polymer sLBM. The degree of hydrophilicity and swelling of the anionic polymer cushions was found to determine both the kinetics of the membrane formation and the mobility of the lipid bilayer with lipid diffusion coefficients in the range from 0.26 to 2.6 µm2 s-1. An increase in cushion hydrophilicity correlated with a strong increase in the diffusion coefficient of the lipids. This trend was found to correlate with the kinetics of bilayer formation in the process of vesicle spreading. The observations strongly support the important role of the support’s polarity for the fluidity of the sLBM, which is probably related to the presence of a water layer between support and bilayer. The investigated polymer cushions are considered to open new options for the in situ modulation of lipid bilayer membranes characteristics to match the requirements for the successful integration of functional transmembrane proteins (TMPs). As each cushion exhibits different physico-chemical properties, the resulting behaviour of the sLBMs and TMPs could be exactly adjusted to the specific requirements of biological samples. This is exemplarily shown by the integration of the TMP beta amyloid precursor protein cleaving enzyme (BACE). Integrated BACE was observed to be mobile on all polymer cushions. On the contrary, no lateral mobility of BACE was found in solid sLBM. Furthermore, the activity of integrated BACE was analysed by the cleavage of an amyloid precursor protein analogue. Remarkably, the polymer cushions did not only enhance the mobility but were also found to increase the activity of BACE by a factor of 1.5 to 2.5 in comparison to solid sLBM. From the obtained results it is obvious that even small cytoplasmic domains of transmembrane proteins might not be preserved upon the integration in silica sLBM. The observed beneficial effects of the utilised polymer cushions on the mobility and activity of transmembrane proteins motivate further studies to clarify the general applicability of the polymer platform. Altogether, this polymer platform provides valuable options to form sLBM with varying characteristics to reconstitute transmembrane proteins for a wide range of possible future applications in biology. / Die vorliegende Arbeit beschreibt die Bildung von polymer unterstützten Lipiddoppelschichten zur Integration von transmembranen Proteinen. Das Polymerkissensystem besteht aus alternierenden Maleinsäurecopolymeren. Lipiddoppelschichten wurden durch die Steuerung der elektrostatischen Repulsion erzeugt: die Verringerung des pH-Wertes auf 4 wurde eine Erhöhung der adsorbierten Vesikelmenge auf den Polymeroberflächen induziert. Nach der erfolgten Bildung der Lipiddoppelschichten kann der pH-Wert beliebig variiert werden, ohne dass die Stabilität der Lipiddoppelschichten beeinflusst wird. Auch drastische Veränderungen des pH-Milieus (pH 2 - pH 9) führten zu keinen Veränderungen in der Membranintegrität. Der Grad der Hydrophilie und der Quellung der anionischen Polymerschichten beeinflusst sowohl die Bildung der Modellmembranen als auch die Mobilität der integrierten Lipidmoleküle. Dabei reichen die erzielten Lipiddiffusionskoeffizienten von 0.26 bis 2.6 µm2 s-1. Dabei ist die Mobilität direkt von der Hydrophilie des Substrates abhängig. Die beobachteten Ergebnisse zeigen deutlich die entscheidende Rolle der Polarität der verwendeten Substratoberflächen auf die Lipidmobilität, die sehr wahrscheinlich mit der Präsenz einer variablen Wasserschicht zusammenhängt. Die untersuchten Polymerkissen eröffnen neue Möglichkeiten für die insitu Modulierung der Charakteristika von Lipidschichten, um funktionale transmembrane Proteine zu integrieren. Aufgrund der unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften kann das Verhalten der Lipidschichten und der transmembranen Proteine nach den spezifischen Anforderungen des Modellsystems angepasst werden. Die funktionale Integration wurde am Beispiel des transmembranen Proteins BACE nachempfunden. Die Mobilität des integrierten BACE wurde auf allen Polymerkissen beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde auf harten Substraten keine BACE Mobilität gefunden. Die Aktivität des integrierten BACE wurde durch die enzymatische Spaltung eines APP-Analogons nachgewiesen. Bemerkenswerteweise wurde ein Anstieg der BACE Aktivität auf den Polymerkissen um den Faktor 1,5 bis 2,5 im Vergleich zu den auf harten Substraten integrierten BACE beobachtet. Zusammenfassend, die verwendeten Polymerkissen bieten vielfältige Möglichkeiten Lipidschichten mit variierenden Eigenschaften für die Integration von transmembranen Proteinen zu erzeugen.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung des Wachstumsverhaltens von Mikroorganismen auf Alkanen am Beispiel des Bodenbakteriums Rhodococcus opacus 1CP. Unter Einsatz kalorimetrischer Methoden konnte das Wachstumsverhalten von 1CP auf Glucose und Alkanen mit sehr guter Reproduzierbarkeit aufgezeichnet werden. In Abhängigkeit der Substrateigenschaften wurden Änderungen der Wachstumskinetik registriert, welche auf die Aggregation der Zellkultur zurückgeführt werden konnten. Die kalorimetrischen Befunde zum Aggregationsverhalten wurden mittels Gaschromatographie und Partikelgrößenbestimmung bestätigt. Durch Biotensidquantifizierung in kalorimetrisch aufgezeichneten Kultivierungen von 1CP auf Alkanen konnte eine wachstumsassoziierte Biotensidbildung nachgewiesen werden. Elementaranalytische Untersuchungen ergaben eine Variation der Biomassezusammensetzung von 1CP in Abhängigkeit der C-Quelle. Unter Berücksichtigung von Biomasse- und Biotensidbildung wurden Summenreaktionen für die Wachstumsprozesse formuliert und durch Verifikation mit kalorimetrisch ermittelten Enthalpien des Substratumsatzes bestätigt.

Background: Physical activity questionnaires (PAQ) have been extensively used to determine physical activity (PA) levels. Most PAQ are derived from an energy expenditure-based perspective and assess activities with a certain intensity level. Activities with a moderate or vigorous intensity level are predominantly used to determine a person’s PA level in terms of quantity. Studies show that the time spent engaging in moderate and vigorous intensity PA does not appropriately reflect the actual PA behavior of older people because they perform more functional, everyday activities. Those functional activities are more likely to be considered low-intense and represent an important qualitative health-promoting activity. For the elderly, functional, light intensity activities are of special interest but are assessed differently in terms of quantity and quality. The aim was to analyze the content of PAQ for the elderly.

Influence of stress factors on tunneling nanotubes in cultivated human retinal pigment epithelial cells (ARPE-19). The eye as one of the most important sense organs of the human body is exposed to visible light radiation and other stress factors every day. Especially the retina (of the eye) is a sensible tissue for oxidative damage (Wu et al., 2006). The retinal pigment epithelium (RPE) is an important layer of the retina, which forms the outer layer and phagocytises the shed disc membranes of the photoreceptor outer segments. Furthermore, the RPE is involved in the maintenance of the visual cycle and regulates the retinal balance (Bok, 1993). To maintain those functions, a steady communication between the RPE-cells and the adjacent neighbour cells is necessary. Tunneling nanotubes (TNTs) build a newly discovered variety of cell communication and thus establish intercellular signal transduction and transport different cell components including pathogens (Rustom et al., 2004; Onfelt et al., 2006; Sherer und Mothes, 2008; Veranic et al., 2008). The formation of TNTs in the neuron-like pheochromocytoma cell line PC12 was first reported by Rustom et al in 2004. In the following years a growing number of cell types containing TNTs were described. For example a lot of TNT-reports were found between immune cells (Onfelt et al., 2004; Sowinski et al., 2008). Chinnery et al. first described TNTs in vivo in 2008. Here they found TNTs between dendritic cells in the cornea of the mouse. An important characteristic of TNTs is that they do not attach to the substratum. They contain F-actin as a characteristic feature of there structure (Rustom et al., 2004). Our study group detected the formation of TNTs between ARPE-19-cells, a human retinal pigment epithelial cell line. They contain F-actin, but no microtubules. Further it was observed an exchange of electrical signals, small molecules and even the transfer of organelles between cells via TNTs (see publication Wittig et al., 2012). It is often described in the literature, that TNTs are very sensitive against stress factors, like prolonged light excitation, mechanical and chemical stress, which then can result in rupture of the TNTs (Rustom et al., 2004; Koyanagi et al., 2005; Gurke et al., 2008a; Pontes et al., 2008; Sowinski et al., 2008; Domhan et al., 2011; Wang und Gerdes, 2012). Up to now it is widely unclear how pathological conditions influences TNTs. There are several studies, which report an induction but also an inhibition of TNT-formation by different factors. The reaction of cell-cell-interactions between RPE cells on stress factors is not jet analysed. So our motivation was, to analyse the influence of different stress factors on the number, the morphology and formation of TNTs. ARPE-19-cells were treated with blue light, with a wavelength of 470 and 405 nm, with 3000 μM glyoxal, with 200 μM H2O2, with medium without serum as well as with cytochalasin-D and latrunculin-B. With the help of differential interference contrast (DIC) microscopy the formed TNTs were counted and the morphology was evaluated. A 24 hours cultivation of untreated ARPE-19 cells resulted in 15 TNTs per 100 cells on average. After excitation of the ARPE-19-cells with blue light 470 and 405 nm the number of TNTs decreased 50 % and 28,5 % accordingly in comparison to untreated cells (100 %). Furthermore, the cell culture, which was treated with glyoxal and H2O2 resulted in a reduction of 17,5 % and 53 % TNTs in comparison to the untreated cell culture. Cells which were cultured with serum free medium had an decreased TNT-number of 56.8 % in comparison with serum containing medium. TNTs of untreated ARPE-19-cells have a diameter from 50 to 300 nm (Wittig et al., 2012). Every TNTs, which were formed under named stress factors had the same diameter like untreated cells. In this study an average TNT length of 23 +/- 16 μm was measured between cells without treatment. This correlated with the TNT-lengths of cells which excitated with blue light 405 and 470 nm with 26 +/- 13 μm and 24 +/- 14 μm. In contrast the TNT-lenghts of cells treated with glyoxal and H2O2 with 16 +/- 11 μm and 15 +/- 13 μm were less and from cells cultured without serum with 34 +/- 20 μm were above the average length of TNTs of untreated cells. TNTs of ARPE-19-cells without treatment and TNTs which were treated with stress factors contained F-actin but no microtubules. Depolymerisation of F-actin, induced by addition of cytochalasin-D or latrunculin-B, led to disappearance of TNTs. This is an evidence for the importance of F-actin as an essential component of TNTs between ARPE-19-cells. Under the influence of blue light excitation the TNTs formed as good as untreated cells after contact of migrating cells. Reason for the reduced TNT-formation under stress factors could be explained by the generation of oxidative stress due to reactive oxygen species (ROS). ROS induced under blue light- or glyoxal-treatment as well as H2O2 could influence cell function by inactivation of cell-mediated proteins or induction of F-actin oxidation with subsequent destruction of the actin-network and inhibition of the actin-polymerisation (Chen, 1993; Ballinger et al., 1999; Thornalley et al., 1999; Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Nilsson et al., 2003; Shangari und O'Brien, 2004; Zhu et al., 2005; Knels et al. 2008; Roehlecke et al., 2009). The reduced actin-polymerisation as well as the disruption of the TNTs due to changes at the actin-cytoskeleton and at the membranes could explain the reduced TNT-formation (Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Reber et al., 2002; Zhu et al., 2005; Knels et al., 2008). The inhibition of the cell growth under oxidative stress conditions and under nutritional deficiency by serum free medium could lead to a reduced TNT-formation too. In this study we found a reduction of TNT-number between ARPE-19-cells under different stress conditions. It is possible, that TNTs are formed between RPE- and photoreceptor-cells in vivo, where they can exchange useful or recyclable materials between cells (Wang et al., 2011; Wittig et al., 2012). Disruption of TNTs by reactive oxygen species could cause a decreased exchange of informations. It is possible, that the cells, RPE- as well as photoreceptor-cells, die due to a deficiency of nutrients. This could be another reason in the formation of age related macular degeneration, which shows a destruction of RPE-cells and secondary of the photoreceptorcells. / Das Auge ist als eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen täglich sichtbarer Lichtstrahlung und weiteren Stressfaktoren ausgesetzt. Die Netzhaut des Auges ist besonders empfindlich für oxidative Schäden (Wu et al., 2006). Eine bedeutende Schicht der Netzhaut im Auge stellt das retinale Pigmentepithel (RPE) dar, welches die äußere Schicht der Retina bildet und täglich die abgeworfenen Photorezeptoraußensegmentscheiben phagozytiert. Zudem ist das RPE wesentlich am visuellen Prozess sowie der Aufrechterhaltung des retinalen Gleichgewichts beteiligt (Bok, 1993). Um diese Funktionen zu gewährleisten, ist eine ständige Kommunikation zwischen den RPEZellen sowie zu angrenzenden Nachbarzellen innerhalb der Netzhaut notwendig. So ist über Tunneling Nanotubes (TNTs), als neu entdeckte Kommunikationsform, ein interzellulärer Transport von Signalen und verschiedensten Zellkomponenten, aber auch von Pathogenen, möglich (Rustom et al., 2004; Onfelt et al., 2006; Sherer und Mothes, 2008; Veranic et al., 2008). Erstmals 2004 beschrieben Rustom et al. die Bildung von TNTs zwischen Rattennierenzellen in vitro. In den folgenden Jahren kam es zu einer Vielzahl weiterer TNT-Entdeckungen zwischen verschiedensten Zellen in vitro. So findet man zum Beispiel vermehrt TNTBeschreibungen zwischen Immunzellen (Onfelt et al., 2004; Sowinski et al., 2008). Ein erster Nachweis an TNTs in vivo erfolgte 2008 durch die Arbeitsgruppe Chinnery et al.. Hierbei fand man TNTs zwischen dendritischen Zellen in der Mauscornea. Ein wichtiges Merkmal von TNTs ist, dass sie sich als frei im Medium schwebende interzelluläre Verbindungen darstellen, ohne Kontakt zum Substrat zu haben. TNTs sind im Wesentlichen als stabilisierendes Hauptstrukturmerkmal aus Aktin aufgebaut (Rustom et al., 2004). In unserer Arbeitsgruppe wurde die Bildung von TNTs zwischen ARPE-19-Zellen, einer humanen Pigmentepithelzelllinie, entdeckt. Neben dem strukturellen Aufbau aus Aktin, konnte ein Austausch von elektrischen Signalen sowie molekularen Stoffen und der Transport von Organellen (Mitochondrien) durch TNTs zwischen ARPE-19-Zellen nachgewiesen werden (siehe Publikation Wittig et al., 2012). Wie schon mehrfach in der Literatur beschrieben, reagieren TNTs sehr sensibel auf Stressfaktoren, so zum Beispiel auf längere Lichtreizung, mechanischen und chemischen Stress, was jeweils zur Ruptur der Strukturen führen kann (Rustom et al., 2004; Koyanagi et al., 2005; Gurke et al., 2008; Pontes et al., 2008; Sowinski et al., 2008; Domhan et al., 2011; Wang und Gerdes, 2012). Weitgehend unklar ist bisher der Einfluss von pathologischen Bedingungen auf die TNTs. Es gibt mehrere Studien, in denen durch verschiedenste Faktoren über eine Induktion, aber auch über eine Hemmung der TNT-Bildung berichtet wurde. Die Reaktion von Zell-Zell-Interaktionen zwischen RPE-Zellen auf Stressfaktoren wurde bisher in wissenschaftlichen Arbeiten nicht untersucht. Dies nahmen wir zum Anlass, den Einfluss von unterschiedlichen Stressfaktoren auf die Anzahl von TNTs, ihre Morphologie und Bildung zu untersuchen. Es erfolgte eine Behandlung der ARPE-19-Zellen mit Blaulicht in den Wellenlängen 405 und 470 nm, mit 3000 μM Glyoxal, mit 200 μM H2O2, mit serumfreiem Medium sowie mit Cytochalasin D und Latrunculin B. Die gebildeten TNTs wurden anschließend mit Hilfe der Lichtmikroskopie ausgezählt sowie deren Morphologie beurteilt. So bildeten unbehandelte ARPE-19-Zellen nach 24 Stunden Kultivierung im Durchschnitt 15 TNTs pro 100 Zellen aus. Nach 24stündiger Bestrahlung der ARPE-19-Zellen mit Blaulicht 470 nm und 405 nm fiel die TNT-Anzahl auf 50 % und 28,5 % im Vergleich zu unbehandelten Zellen (100 %). Weiterhin fanden sich in den Glyoxal- und H2O2-behandelten Kulturschalen 17,5 % und 53 % TNTs verglichen mit der unbehandelten Zellkultur. In der serumfreien Kulturschale verringerten sich die TNTs 24 Stunden nach Ausplattierung der Zellen auf 56,8 % im Vergleich zu in Medium mit Serum kultivierten Zellen. TNTs unbehandelter ARPE-19-Zellen besitzen einen Durchmesser von 50 bis 300 nm (Wittig et al., 2012). Alle unter oben genannten Stressfaktoren gebildeten TNTs befanden sich in Hinblick auf ihren Durchmesser im Bereich der TNTs unbehandelter Zellen. Bei TNTs unbehandelter Zellen wurde in dieser Arbeit eine durchschnittliche Länge von 23 +/- 16 μm gemessen. Dies entsprach dem TNT-Längendurchschnitt von mit Blaulicht 405 nm und 470 nm bestrahlter ARPE-19-Zellen mit 26 +/- 13 μm und mit 24 +/- 14 μm. Unter Glyoxal und H2O2 gebildete TNTs lagen im Gegensatz dazu mit 16 +/- 11 μm und 15 +/- 13 μm unterhalb und unter serumfreier Kultivierung mit 34 +/- 20 μm über dem TNTLängendurchschnitt unbehandelter Zellen. Alle TNTs, sowohl unbehandelter als auch mit Stressfaktoren behandelter ARPE-19-Zellen, sind aus Aktin aufgebaut. Jedoch ließ sich kein Tubulin nachweisen. Nach Zugabe von Aktinpolymerisationshemmern waren keine TNTs nachweisbar, was beweist, dass F-Aktin essentieller Bestandteil von TNTs zwischen ARPE-19-Zellen ist. Unter dem Einfluss von Blaulicht 470 und 405 nm bildeten sich die TNTs, wie auch bei unbehandelten Zellen, durch ein Zusammentreffen der Zellen mit anschließendem Auseinandergleiten. Die Ursache für die verminderte Bildung an TNTs unter verschiedenen Stressfaktoren könnte in der Entstehung von oxidativem Stress durch die Ausbildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) begründet sein. So können zum Beispiel die unter Blaulicht- und Glyoxalexposition entstehenden ROS sowie H2O2, als eine Hauptform der ROS, die Zellfunktion durch Inaktivierung zellulärer Proteine beeinflussen sowie eine direkte Oxidation an Aktin hervorrufen mit folglicher Aktinnetzwerkzerstörung und Hemmung der Aktinpolymerisation (Chen, 1993; Ballinger et al., 1999; Thornalley et al., 1999; Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Nilsson et al., 2003; Shangari und O'Brien, 2004; Zhu et al., 2005; Knels, Worm et al. 2008; Roehlecke et al., 2009). Die verminderte Aktinpolymerisation, aber auch die Zerreißungen der TNTs durch Veränderungen am Aktinzytoskelett sowie an den Membranen könnten zu einer verringerten TNT-Bildung führen (Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Reber et al., 2002; Zhu et al., 2005; Knels et al., 2008). Auch eine Hemmung des Zellwachstums unter oxidativen Stressbedingungen sowie unter Nährstoffmangel durch Serumentzug könnte mit einer verminderten TNT-Bildung einhergehen. Wir haben in unserer Untersuchung gezeigt, dass es durch verschiedene Stresseinflüsse zu einer Reduktion der TNTs zwischen ARPE-19-Zellen kommt. Es ist denkbar, dass solche TNTs in vivo zwischen RPE- und Photorezeptorzellen ausgebildet werden, wo sie nützliches oder recycelbares Material zwischen Zellen austauschen (Wang et al., 2011; Wittig et al., 2012). Bei Zerstörung der TNTs durch zum Beispiel oxidative Faktoren könnte es zu einer Verringerung des Informationsaustausches kommen. Es ist möglich, dass durch die Minderversorgung die Zellen absterben, sowohl RPE- als auch Photorezeptorzellen. Dies könnte ein weiterer möglicher Ursachenansatz in der Entstehung der altersabhängigen Makuladegeneration sein, welche als Erkrankungserscheinung den Untergang der RPEZellen und damit sekundär der Photorezeptorzellen aufweist.