Das nur 16,5 kDa große Survivin ist ein bifunktionales Protein, welches eine bedeutende Rolle in zwei wichtigen zellulären Prozessen spielt, der Apoptose und der Mitose. Aufgrund seiner BIR Domäne wird es zu den Inhibitor der Apoptose Proteine (IAP) gezählt. Diese Gruppe an Proteinen interferiert negativ mit der Aktivierung der Caspasen und wirkt somit einer Induktion der Apoptose entgegen. Neben seiner anti-apoptotischen Funktion besitzt das Survivin zudem eine essentielle Rolle bei der Segregation der Chromosomen und während der Zytokinese. In der Mitose bildet Survivin mit Borealin, INCENP und der mitotische Aurora B Kinase den Chromosomalen Passenger Complex (CPC). Das Survivin besitzt zudem eine grosse medizinische Relevanz und gilt als Tumor-assoziertes Antigen, da es zu den Top vier Transkripten zählt, die in einer Vielzahl unterschiedlicher Tumorentitäten überexprimiert werden, aber nicht in Normalgewebe. Diese Überexpression geht einher mit einer erhöhten Resistenz der Tumore gegenüber Chemo- und Strahlentherapie und macht Survivin zu einem idealen molekularen Ziel einer Krebstherapie mittels RNA Interferenz oder spezifischer pharmakologischer Inhibitoren. In einer Vielzahl an Studien, in denen das Survivin-Protein mittels RNAi, dominant negativer Proteine oder „knock out“ des Survivin Genes (BIRC5) aus geschalten wurde, konnte eine Aktivierung des Tumorsuppressorproteins p53, einem wichtigen Mediator der Zellzyklusregulation, beobachtet werden. Bis heute ist es weitgehend unklar, wie eine Aktivierung von p53 nach einem Survivin Verlust erfolgen kann. Zudem stellte sich die Frage, ob eine therapeutische Intervention, welche die Ausschaltung des Survivin-Proteins zum Ziel hat, neben Tumorzellen auch normales Gewebe schädigen kann. Da Tumorzellen sich von normalen Zellen insbesondere dadurch unterscheiden, dass sie Defekte in p53-Signalwegen bzw. eine inaktivierende p53-Mutation oder Gendeletion besitzen, wurde die Auswirkung einer Survivin-Depletion auf p53-positive Tumorzellen und auf isogene Tumorzellen mit ausgeschalteten p53 untersucht. Zu diesem Zweck wurde p53 mittels RNAi in U87-MG und MCF-7 Zellen ausgeschalten und stabile p53-defiziente Zellen generiert. Insgesamt standen für die Untersuchungen mit HCT116, MCF-7 und U87-MG drei Zelllinien unterschiedlichen Ursprungs sowie ihre isogenetischen, aber p53-defizienten Derivate zur Verfügung. Survivin wurde in diesen Zellen durch einen retroviralen Vektor, der für eine shRNA (small hairpin RNA) gegen Survivin codiert, ausgeschalten. Der Verlust an Survivin führte dabei in Wildtyp- als auch in den p53-defizienten Zellen zu Polyploidie, einer gestörten Zytokinese und multipolaren Spindeln. Zusätzlich konnte eine Induktion an p53/p21waf/cip sowie eine erhöhte, p53- und Caspase 3-unabhängige Apoptose festgestelt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Expression an p21waf/cip in Wildtyp-Zellen sowie seines potentiellen Targets Cyclin D1 mit der Zunahme an Polyploidie nach Survivin RNAi korreliert. Allerdings führt die Expression des Cdk Inhbibitors p21waf/cip nur zu einem transienten Arrest der Zellen, da polyploide, Survivin-depletierte Zellen BrdU inkorporierten und dadurch proliferierten. Zudem wird zum ersten Mal eine ATM/ATR abhängige „DNA Damage Response“ (DDR) in Survivin-depletierten p53-defzienten und Wildtyp Zellen beschrieben, die zu einer Phosphorylierung und Stabilisierung von p53 führt. Sky-Analysen bestätigten numerische als auch schwere chromosomale Aberrationen wie Translokationen und dizentrische Chromosomen in Survivin-depletierten polyploiden Zellen. Die Inhibierung der Aurora B Kinase, einem weiteren Bestandteil des CPC, mittels eines chemischen Inhibitors zeigt analog das Auftreten von DNA Schäden, eine p53/p21waf/cip Aktivierung sowie eine Zunahme an Polyploidie, wie sie für Survivin beschrieben wurde. Diese Erkenntnisse zeigen deutlich auf, dass die DNA Schäden und der p53/p21waf/cip-abhängige G1 Arrest nach dem „knock down“ von Survivin aufgrund einer gestörten Mitose hervorgerufen wurde, während eine IAP-Funktion des Survivins unter den gewählten experimentellen Bedingungen nicht festzustellen war.

The aim of the work is to develop systems of thermal stabilization of metal-cutting machine spindle assembly with artificial intelligence in MATLAB environment. The paper analyzes the existing systems of thermal stabilization of the supports of spindle units of metal-cutting machines and the known methods of compensation of thermal deformations of machines that occur during machining. The advantages and disadvantages of such systems are shown and attention is drawn to the thermal stabilization systems based on fuzzy logic. Two new variants of such systems are considered, which realize control on deviation and combined (on deviation and disturbance). Both systems are implemented programmatically in MATLAB. According to the results of programs in MATLAB, a scientific article was written, which in the international competition US-2017-02 took 3rd place in the direction of “Technical Sciences” in the category “Research project”. Diploma for 3rd place and the text of the article from the collection are attached. The explanatory note to the project contains 153 sheets and is accompanied by 23 demonstration sheets. / Цель работы – разработка “интеллектуальных” систем термостабилизации шпиндельного узла металлорежущего станка с искусственным интеллектом в среде MATLAB. В работе анализируются существующие системы термостабилизации опор шпиндельных узлов металлорежущих станков и известные способы компенсации тепловых деформаций станков, возникающих при обработке резанием. Показываются достоинства и недостатки таких систем и обращается внимание на системы термостабилизации, построенные на основе нечеткой логики. Рассматриваются два новых варианта таких систем, которые разработаны аппаратно и реализующие управление по отклонению и комбинированное (по отклонению и возмущению). Обе системы реализуются программно в MATLAB. По результатам создания программ в MATLAB, была написана научная статья, которая в международном конкурсе US-2017-02 заняла 3-е место по направлению “Технические науки” в номинации “Исследовательский проект”. Диплом за 3-е место и текст статьи из сборника прикреплены в приложении. Пояснительная записка к проекту содержит 153 листа и сопровождается 23 демонстрационными листами.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Fanconi anemia (FA) is a heterogenous genetic syndrome characterized by progressive bone marrow failure, aneuploidy, and cancer predisposition. It is incompletely understood why FA-deficient cells develop gross aneuploidy leading to cancer. Since the mitotic spindle assembly checkpoint (SAC) prevents aneuploidy by ensuring proper chromosome segregation during mitosis, we hypothesized that the FA signaling network regulates the mitotic SAC. A genome-wide RNAi screen and studies in primary cells were performed to systematically evaluate SAC activity in FA-deficient cells. In these experiments, taxol was used to activate the mitotic SAC. Following taxol challenge, negative control siRNA-transfected cells appropriately arrested at the SAC. However, knockdown of fourteen FA gene products resulted in a weakened SAC, evidenced by increased formation of multinucleated, aneuploid cells. The screen was independently validated utilizing primary fibroblasts from patients with characterized mutations in twelve different FA genes. When treated with taxol, fibroblasts from healthy controls arrested at the mitotic SAC, while all FA patient fibroblasts tested exhibited weakened SAC activity, evidenced by increased multinucleated cells. Rescue of the SAC was achieved in FANCA patient fibroblasts by genetic correction. Importantly, SAC activity of FANCA was confirmed in primary CD34+ hematopoietic cells. Furthermore, analysis of untreated primary fibroblasts from FA patients revealed micronuclei and multinuclei, reflecting abnormal chromosome segregation. Next, microscopy-based studies revealed that many FA proteins localize to the mitotic spindle and centrosomes, and that disruption of the FA pathway results in supernumerary centrosomes, establishing a role for the FA signaling network in centrosome maintenance. A mass spectrometry-based screen quantifying the proteome and phospho-proteome was performed to identify candidates which may functionally interact with FANCA in the regulation of mitosis. Finally, video microscopy-based experiments were performed to further characterize the mitotic defects in FANCA-deficient cells, confirming weakened SAC activity in FANCA-deficient cells and revealing accelerated mitosis and abnormal spindle orientation in the absence of FANCA. These findings conclusively demonstrate that the FA signaling network regulates the mitotic SAC, providing a mechanistic explanation for the development of aneuploidy and cancer in FA patients. Thus, our study establishes a novel role for the FA signaling network as a guardian of genomic integrity.

La progresión meiótica y el desarrollo embrionario temprano están programados, en parte, por la activación tradcuccional de mRNAs maternos como lo son los que codifican para las proteinas de ciclina B1 o mos. Estos mRNAs no son traducidos al mismo tiempo ni en el mismo lugar. Por lo contrario, su traducción está especificamente regulada por elementos de poliadenilación citoplasmática (CPEs) presentes en sus 3'UTRs. Los elementos CPEs reclutan a la proteina de unión a CPE (CPE-binding protein CPEB (Colegrove-Otero et al., 2005; de Moor et al., 2005; Mendez and Richter, 2001; Richter, 2007)). Esta proteina de unión al RNA no sólo determina cuándo y en qué medida un mRNA será activado traduccionalmente por poliadenilación citoplasmática (Mendez et al., 2000a; Mendez et al., 2000b; Mendez et al., 2002) sino que también participa, junto con el represor de la traducción Maskin, en el transporte y la localización de sus mRNAs diana hacia los sitios de localización subcelular donde su traducción ocurrirá (Huang et al., 2003; Huang and Richter, 2004). Durante el desarrollo embrionario de Xenopus, CPEB se encuentra localizada en el polo animal de los oocitos y más tarde, sobre el huso mitótico y centrosomas en el embrión (Groisman et al., 2000). Se ha demostrado que embriones de Xenopus inyectados con agentes que interrumpen la traducción dependiente de poliadenilación citoplasmática, detienen la división celular y presentan estructuras mitóticas anormales (Groisman et al., 2000). En este trabajo que derivó en mi tesis doctoral, hemos demostrado que la activación traduccional localizada en el huso mitótico de mRNAs regulados por CPEB que codifican para proteinas con una conocida función en aspectos estructurales del ciclo celular como la formación del huso mitótico y la segregación cromosómica, es esencial para completar la primera división meiótica y para la correcta segregación cromosómica en oocitos de Xenopus.