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Verschiedene simultan wirkende Signale beeinflussen die Signalverarbeitung und die Genregulation von Säugetieren auf der systemischen Ebene. Die Signale müssen integriert und in ihrem jeweiligen Zusammenhang bewertet werden. Dabei können die Signale auch synergistisch miteinander interagieren, wobei dann einzig durch dieses Zusammenspiel auf genregulatorischer Ebene neue Funktionen induziert werden. Gängige experimentelle Ansätze zur Detektion von synergistischen Interaktionen erkennen zwar die beeinflussten Gene, aber die zugrunde liegenden Mechanismen bleiben unklar. In dieser Arbeit wurde deshalb ein globales systembiologisches Verfahren entwickelt, welches Synergien anhand ihrer generellen topologischen Eigenschaften in einem bipartiten Graphen detektiert. Das für die Analyse notwendige globale bipartite und mechanistische Signaltransduktionsreferenznetzwerk wurde auf der Basis experimentell verifizierter Daten aus verschiedenen Datenbanken sowie aktueller Literatur in dieser Arbeit rekonstruiert. Synergien sind besonders im Immunsystem relevant, wo verschiedene Signale parallel eine Immunreaktion auslösen. Eine adäquate Antwort kann dabei nur durch eine gleichzeitige und präzise regulierte Bewertung der wirkenden Signale ermöglicht werden. Das entwickelte Verfahren wurde auf die, für die Immunantwort essentiellen, Immunsignale Interleukin-3 (IL-3) und humanes Influenza Virus (Flu) in menschlichen plasmacytoiden dendritischen Zellen, einem Immunzelltyp, angewandt. Um synergistische Effekte während der Signalintegration zu untersuchen wurde das Referenznetzwerk auf die säugerspezifischen, in pDC präsenten und durch IL-3 und Flu aktivierten Signalpfade eingeschränkt. Es wurden unter anderem die synergistischen Interaktionspunkte detektiert, ihre regulierten Transkriptionsfaktoren sowie die durch sie regulierten Zielgene. Durch den Vergleich der ausgelösten Funktionen und der jeweils induzierten Signalwege konnte gezeigt werden, dass das entwickelte Verfahren die immunrelevanten synergistisch regulierten Gene besser detektiert als ein vergleichbares experimentelles Verfahren.

Hintergrund: Das Auftreten von frühen postinterventionellen Komplikationen nach Stenting der Arteria carotis interna (ACI) wird auf die Embolisierung von Material aus dem Stentsegment zurückgeführt. Zerebrale Thrombembolien können nicht invasiv mittels transkraniellem Dopplerultraschall (TCD) als mikroembolische Signale (MES) detektiert werden. Studienziel : Die Studie wurde durchgeführt um Prädiktoren zu finden, welche eine hohe Anzahl von MES im Intervall einer Stunde nach dem Eingriff voraussagen könnten. Methodik: Bei 134 konsekutiven Patienten, die ein Stenting der ACI erhielten, wurde postinterventionell über eine Stunde eine TCD der ipsilateralen Arteria cerebri media durchgeführt. Zur Identifizierung von klinischen, morphologischen und prozedurabhängigen Parametern für vermehrte MES, wurde eine multivariate logische Regressionsanalyse durchgeführt. Ergebnisse: Bei 134 Patienten (111 männlich, 23 weiblich, mittleres Alter 69,7 Jahre) wurden in 38% MES detektiert (Mittelwert 4 MES/h; Streuung von 1-62MES/h). Zwei Variablen waren mit einer erhöhten postinterventionellen MES Rate vergesellschaftet. Diese waren: Symptomatische Läsionen (p=0,048) und erhöhtes Gesamtcholesterin (p=0,037). Die duale Thrombozytenaggregationshemmung (ASS und Clopidogrel) konnte als unabhängiger Prädiktor (p=0,0001) für eine erniedrigte MES Rate festgestellt werden. Schlussfolgerungen: Postinterventionelle MES konnten am häufigsten bei symptomatischen Läsionen und bei Patienten mit Hypercholesterinämie festgestellt werden. Deren Anzahl viel im Verlauf ab. Das Stentdesign hatte keinen Einfluss auf die Anzahl der gemessenen MES. Die Kombinationstherapie mit ASS und Clopidogrel war ein Prediktor für eine erniedrigte cerebrale Embolisationsrate. Die TCD der MES Rate könnte eine brauchbare Methode sein um mögliche Risikofaktoren für neurologische Komplikationen nach Stenting der ACI zu entdecken und somit die Sicherheit der Stentingprozedur der ACI zu verbessern.

During cell communication, cells produce secreted signals termed morphogens, which traffic through the tissue until they are received by target, responding cells. Using the fruit fly Drosophila melanogaster as a model organism, I have studied transforming growth factor-beta (TGF-beta) signal from the secreting to the receiving cells in the developing wing epithelial cells and at the neuromuscular junctions. Cell culture studies have suggested that cells modulate morphogenetic signaling by expressing the receptors and secreting the ligand in spatially defined areas of the cell. Indeed, I have found that TGF-beta ligands, receptors and R-Smads show a polarized distribution both in the epithelial cells and at the synapses. My results indicate that the cellular junctions define a signaling domain within the plasma membrane, to which TGF-beta signaling machinery is targeted. In the context of epithelial cells, the junctions play a role in TGF-beta signaling regulation through their component beta-cat. A complex forms between beta-cat and the R-Smad Mad, but the mechanism by which beta-cat modulates signaling is not yet understood. At the synapse, the sub-cellular localization of TGF-beta pathway components indicates the occurrence of an anterograde signal. Moreover, my results suggest a scenario in which TGF-beta signaling is coupled with synaptic activity: quanta of growth factor, released upon neurostimulation together with neurotransmitter quanta, could modulate therefore the development and the function of the synapse.

In traffic networks, appropriately determining the traffic signal plan of each intersection is a ünecessary condition for a reasonable level of service. This paper presents the development of a new system for automatically designing optimal actuated traffic signal plans with transit signal priority. It uses an optimization algorithm combined with a mesoscopic traffic simulation model to design and evaluate optimal traffic signal plans for each intersection in the traffic network, therefore reducing the need for human intervention in the design process. The proposed method can simultaneously determine the optimal logical structure, priority strategies, timing parameters, phase composition and sequence, and detector placements. The integrated system was tested by a real-world isolated intersection in Haifa city. The results demonstrated that this approach has the potential to efficiently design signal plans without human intervention, which can minimize time, cost, and design effort. It can also help uncover problems in the design that may otherwise not be detected.

Das Ziel dieser Arbeit war, die funktionellen Charkteristika von humanen antigenerfahrenen CD4-T-Zellen in Relation zur Expression von IL-7Ra und CCR7 zu untersuchen. Im Rahmen dessen wurden zwei verschiedene experimentelle Ansätze wurden gewählt: Zur Analyse von Populationen, die während einer Primärantwort auftreten, wurden antigenerfahrene CD4-T-Zellen in vitro mit TSST-beladenen dendritischen Zellen stimuliert. Der zweite Ansatz bestand darin, zirkulierende antigenerfahrene CD4-T-Zellen entsprechend ihrer CCR7- und IL7R-Expression zu isolieren, um die heterogenen zirkulierenden T-Zellen zu untersuchen. Die Experimente zeigen, daß IL7RhiCCR7+ T-Zellen Charakteristika zentraler Gedächtniszellen besitzen. IL7RlowCCR7–identifiziert hingegen Zellen mit Effektor-T-Zellmerkmalen. Dementsprechend wiesen IL7RlowCCR7– T-Zellen ein stark verringertes Zellüberleben auf, waren stark beeinträchtigt in darin in Anwesenheit von homöostatischen Zytokinen zu proliferieren und exprimierten nur wenig IL-2. Im Gegenzug überlebten IL7RhiCCR7+ T-Zellen gut, reagierten auf homöostatische Zytokine, sekretierten IL-2 und expandierten nach antigenspezifischer Stimulation. Interessanterweise erkannten ex vivo isolierte IL7Rlow T-Zellen vornehmlich persistierende Antigene. Dies weist darauf hin, daß diese Zellen chronisch aktiviert sind. In vitro konnte demonstriert werden, daß die funktionelle Ausprägung der den zentralen Gedächtniszellen ähnlichen IL7RhiCCR7+ T-Zellen deutlich von der Stärke der Stimulation während der Generierung der IL7RhiCCR7+ T-Zellen abhängt. Dieser Umstand stützt die Hypothese, daß die Quantität der Signale während der primären Stimulation die Richtung der Zelldifferenzierung bestimmt und ein solcher Mechanismus zur Heterogenität der zentralen Gedächtnis-T-Zellen in vivo beiträgt. Zusammenfassend kann man feststellen, daß, sich die Marker CCR7 und IL7R in Kombination als ein wertvoll zur Identifizierung von CD4-Gedächtnis- und –Effektor-T-Zellen erweisen / The aim of this work was to elucidate the functional characteristics of human antigen-experienced CD4 T cells according to the expression of IL7RAlpha and CCR7. Two different approaches were used: in order to analyze the subsets occurring during a primary response, antigen-experienced CD4 cells were analyzed in vitro after priming with the superantigen TSST. The signal strength of TCR-stimulation during the priming was modulated in order to understand how the levels of stimulation might influence the generation of memory-like T cells. The second approach was to isolate circulating CD4 T cells expressing different combinations of CCR7 and IL7R in order to analyze the heterogeneous pool of antigen-experienced cells found under steady state conditions ex vivo. The results revealed that both in vitro and ex vivo the IL7RhiCCR7+ T cell subset corresponds to cells with TCM characteristics whereas IL7RlowCCR7– identifies cells with effector characteristics. Correspondingly, IL7RlowCCR7–CD4 T cells showed low survival rates, impaired proliferation in the presence of homeostatic cytokines and a low IL-2 production, IL7RhiCCR7+ CD4 T cells survived well, responded to homeostatic cytokines, secreted IL-2 and expanded upon antigenic stimulation. Notably, ex vivo isolated IL7Rlow T cells preferentially recognized under steady state conditions persistent antigens, suggesting that these cells are chronically activated. Finally, it was demonstrated that IL7RhiCCR7+ TCM-like cells generated in vitro acquired different functional properties depending on the strength of stimulation during the priming. This fact supports the concept that the amount of signal received during the priming influences the cell fate decision contributing to the heterogeneity of the TCM pool in vivo. In summary, despite some differences observed between in vitro and ex vivo CD4 T cell subsets, the combination of the markers CCR7 and IL7R is useful to distinguish memory- from effector-like CD4 T cells.

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To date only very few bistatic measurements (airborne or in controlled laboratories) have been reported. Therefore most of the current remote sensing methods are still focused on monostatic (backscatter) measurements. These methods, based on theoretical, empirical or semi-empirical models, enable the estimation of soil roughness and the soil humidity (dielectric constant). For the bistatic case only theoretical methods have been developed and tested with monostatic data. Hence, there still remains a vital need to gain of experience and knowledge about bistatic methods and data. The main purpose of this thesis is to estimate the soil moisture and the soil roughness by using full polarimetric bistatic measurements. In the experimental part, bistatic X-band measurements, which have been recorded in the Bistatic Measurement Facility (BMF) at the DLR Oberpfaffenhofen, Microwaves and Radar Institute, will be presented. The bistatic measurement sets are composed of soils with different statistical roughness and different moistures controlled by a TDR (Time Domain Reflectivity) system. The BMF has been calibrated using the Isolated Antenna Calibration Technique (IACT). The validation of the calibration was achieved by measuring the reflectivity of fresh water. In the second part, bistatic surface scattering analyses of the calibrated data set were discussed. Then, the specular algorithm was used to estimate the soil moisture of two surface roughnesses (rough and smooth) has been reported. A new technique using the coherent term of the Integral Equation Method (IEM) to estimate the soil roughness was presented. Also, the sensitivity of phase and reflectivity with regard to moisture variation in the specular direction was evaluated. Finally, the first results and validations of bistatic radar polarimetry for the specular case of surface scattering have been introduced. / Aktuell sind nur sehr wenige Messungen mit bistatischem Radar durchgeführt worden, sei es von Flugzeuggetragenen Systemen oder durch spezielle Aufbauten im Labor. Deshalb basieren die meisten der bekannten Methoden zur Fernerkundung mit Radar auf monostatis-chen Messungen der Rückstreuung des Radarsignals. Diese Methoden, die auf theoretischen, empirischen oder halb-empirischen Modellen basieren, ermöglichen die Schätzung der Oberfächenrauhigkeit und die Bodenfeuchtigkeit (Dielektrizitätskonstante). Im bistatischen Fall wurden bisher nur theoretische Modelle entworfen, die mittels monostatischer Messungen getestet wurden. Aus diesem Grund ist es von großer Bedeutung, Erfahrung und Wissen über die physikalischen Effekte in bistatischen Konfigurationen zu sammeln. Das Hauptziel der vorliegenden Dissertation ist es, anhand vollpolarimetrischer, bistatischer Radarmessungen die Oberfächenrauhigkeit und Bodenfeuchtigkeit zu bestimmen. Im experimentellen Teil der Arbeit werden die Ergebnisse bistatischer Messungen präsentiert, die in der Bistatic Measurement Facility (BMF) des DLR Oberpfaffenhofen aufgenommen wurden. Die Datensätze umfassen Messungen von Böden unterschiedlicher statistischer Rauhigkeit und Feuchtigkeit, die mittels eines Time Domain Reflectivity (TDR) Systems bestimmt werden. Zur Kalibration des BMF wurde die Isolated Antenna Calibration Technique (IACT) verwendet und anhand der Messung der Reflektivität von Wasser überprüft. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wird anhand der kalibrierten Daten eine Analyse der Oberflächenstreuung in bistatischen Konfigurationen vorgenommen. Im Anschluss daran wird mittels des Specular Algorithm eine Schätzung der Bodenfeuchte zweier Proben unter- schiedlicher Rauhigkeit (rau und fein) durchgeführt. Ein neues Verfahren zur Schätzung der Oberfächenrauhigkeit, das auf dem kohärenten Term der Integral Equation Method (IEM) basiert, wurde eingeführt. Daneben wird die Empfindlichkeit der Phase sowie der Reflektivität des vorwärtsgestreuten Signals gegenüber Veränderungen der Bodenfeuchtigkeit analysiert. Schließlich werden erste Ergebnisse und Validierungen bistatischer Radarpolarimetrie für den Fall der Vorwärtsstreuung präsentiert.

Traffic light control (TLC) with transit signal priority (TSP) is an effective way to deal with urban congestion and travel delay. The growing amount of available connected vehicle data offers opportunities for signal control with transit priority, but the conventional control algorithms fall short in fully exploiting those datasets. This paper proposes a novel approach for dynamic TLC with TSP at an urban intersection. We propose a deep reinforcement learning based framework JenaRL to deal with the complex real-world intersections. The optimisation focuses on TSP while balancing the delay of all vehicles. A two-layer state space is defined to capture the real-time traffic information, i.e. vehicle position, type and incoming lane. The discrete action space includes the optimal phase and phase duration based on the real-time traffic situation. An intersection in the inner city of Jena is constructed in an open-source microscopic traffic simulator SUMO. A time-varying traffic demand of motorised individual traffic (MIT), the current TLC controller of the city, as well as the original timetables of the public transport (PT) are implemented in simulation to construct a realistic traffic environment. The results of the simulation with the proposed framework indicate a significant enhancement in the performance of traffic light controller by reducing the delay of all vehicles, and especially minimising the loss time of PT.