Series: SRE - Discussion Papers

Blood platelets are produced by bone marrow megakaryocytes (MKs). To produce platelets, mature MKs adjacent to sinusoidal blood vessels need to polarize and extend proplatelets into the vessel lumen, where platelet-like fragments are released. However, the comprehensive understanding regarding the molecular mechanisms underlying MK differentiation, maturation and polarization is still very limited, partly attributable to the lack of appropriate research tools. Optogenetics is a method used for spatiotemporal manipulation of cellular activity or animal behavior, which involves expressing light-sensitive proteins into cells of interest and activating them with light. In this thesis, optogenetics was established in MKs for the first time to investigate the spatiotemporal role of Ca2+ as well as phosphodiesterases (PDE) within bone marrow-derived MKs. In the first part of the work, a novel, photo-activatable, high-calcium permeable cation channel channelrhodopsin, ChR2 XXM2.0, was utilized to investigate the spatiotemporal role of Ca2+ in MK function. After transduction, ChR2 XXM2.0 expression was observed in the demarcation membrane system and the plasma membrane of MKs. Its functionality was validated by whole-cell patch-clamp and Ca2+ imaging. Localized illumination of the peripheral region of ChR2 XXM2.0 expressing MKs triggered MK polarized movement, which was dependent on local calcium influx, integrin αIIbβ3-fibrinogen binding, Cdc42, and myosin IIA activity. This finding hints at a previously unknown mechanism underlying MK polarization at sinusoidal blood vessels. In addition, the successful application of ChR2 XXM2.0 in MKs makes ChR2 XXM2.0 a promising optogenetic tool to manipulate subcellular calcium dynamics not only in MKs but also in other cell types. In the second part of the work, bone marrow-derived MKs were transduced with either the photo-activated guanylyl cyclase, known as Blastocladiella emersonii Cyclase opsin (BeCyclOp), or the bacterial photoactivated adenylyl cyclase (bPAC) to enable precise light-modulation of cGMP or cAMP levels, respectively. After 5 min illumination, BeCyclOp-MKs showed a significantly increased cGMP concentration, but it decreased quickly to the basal line within 3 min after illumination. By using phosphodiesterase (PDE) 5 inhibitors, cGMP level was further increased within 5 min illumination and the decrease was inhibited within 3 min after illumination. These data strongly suggests that PDE5 is the major cGMP hydrolyzing PDE in MKs. Similarly, bPAC-MKs exhibited a notable rise in cAMP concentration after illumination, which was partially dependent on PDE3 activity. Interestingly, PDE5 inhibitors partially prevented rapid cAMP hydrolysis after illumination of bPAC expressing MKs. The treatment of MKs with riociguat not only increased cGMP level, but also significantly elevated the cAMP level, pointing to a cAMP and cGMP crosstalk signaling in MKs. This thesis demonstrates the successful temporal manipulation of cAMP and cGMP levels in bone marrow-derived MKs by optogenetic tools, opening a new avenue for investigating the spatiotemporal functions of cAMP and cGMP in MK biology, platelet biogenesis, and platelet function. / Thrombozyten werden von Knochenmark-Megakaryozyten (MKs) produziert. Um Thrombozyten zu erzeugen, müssen reife MKs, die sich neben den sinusoidalen Blutgefäßen befinden, polarisieren und Proplättchen in das Gefäßlumen ausbilden, wo Thrombozyten-ähnliche Fragmente freigesetzt werden. Das umfassende Verständnis der molekularen Mechanismen, die der MK-Differenzierung, Reifung und Polarisierung zugrunde liegen, ist jedoch immer noch sehr begrenzt, teilweise aufgrund des Fehlens geeigneter Forschungswerkzeuge. Optogenetik ist eine Methode zur räumlich-zeitlichen Manipulation der zellulären Aktivität oder des Verhaltens von Tieren, die darin besteht lichtempfindliche Proteine in Zellen einzubringen und sie mit Licht zu aktivieren. In dieser Arbeit wurde erstmals Optogenetik in MKs etabliert, um die räumlich-zeitliche Rolle von Ca2+ sowie von Phosphodiesterasen (PDE) in MKs zu untersuchen. Im ersten Teil der Arbeit wurde ein neuartiger Kationenkanal namens Channelrhodopsin ChR2 XXM2.0 verwendet, der durch Licht aktiviert wird und eine hohe Durchlässigkeit für Ca2+ Ionen aufweist, um die räumlich-zeitliche Rolle von Ca2+ in der MK-Funktion zu untersuchen. Nach der Transduktion wurde die Expression von ChR2 XXM2.0 in dem Demarkationsmembransystem und der Plasmamembran von MKs beobachtet. Die Funktionalität wurde mittels whole-cell patch-clamp und Ca2+ -Bildgebung validiert. Die gezielte Beleuchtung des peripheren Bereichs von ChR2 XXM2.0-expressierenden MKs löste eine polarisierte Bewegung der MKs aus, die von einem lokalen Kalziumeinstrom, der Bindung von Integrin αIIbβ3 an Fibrinogen, und der Cdc42 sowie der Myosin-IIA Aktivität abhängig war. Dieser Befund deutet auf einen bisher unbekannten Mechanismus hin, der der Polarisierung von MKs an den sinusoidalen Blutgefäßen zugrunde liegt. Darüber hinaus macht die erfolgreiche Anwendung von ChR2 XXM2.0 in MKs es zu einem vielversprechenden optogenetischen Werkzeug, um die subzelluläre Dynamik von Ca2+ nicht nur in MKs, sondern auch in anderen Zelltypen zu manipulieren. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Knochenmark-kultivierte MKs mit entweder einer photoaktivierbaren Guanylylcyclase, bekannt als Blastocladiella emersonii Cyclase Opsin (BeCyclOp), oder einer photoaktivierbaren Adenylylcyclase (bPAC) transduziert, um eine präzise Lichtmodulation der cGMP- oder cAMP-Spiegel zu ermöglichen. Nach einer 5- minütigen Beleuchtung zeigten BeCyclOp-MKs eine signifikant erhöhte cGMP Konzentration, die jedoch innerhalb von 3 Minuten nach der Beleuchtung schnell auf den Basalwert abfiel. Durch die Verwendung von PDE5 Inhibitoren wurde der cGMP-Spiegel innerhalb von 5 Minuten nach der Beleuchtung weiter erhöht und der Abfall innerhalb von 3 Minuten nach der Beleuchtung gehemmt. Diese Daten legen nahe, dass PDE5 die cGMP-hydrolysierende PDE in MKs ist. Ähnlich zeigten bPAC-MKs nach der Beleuchtung einen bemerkenswerten Anstieg der cAMP-Konzentration, der teilweise von der PDE3- Aktivität abhängig war. Interessanterweise, verhinderten PDE5 Inhibitoren teilweise den schnellen Abbau von cAMP nach Beleuchtung von bPAC exprimierenden MKs. Die Behandlung von Riociguat in MKs führte nicht nur zu einem Anstieg des cGMP-Spiegels, sondern auch zu einer signifikanten Erhöhung des cAMP-Spiegels, was auf eine Wechselwirkung zwischen cAMP und cGMP in MKs hindeutet. Diese Arbeit zeigt die erfolgreiche zeitliche Manipulation von cAMP und cGMP in MKs mithilfe von optogenetischen Werkzeugen und eröffnet einen neuen Weg zur Untersuchung der räumlich-zeitlichen Funktionen von cAMP und cGMP in der MK-Biologie, der Thrombozytenbiogenese und der Thrombozytenfunktion.

Seit den 70er Jahren erscheint die Welteinkommensverteilung zwischen den Nationen polarisiert in arm und reich. Dieses Phänomen kann theoretisch mithilfe des Solow Wachstumsmodells erklärt werden. Der Nachweis wurde auf drei Arten geführt. Als erstes wurde graphisch gezeigt, dass Änderungen der Annahmen bezüglich der Sparquote, des Bevölkerungswachstums sowie der Sparquote des Humankapital im erweiterten Solow Wachstumsmodell zu Bipolarität führen können. Die zweite Vorgehensweise war analytisch: eine endogene Sparquote wurde in das Solow Wachstumsmodell eingefügt, für welches dann die Gleichgewichte bestimmt wurden. Es konnte gezeigt werden, dass es zur Polarisierung kommt. Schließlich wurde ein empirisch determiniertes Solow Wachstumsmodell formuliert. Die Sparquote sowie die Bevölkerungswachstumsrate wurden mithilfe von Regressionen geschätzt und in das Modell integriert. Hieraus wurden anschließend die Gleichgewichte bestimmt.

Seit den 70er Jahren erscheint die Welteinkommensverteilung zwischen den Nationen polarisiert in arm und reich. Dieses Phänomen kann theoretisch mithilfe des Solow Wachstumsmodells erklärt werden. Der Nachweis wurde auf drei Arten geführt. Als erstes wurde graphisch gezeigt, dass Änderungen der Annahmen bezüglich der Sparquote, des Bevölkerungswachstums sowie der Sparquote des Humankapital im erweiterten Solow Wachstumsmodell zu Bipolarität führen können. Die zweite Vorgehensweise war analytisch: eine endogene Sparquote wurde in das Solow Wachstumsmodell eingefügt, für welches dann die Gleichgewichte bestimmt wurden. Es konnte gezeigt werden, dass es zur Polarisierung kommt. Schließlich wurde ein empirisch determiniertes Solow Wachstumsmodell formuliert. Die Sparquote sowie die Bevölkerungswachstumsrate wurden mithilfe von Regressionen geschätzt und in das Modell integriert. Hieraus wurden anschließend die Gleichgewichte bestimmt.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004

Die Polarisierung von Makrophagen resultiert in einer Vielzahl von Subtypen, z.B. M1 oder M2. In dieser Studie lege ich die Makrophagen-Polarisierung im allergischen Asthma mit Fokus auf microRNA (miRNA) dar. Nach Etablierung von Subtyp–charakteristischen mRNA und miRNA Expressionsprofilen in vitro polarisierter, humaner blutstämmiger Makrophagen wurden diese Profile genutzt, um den Polarisierungsstatus isolierter Lungenmakrophagen in einem Mausmodell des Asthmas zu ermitteln. Es wurden humane blutstämmige Makrophagen in vitro durch IFNg/LPS (M1) bzw. IL4/IL13 (M2) polarisiert. M1-assoziierte Gene waren TNFa, IL6 und IL1b, während in M2 Makrophagen eine Induktion von CD209 und PPARg beobachtet wurde. Herauf-regulierte miRNAs waren z.B. hsa-miR-187-3p, hsa-miR-155-5p und hsa-miR-146a-5p (M1) bzw. hsa-miR-193b-3p und hsa-miR-511-5p (M2). Eine in silico Vorhersage von mRNA/miRNA Interaktionspartnern wurde in einem Luciferase Reportermodell überprüft, das u.a. hsa-miR-187-3p als Regulator von SH2B2 und hsa-miR-187-3p sowie hsa-miR-155-5p als kooperative Regulatoren von LAMP2 bestätigte. Unter physiologischen Bedingungen regulierte hsa-miR-187-3p die SH2B2 mRNA herunter, aber es lag kein Einfluß von hsa-miR-187-3p oder hsa-miR-155-5p auf LAMP2 mRNA oder Protein vor. Weiterhin wurden die miRNA Profile von murinen Makrophagen erhoben, die aus der bronchoalveolären Lavage und aus Lungengewebe gewonnen wurden. Diese Profile wurden in einer vergleichenden Analyse von gesunden Mäusen und Mäusen mit akuter Ovalbumin-induzierter eosinophiler Atemwegsentzündung eingesetzt. In Reaktion auf Ovalbumin regulierte miRNAs waren z.B. mmu-miR-21a-5p und mmu-miR-155-5p (heraufreguliert), sowie mmu-miR-126-3p und mmu-miR-146a-5p (herunterreguliert). Sowohl M1 als auch M2 assoziierte Muster zeigten sich vor allem in der reziproken Regulation von mmu-miR-155-5p (heraufreguliert) und mmu-miR-146a-5p (herunterreguliert). / Macrophage polarization gives rise to a plethora of macrophage subtypes, e.g. M1 or M2. In this thesis, I aim to point out some features of macrophage polarization in allergic asthma with a focus on microRNA (miRNA). The chosen approach started with the establishment of subtype-characteristic mRNA and miRNA profiles of in vitro polarized human macrophages. In a second step, the miRNA patterns were used to interpret the polarization status of isolated lung macrophages from a murine model of asthma. In vitro polarization of human blood-derived macrophages was performed by IFNgLPS (M1) and IL4/IL13 (M2), and global mRNA and miRNA profiling ensued. M1-induced genes included TNFa, IL6 and IL1b, whereas in M2 macrophages, CD209 and PPARg were induced. M1-associated miRNAs were hsa-miR-187-3p, hsa-miR-155-5p and hsa-miR-146a-5p, while hsa-miR-193b-3p and hsa-miR-511-5p were induced in M2 macrophages. In silico prediction of mRNA/miRNA interaction partners was experimentally validated in a luciferase-based reporter assay that confirmed hsa-miR-187-3p as a regulator of SH2B2 and the pair of hsa-miR-187-3p and hsa-miR-155-5p as cooperative regulators of LAMP2. Under physiologic conditions, hsa-miR-187-3p was able to down-regulate SH2B2 transcript, but there was no impact of either hsa-miR-187-3p or hsa-miR-155-5p on LAMP2 mRNA or protein. Furthermore, the miRNA profiles of murine macrophages from the bronchoalveolar lavage fluid and from lung tissue were established and compared between healthy mice and mice with acute Ovalbumin-induced eosinophilic airway inflammation. Individual miRNAs responding to Ovalbumin were e.g. mmu-miR-21a-5p and mmu-miR-155-5p (up-regulated), and mmu-miR-126-3p and mmu-miR-146a-5p (down-regulated). Characteristics of both M1- and M2-associated miRNA patterns were most evident in the concomitant reciprocal expression of mmu-miR-155-5p (up-regulated) and mmu-miR-146a-5p (down-regulated).

Konsens ist entscheidend für viele Aspekte unseres täglichen Lebens. Von der Sprache über soziale Normen bis hin zu den Regeln eines einfachen Kartenspiels ist breite Übereinstimmung erforderlich, um den jeweiligen Zweck zu erfüllen. Auch die Meinungen zu den zentralen Themen unserer Zeit sollten so weit übereinstimmen, dass wichtige Herausforderungen gemeinsam in Angriff genommen werden können. Dies ist jedoch häufig nicht der Fall. Sowohl politische Meinungen als auch Einstellungen zu ethischen Fragen sind oft tief gespalten. Die Ursprünge einer solchen Meinungspolarisierung haben die Soziologie lange Zeit vor ein Rätsel gestellt, da soziale Einflüsse uns oft näher zusammenzubringen scheinen. Was müssen wir also annehmen, um Meinungsspaltungen zu erklären? Wann wird ein Konsens gebildet? Und welche Rolle könnte die gestiegene Kommunikation zwischen Menschen bei diesen Prozessen spielen? In dieser Arbeit werden wir uns solchen Fragen mit Hilfe mathematischer Modellierung und der Analyse sozialer Daten nähern. Im Speziellen soll dazu beigetragen werden, die Lücke zwischen mikroskopischen Annahmen über den sozialen Einfluss und der Bildung von makroskopischen Meinungszuständen in sozialen Netzwerken zu schließen. / Consensus is key for many aspects of our daily lives. Concepts ranging from language, to social norms, to the rules of a simple card game require population-scale agreement to fulfil their function. People's opinions on major issues of our time should also be reasonably consistent such that important challenges can be tackled collectively. However, this is often not the case. Political opinions as well as the attitudes towards ethical issues are often deeply divided. The origins of such opinion polarization have puzzled sociology for a long time, as social influence often seems to bring us closer together. Hence, what do we have to assume in order to explain opinion cleavages? When will consensus be formed? And what might be the role of increased communication among people in these processes? In this thesis, we tackle such questions by means of mathematical modeling and the analysis of social data. More specifically, we aim to contribute to bridging the gap between microscopic assumptions about social influence and the formation of macroscopic opinion states in social networks.

We set up a general equilibrium model, in which offshoring to a low-wage country can lead to job polarisation in the high-wage country. Job polarisation is the result of a reallocation of labour across firms that differ in productivity and pay wages that are positively linked to their profits by a rent-sharing mechanism. Offshoring involves fixed and task-specific variable costs, and as a consequence it is chosen only by the most productive firms, and only for those tasks with the lowest variable offshoring costs. A reduction in those variable costs increases offshoring at the intensive and at the extensive margin, with domestic employment shifted from the newly offshoring firms in the middle of the productivity distribution to firms at the tails of this distribution, paying either very low or very high wages. We also study how the reallocation of labour across firms affects economy-wide unemployment. Offshoring reduces unemployment when it is confined to high-productivity firms, while this outcome is not guaranteed when offshoring is also chosen by low-productivity firms.

Das Projekt „Kunst und Kultur in der polarisierten Stadt“ (KupoS) nahm die in den letzten Jahren offenbar werdenden gesamtgesellschaftlichen Polarisierungstendenzen zum Anlass, um die Rolle von Kunst und Kultur im gesellschaftlichen Verständigungsprozess zu untersuchen. Die Stadt Dresden wurde im Sinne eines 'Polarisierungslabors' ins Zentrum der Analyse gerückt, weil sich hier medial verstärkte Prozesse des Übergangs von individuellem Benachteiligungserleben zu kollektivem öffentlichen Protest in verdichteter Form realisiert und in antagonistische Positionen zum Zusammenhang von Herkunft und Zugehörigkeit sedimentiert haben. In einem methodenpluralen Forschungsdesign wurden erstens mögliche Veränderungen in den Kooperationsstrukturen und der Themensetzung im Längsschnitt anhand ausgewählter Ereignisse und Veranstaltungsreihen in der Zeit von 2014 – 2017 untersucht. Zweitens wurde am Beispiel der Ausstellung „Rassismus. Die Erfindung von Menschenrassen“ im Deut-schem Hygienemuseum Dresden (DHMD) der institutionelle Umgang mit konfliktträchtigen Themen sowie die wechselseitige Beeinflussung von künstlerisch-kulturellem Handeln und konkurrierenden Diskursposition innerhalb der Stadtgesell-schaft untersucht. Die vorliegende Studie trägt dazu bei, Funktionslogiken und -dynamiken von Polarisierung im künstlerisch-kulturellen Feld zu verstehen, sowie die Möglichkeiten und Grenzen des Dialogs auszuloten. Sie beleuchtet zudem die Rolle des Publikums in Polarisierungsprozessen. KupoS leistet damit nicht nur einen empirischen Beitrag zur Bestimmung der Potentiale und Grenzen von Kunst und Kultur als kohäsionsstiftende Vermittlungsinstanzen der Gesellschaft. Die Studie versteht sich auch als Beitrag zur theoretischen Fundierung soziologischer Polarisierungsforschung.:1 Einleitung 5 2 Ziele und Fragestellungen 9 3. Forschungsdesign 11 3.1 Vorgehen im Teilprojekt 1 (TP1) 11 3.2 Vorgehen im Teilprojekt 2 (TP2) 13 3.3 Forschungs-Praxistransfer 17 4 Wie Polarisierung funktioniert: Ergebnisse der Begriffsarbeit 18 5. Wie Polarisierung in der Kulturstadt Dresden funktioniert: Empirische Ergebnisse 22 5.1. Konstellationen in der polarisierten Stadt 22 5.1.1 13. Februar - Der Dresdner Erinnerungsstreit 23 5.1.2 Interkulturelle Tage 26 5.1.3 Der Dresdner Bilderstreit 28 5.1.4 Der Dresdner Literaturstreit 29 5.1.5 Lässt sich über Tabus streiten? Die Ausstellung „Rassismus. Die Erfindung von Menschenrassen“ im DHDM 30 5.1.6 Polarisierung innerhalb der Institutionen 31 5.2. Publikum in der polarisierten Stadt 32 5.2.1 Bedeutung des Publikums im kulturellen Feld 32 5.2.2 Intervenierende Publika (in) der Polarisierung: Der Dresdner Bilderstreit und die Ausstellung „Rassismus. Die Erfindung von Menschenrassen“ 33 5.3 (Wissens)Vermittlung in der polarisierten Stadt – Ein Fallbeispiel 38 5.4. Dialog in der polarisierten Stadt 41 5.4.1 Kunst- und Kulturinstitutionen zwischen Dialograum und Echokammer 41 5.4.2 Formate öffentlicher Auseinandersetzung 42 6 Fazit und Desiderate 46 7 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 48 8 Literatur 49 9 Anhang 54

Zwei Kontrahenten in der Debatte um Nachhaltigkeit und die Angemessenheit von rigorosen Nachhaltigkeitsforderungen: Während der eine mit seiner Nachhaltigkeitsvision auf Freiheit, individuelle Verantwortung und technologische Innovationen setzt und weiterhin aus dem Vollen schöpfen möchte, hält der andere den ungebremsten Fortschritt und eine Zunahme der Möglichkeiten für eine Überforderung der Verantwortung und ist überzeugt von asketischen Lösungen. Im Zuge des weitläufigen, erzählerisch eingerahmten Dialogs werden anhand verschiedener Gesichtspunkte immer wieder neue Positionsgegensätze durchgespielt. Zwischen den oft kooperativen Gesprächsepisoden, die teils theoretische Vogelperspektiven erschließen und ein gemeinsames Problemverständnis anzeigen, brechen immer wieder tiefgehende Polarisierungen durch.