Giessen, Universiẗat, Diss., 2003.

Meckel-Gruber syndrome (MKS) is a recessive genetic disease that is uniformly lethal in affected children due to resultant developmental defects in the kidney and brain. 13 MKS genes have been identified, and further candidate genes have been linked to this disease, all encoding unrelated proteins. Their role is believed to be in generation and compartmentalisation of the primary cilium, a microtubule-based organelle that functions in signal transduction of developmentally-crucial pathways. However, recent evidence indicates that these proteins are also likely involved in regulation of the actin cytoskeleton. Furthermore, research is beginning to uncover roles of other ciliopathy proteins in regulation of additional subcellular structures, such as the microtubule cytoskeleton, focal adhesions and the Golgi. To begin to understand the roles of the MKS proteins beyond the cilium, I examined a number of cellular features of patient fibroblasts carrying mutations in TMEM216 (MKS2) and TMEM67 (MKS3). In this thesis, I describe the temporal appearance and nature of prominent actin bundles observed in these cells, and analyse the dependency of these on the Rho/ROCK signalling pathway. Furthermore, I identify novel alterations to the microtubule cytoskeleton and organisation of the Golgi complex in MKS patient cells, and subsequently establish a temporal order of these phenotypes, demonstrating microtubule defects as the first to occur in these cells. Finally, I connect these phenotypic defects to Rho/ROCK signalling. In contrast to the prevailing view in the ciliopathy field, I believe that a diffusion barrier at the transition zone is not the primary role of MKS proteins. Instead I propose, supported by these data, that MKS protein complexes play a dual role as effectors of Rho signalling in addition to performing a structural role with particular importance in tethering the cytoskeleton to membranes. I therefore conclude that these, and other ciliopathy protein complexes, may act as important signal transduction and structural components at multiple locations throughout the cell.

Thesis (doctoral)--Justus Liebig-Universität Giessen, 2000.

Bei CAD-Systemen mit integriertem MKS ist der Schritt zur Simulation von Kurvenschrittgetrieben vermeintlich kurz, da alle zugehörigen Bauteile inkl. der Massen und Trägheiten vorhanden sind, jedoch müssen Bewegungsprofile meist mit einer zusätzlichen Software gestaltet werden. Außerdem sind oft Änderungen an den Geometrien für ein lauffähiges Simulationsmodell notwendig und dynamische Aspekte können nur begrenzt abgebildet werden. Der Einsatz von Spezialsoftware wie MOCAD liefert schnell Ergebnisse und ermöglicht einfache Parametervariationen, wobei meist nur kinetostatische Analysekennwerte auf Grundlage analytischer Berechnungsvorschriften betrachtet werden. Dynamische Effekte und genaue Kontaktanalysen in den Kurvengelenken übersteigen meist den Funktionsumfang solcher Programme. Der Aufbau eigener Simulationsmodelle mit Hilfe von CAS-Systemen ermöglicht exakte Simulationsmodelle bei sehr hohem Programmier- und Debugg-Aufwand. Der hohe Komplexitätsgrad macht diese Tools nur für Spezialisten anwendbar.

Die Anlage DRESDYN dient in erster Linie der Erforschung des planetaren Dynamo-Effektes. Für die Untersuchungen wird ein zylindrischer Behälter mit 2 Meter Innendurchmesser und 2 Meter Länge vollständig mit flüssigem Natrium gefüllt. Zur Erzielung des Dynamoeffektes vollführt der Behälter eine Rotation bis zu 10 Hz und eine Präzession bis zu 1 Hz, wobei der Winkel zwischen den jeweiligen Achsen zwischen 45 und 90° liegt. Während der Versuche entsteht im Behälter ein komplexes dynamisches Druckfeld, sowie Temperaturgradienten, was zu komplexen überlagerten Spannungszuständen führt. Desweiteren entstehen während der Rotation des Behälters und der massiven Rahmenkonstruktionen große Massenkräfte, welche z.B. in Form vom gyroskopischen Moment beschrieben werden können. Die Strukturzuverlässigkeit der Anlage muss gewährleistet sein, was vielerlei Nachweise nach sich zieht. Es wird erläutert wie die Knotenlasten mittels MKS (MBSim) berechnet wurden und wie mittels FEM (ANSYS) an linearen und nichtlinearen Modellen verschiedene Analysen durchgeführt wurden. Zusätzlich wird eine Möglichkeit der Anwendung der FKM-Richtlinie auf die Ergebnisse von ANSYS mit Hilfe von MathCad Prime kurz erklärt, wobei durch die Rückführung die Auslastungsgrade direkt im ANSYS Modell angezeigt werden können. Zusätzlich werden Untersuchungen und Modellabgleiche (Nichtlinearitäten z.B. reibungsbehaftete Kontakte) an einem skalierten Prototyp der Verriegelungseinrichtung geplant, was ebenfalls vorgestellt wird. Der Vortrag soll einen Aufschluss über die für die Entwicklung der Anlage angewendeten Methoden geben, sowie einige interessante mittels MKS und FEM gelöste Aufgaben vorstellen.

Bei CAD-Systemen mit integriertem MKS ist der Schritt zur Simulation von Kurvenschrittgetrieben vermeintlich kurz, da alle zugehörigen Bauteile inkl. der Massen und Trägheiten vorhanden sind, jedoch müssen Bewegungsprofile meist mit einer zusätzlichen Software gestaltet werden. Außerdem sind oft Änderungen an den Geometrien für ein lauffähiges Simulationsmodell notwendig und dynamische Aspekte können nur begrenzt abgebildet werden. Der Einsatz von Spezialsoftware wie MOCAD liefert schnell Ergebnisse und ermöglicht einfache Parametervariationen, wobei meist nur kinetostatische Analysekennwerte auf Grundlage analytischer Berechnungsvorschriften betrachtet werden. Dynamische Effekte und genaue Kontaktanalysen in den Kurvengelenken übersteigen meist den Funktionsumfang solcher Programme. Der Aufbau eigener Simulationsmodelle mit Hilfe von CAS-Systemen ermöglicht exakte Simulationsmodelle bei sehr hohem Programmier- und Debugg-Aufwand. Der hohe Komplexitätsgrad macht diese Tools nur für Spezialisten anwendbar.

Die Anlage DRESDYN dient in erster Linie der Erforschung des planetaren Dynamo-Effektes. Für die Untersuchungen wird ein zylindrischer Behälter mit 2 Meter Innendurchmesser und 2 Meter Länge vollständig mit flüssigem Natrium gefüllt. Zur Erzielung des Dynamoeffektes vollführt der Behälter eine Rotation bis zu 10 Hz und eine Präzession bis zu 1 Hz, wobei der Winkel zwischen den jeweiligen Achsen zwischen 45 und 90° liegt. Während der Versuche entsteht im Behälter ein komplexes dynamisches Druckfeld, sowie Temperaturgradienten, was zu komplexen überlagerten Spannungszuständen führt. Desweiteren entstehen während der Rotation des Behälters und der massiven Rahmenkonstruktionen große Massenkräfte, welche z.B. in Form vom gyroskopischen Moment beschrieben werden können. Die Strukturzuverlässigkeit der Anlage muss gewährleistet sein, was vielerlei Nachweise nach sich zieht. Es wird erläutert wie die Knotenlasten mittels MKS (MBSim) berechnet wurden und wie mittels FEM (ANSYS) an linearen und nichtlinearen Modellen verschiedene Analysen durchgeführt wurden. Zusätzlich wird eine Möglichkeit der Anwendung der FKM-Richtlinie auf die Ergebnisse von ANSYS mit Hilfe von MathCad Prime kurz erklärt, wobei durch die Rückführung die Auslastungsgrade direkt im ANSYS Modell angezeigt werden können. Zusätzlich werden Untersuchungen und Modellabgleiche (Nichtlinearitäten z.B. reibungsbehaftete Kontakte) an einem skalierten Prototyp der Verriegelungseinrichtung geplant, was ebenfalls vorgestellt wird. Der Vortrag soll einen Aufschluss über die für die Entwicklung der Anlage angewendeten Methoden geben, sowie einige interessante mittels MKS und FEM gelöste Aufgaben vorstellen.

Eine Absicherung der Maschinendynamik im gesamten Arbeitsraum unter Berücksichtigung des Einflusses der Maschinensteuerung kann nur durch eine mechatronische Analyse der Werkzeugmaschine auf Gesamtsystemebene erfolgen. Derart komplexe Berechnungen erfordern allerdings die Simulation von großen Verfahrbewegungen (MKS) unter Berücksichtigung der Strukturelastizitäten (FEM) sowie der Steuerung (Controls) und sind somit vor allem multi–disziplinären Virtual Prototyping Tools vorbehalten. Die erfolgreiche multi-disziplinäre WZM–Berechnung stellt außerordentlich hohe Anforderungen an die Modellbildungsgüte der einzelnen Maschinenkomponenten inklusive der Validierung des jeweils gewählten Modellierungsansatzes bzw. Detailierungsgrades. Dieses gilt insbesondere für funktionelle Komponenten wie Linearantriebe, Kugelgewindetriebe usw., da diese nicht ohne Weiteres aus einem CAD–Baugruppenmodell abgeleitet und in das Berechnungsmodell übernommen werden können. Das zur Modellierung und Simulation notwendige Expertenwissen ist in einer vordefinierten, parametrischen Komponentenbibliothek – ähnlich einem Baukastenprinzip – implementiert.

Die Herstellung bogenverzahnter Bauteile für Antriebswellen ist durch einen hohen fertigungstechnischen Aufwand gekennzeichnet. Dieser erhöht sich mit zunehmender Komplexität der Verzahnungsgeometrie. Mit dem Beginn der Fertigung von Hochleistungsspindeln, stellt sich die Frage nach einer Alternative zur 5-Achsfräser Bearbeitung. Der folgende Mathcad-Creo-Mechanismen Vortrag umfasst das herkömmliche Erstellen von Bogenverzahnungen und die Weiterentwicklung 5-Achsschleifen mittels Bahndatenberechnung, der Vermessung der Bauteile und gegebenenfalls Korrektur der Bearbeitung.

Meckel-Gruber syndrome (MKS) is a universally lethal heritable human disease characterised by CNS malformations, cystic kidney, polydactyly, and liver fibrosis. MKS is classed as one of the ciliopathies due to its association with dysfunctional primary cilia, signalling organelles found on most cells in the human body. Some of the symptoms of MKS can be explained as a consequence of disrupted developmental signalling through the primary cilium, other defects are harder to explain, and evidence now exists for non-ciliary influences on ciliopathies. The nature of these influences, and the implications they may have for our understanding of ciliary function and the aetiology of MKS, remain unclear. In this thesis, defects in cell-extracellular matrix (ECM) interaction in MKS are investigated to determine whether MKS proteins have a role in this process, and if so, whether this role may be involved in MKS pathology. A combination of transcriptomic, proteomic, and cell imaging approaches are used to demonstrate that MKS patient cells produce a defective extracellular matrix, and that the MKS protein TMEM67 is present at the cell surface at sites of cell-ECM interaction. It is shown that the full-length TMEM67 protein is required for correct ECM morphology, and it is further shown that the abnormal extracellular matrix morphology in MKS cells underlies other defects, including failure to build cilia and alterations to the actin cytoskeleton. This represents the first set of causal relationships identified between the cellular defects in this complex disease. It is further shown that treatment with developmental signalling pathway antagonists can rescue these defects, potentially revealing a new avenue of therapeutic intervention for MKS. Finally, possible upstream defects are investigated that might underlie the ECM defect, including alterations to cell spreading behaviour and cell deformation resistance.