In contrast to other species, localized maternal mRNAs are not believed to be prominent features of mammalian oocytes. Due to the lack of transcription in the fully-grown oocyte, critical oocyte processes including cell cycle progression, chromosome segregation, formation and maintenance of the meiotic metaphase spindles, maternal mRNA recruitment and degradation, fertilization and egg activation are all under post-transcriptional, translational, or post-translational control. Despite advances in understanding mechanisms regulating the translational control of cytoplasmic maternal mRNAs, it is unknown whether localized maternal mRNAs exist in mouse oocytes and what mechanisms are responsible for their control. Maternal mRNAs were isolated from metaphase II (MII) mouse oocytes, microsurgically-removed MII spindle-chromosome complexes, and enucleated MII oocytes and analyzed by cDNA microarray analysis. The analysis identified enrichment for maternal mRNAs encoding spindle and other proteins on the mouse oocyte metaphase II (MII) spindle. Maternal mRNAs involved in cellular compartments and processes related to the cytoskeleton, chromatin/nucleus, and cellular signaling were enriched on the MII spindle. Using immunofluorescence and confocal microscopy, MIS18A, a protein encoded by a spindle-localized maternal mRNA, was confirmed to be associated with the MII spindle along with components of the ribosome translational machinery. The key translational regulator, EIF4EBP1, was observed to undergo a dynamic and complex spatially regulated pattern of phosphorylation at sites that regulate its association with EIF4E and its ability to repress translation. These phosphorylation variants appeared at different positions along the spindle at different stages of meiosis. Overexpression of EIF4EBP1 mutants had a profound effect on the maintenance of MII arrest. Approximately 24% of oocytes expressing a phosphodeficient (Threonine 69 to Alanine) EIF4EBP1 mutant underwent spontaneous activation, suggesting EIF4EBP1 phosphorylation is important for translation of maternal mRNAs and maintenance of MII arrest. These results indicate that dynamic spatially restricted patterns of EIF4EBP1 phosphorylation may promote localized mRNA translation to support spindle formation, maintenance, function, and other nearby processes. Regulated EIF4EBP1 phosphorylation at the spindle may help coordinate spindle formation with progression through the cell cycle. The discovery that EIF4EBP1 may be part of an overall mechanism that integrates and couples cell cycle progression to mRNA translation and subsequent spindle formation and function may be relevant to understanding mechanisms leading to diminished oocyte quality, and potential means of avoiding such defects. The localization of maternal mRNAs at the spindle is evolutionarily conserved between mammals and other vertebrates and is also seen in mitotic cells, indicating that EIF4EBP1 control of localized mRNA translation is likely key to correct segregation of genetic material across cell types. / Molecular Biology and Genetics

At any given time there are on the order of one hundred million cells undergoing mitosis in the human body. To accurately segregate chromosomes, the cell forms the bipolar mitotic spindle, a molecular machine that distributes chromosomes equally to the daughter cells. To this end, microtubules of the mitotic spindle must appropriately attach the kinetochores: protein structures that form on each chromatid of each mitotic chromosome. The majority of the time correct kinetochore microtubule attachments are formed. However, mis-attachments can and do form. Mis-attachments that are not corrected before chromosome segregation can give rise to aneuploidy, an incorrect number of chromosomes. Aneuploidy occurring in the germ line can cause both miscarriage and genetic diseases. Furthermore, aneuploidy is a major characteristic of cancer cells, and aneuploid cancer cells frequently mis-segregate chromosomes at high rates, a phenotype termed chromosomal instability (CIN). CIN has been correlated with both advanced tumorigenesis and poor patient prognosis and over the years there have been many hypotheses for what causes CIN. In this study, we identified two distinct mechanisms that are responsible for CIN. Both of these mechanisms cause a transient, abnormal geometric arrangement of the mitotic spindle. Specifically, cancer cells possess supernumerary centrosomes, which lead to the assembly of multipolar spindles during early mitosis when attachments between kinetochores and microtubules are forming. Supernumerary centrosomes facilitate the formation of merotelic attachments, in which a single kinetochore binds microtubules from more than one centrosome. As mitosis progresses the supernumerary centrosomes cluster, giving rise to a bipolar spindle by the time of chromosome segregation. However, the high rates of merotelic attachments formed during the transient multipolar stage result in high rates of chromosome mis-segregation. The second geometric defect characterized is caused by failure of centrosomes to separate before kinetochore-microtubule attachments begin to form. This mechanism, too, leads to high rates of kinetochore mis-attachment formation and high rates of chromosome mis-segregation. Finally, this study shows that the mechanisms characterized here are prevalent in human cancer cells from multiple organ sites, thus revealing that both mechanisms are a common cause of CIN. / Ph. D.

Each mitotic chromosome is constituted by two sister chromatids whose correct segregation to the daughter cells is ensured by amphitelic attachment, in which the two sister kinetochores (KTs) are attached to microtubules (MTs) from opposite mitotic spindle poles. KT mis-attachments can occur in early mitosis and cause chromosome mis-segregation and aneuploidy if not corrected. These mis-attachments include monotelic (one attached and one unattached sister KT), syntelic (both sister KTs attached to the same spindle pole), and merotelic (a single KT attached to MTs from opposite spindle poles) attachments. A biochemical pathway named the Spindle Assembly Checkpoint (SAC) is responsible for delaying anaphase onset to allow correction of KT mis-attachments. SAC activation is believed to occur due to KT localization of certain SAC proteins and/or lack of tension, but only monotelic attachment has been proven to activate the SAC. To determine if and how other KT mis-attachments may activate the SAC, we studied how molecular composition and structure of the KT changes in response to different types of attachments. Our data suggest that monotelic attachment is the only type of attachment that can induce a SAC response thanks to the accumulation of the SAC protein Mad2 at the KT. Our data also indicate that structural changes of the KT, measured as intra- or inter-KT stretching, do not directly induce a SAC response. Instead, our findings suggest decreased KT stretching, especially in inter-KT stretching of syntelic chromosomes, may play a key role in bringing MCAK and other KT substrates closer to Aurora B kinase for rapid and efficient correction of KT mis-attachments. / Master of Science

Cytoplasmic dynein is a microtubule-dependent motor protein which participates in numerous cellular processes. The motor complex consists of two heavy chains, intermediate, light intermediate and 3 families of light chains. Dynein is able to bind to these accessory chains as well as to regulatory proteins which enables the motor protein to fulfil such a variety of cellular processes. The associated light chains participate in long-distance organelle and vesicle transport in interphase and in chromosome segregation during mitosis. However, how these light chains control the activity of the motor protein is still unknown. In this study, I combine molecular genetics and live cell imaging to elucidate the role of the associated dynein light intermediate and light chains in dynein behaviour and early endosome (EE) motility in hyphal interphase cells as well as the anchorage of dynein to the microtubule (MT) plus-end in interphase and mitotic cells. I show that the dynein light intermediate chain (DLIC) as well as the light chain 2 (DLC2, Roadblock) are involved in dynein processivity and EE movement in interphase. The downregulation of either protein results in short hyphal growth which could be caused by a decreased runlength of EE and dynein. In addition, both proteins participate in dynein anchorage to the microtubule plus-end in interphase and mitosis as well as in spindle elongation during mitosis. Each protein causes a decrease of the motor protein dynein at MT plus-ends. Surprisingly, I found only minor or no defects in LC8 or Tctex mutants in the observed functions of dynein. LC8 seems to affect the dynein but not the EE runlength. In this case, dynein is still able to move into the bipolar MT array from where kinesin3 is able to take over EEs and move them towards the cell center. In contrast, Tctex has no effect on dynein or EE runlength or any other observed dynein function in hyphal cells. However, it causes a reduction in spindle elongation. Taken together, DLIC and DLC2 are important for dynein behaviour in long distance transport as well as in spindle positioning and elongation during mitosis. Furthermore, I studied the involvement of the dynein regulators Lis1 and NudE as well as the plus-end binding protein Clip1 (Clip-170 homologue) in the anchorage of dynein to the astral microtubule plus-ends during mitosis. The disruption of the anchorage complex at the astral MT plus-end causes a decrease in dynein number at this site and therefore slower spindle elongation in Anaphase B. Taken together, all three proteins are involved in anchorage of dynein to the astral microtubule tip and the subsequent spindle elongation. Furthermore, these findings also show that Ustilago maydis evolved two different mechanisms to anchor the motor protein to MT plus-ends in hyphal and mitotic cells. The plus-end binding protein Peb1 (EB1 homologue) and the dynein regulator dynactin mediate the dynein anchorage in hyphal cells whereas in mitotic cells the plus-ends binding protein Clip1 and the dynein regulators Lis1 and NudE anchor dynein to astral MT plus-ends.

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.

This master‘s thesis contains a design of multi-spindle automatic lathe spindles for the work of the rods maximum diameter of 7 mm. The work deals with a new concept of the drive spindle, where the spindles are driven by external asynchronous motor through the gears with internal teeth attached to the outside of the spindle drum instead of the current method of driven by central coaxial shaft. The thesis research of multi-spindle lathes including a description of the main nodes, design, strength calculations, bearing durability and a simulation model for simulation acceleration and load drives and spindles from the cutting process.

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.

Baigiamojo darbo tikslas – sukurti precizinių kampinių skalių formavimo įrenginį. Darbe yra išanalizuoti kampinių skalių formavimo metodai ir jų realizacijos sistemos, išskirti kampinių skalių formavimo neapibrėžties sandai, suformuoti darbo tikslai, užduotys. Yra išanalizuotos ir ištirtos optimalios įrenginio komponentės. Pasiūlyta įrenginio schema. Nustatyti rastrinių skalių originalų formavimo neapibrėžties atsiradimo dėsningumai. Išskirtos trys pagrindinės paklaidų grupės: judesio, temperatūrinės, kalibravimo. Darbe pateikiama tyrimo metodika – tyrimų eiga, tyriami mazgai ir sistemos, rezultatų apdorojimo metodika. Tyrimo rezultatai pateikti grafiškai, apdoroti statistiniais metodais, apibendrinantys rezultatai apkroksimuoti parametrinėmis funkcijomis. Darbą sudaro 9 dalys: įvadas, problemos analizė ir užduoties formulavimas, precizinių suklių tyrimai, kampo matavimo sistemos kalibravimo tikslumo tyrimas, temperatūrinių gradientų ir jų poveikio tyrimas, linijinių poslinkių matavimų tyrimai, kampinių skalių originalų konstrukcijos parinkimas ir pagrindimas, išvados, literatūros sąrašas. Darbo apimtis – 83 p. teksto be priedų, 55 iliustracijų, 35 bibliografinių šaltinių. Atskirai pridedami priedai. / Final work is dedicated for development of device for precision angular glass scales originals forming. Methods of angular scales forming and their realization have been analyzed. Distinguished angular scales forming elements of uncertainty. Work objectives and tasks have been formed. There are analyzed and researched the optimum device composition. Device scheme is proposed. Angular raster scales forming uncertainty occurrence of patterns determined. Identified three main error groups: motion, temperature and calibration. The work presents research methodology – research process, research components and systems, research data processing techniques. The results are presented graphically and processed by statistical methods, summarized results approximated by parametrical functions. Thesis consists of 9 chapters: introduction, problem analysis and formulation of the task, precision spindle research, angle measuring system accuracy research, temperature gradients and their impact research, linear displacement measurement study, angular scales original forming stand design selection and justification, conclusions, references. Thesis consist of: 83 p. text without appendixes, 55 pictures, 35 bibliographical entries. Appendixes included.

Healthy ageing has been found to be accompanied by changes in slow wave activity (SWA) and cognitive function. Furthermore, these changes have been seen predominantly in the prefrontal cortex (PFC) compared to other regions of the cortex. Current theories of cognitive ageing propose that this occurs due to a specified deterioration of neuronal substrates of the PFC, and as such, changes in SWA and cognitive function may decline at similar rates due to similar underlying aetiology. The main aim of the current thesis was to explore age-related differences in electroencephalographic (EEG) SWA during the first NREM period and cognitive performance that relies on the integrity of the PFC: executive function and social cognition. The extent to which executive function (reliant on dorsolateral PFC areas) and social cognitive function (reliant on ventromedial PFC regions) show similar age-related deterioration was investigated in Study 1. Here, 16 young (22.2 years) and 16 older (71.5 years) adults were administered with a cognitive testing battery including executive function measures: Verbal Fluency (VF) and Tower of London (TOL); as well as measures of social cognition: Go/No-go, Emotional Prosody and Ekman 60 Faces. Not all measures of PFC function were affected to the same extent. The older group performed significantly worse on the TOL, but not on the VF test. Additionally, simple aspects of social cognition did not display differences between the groups, but the older group performed significantly worse than the young group on more complex aspects of recognition of emotion from facial expression (Ekman 60 Faces) and Emotional Prosody. As most studies of cognitive ageing are cross-sectional and show large agerelated changes, the remainder of this thesis focused on age-related changes using a longitudinal design over a relatively small ageing period (mean = 6.29 years). The average age of participants at baseline was 67.1 years and the average age at follow-up was 73.4 years. In Study 2, in a sample of 11 participants, performance on executive function tests was measured (TOL, VF and Wisconsin Card Sorting Test: WCST). As found in the cross-sectional analyses reported in Study 1, the TOL task was found to be the most sensitive indicator of age-related changes, as this showed a decline with age; whereas, VF and WCST remained stable over time. Furthermore, in Study 3, localised SWA was recorded via EEG, and significant declines were found in low frequency delta (0.5 – 1 Hz), which was localised to the left frontal region.

Pour maintenir l'architecture du tissue, les cellules épithéliales se divisent de manière planaire, perpendiculaire à leur axe principal de polarité. Du fait que le centrosome retrouve sa localisation apicale à l'interphase l'orientation du fuseau mitotique est réinitialisée à chaque cycle cellulaire. Nous utilisons de l'imagerie live en trois dimensions de centrosome marqués en GFP pour investiguer la dynamique de l'orientation du fuseau mitotique des cellules neuroépithéliales de l'embryon de poulet. Le fuseau mitotique présente des mouvements stéréotypiques pendant la métaphase, avec dans un premier temps une phase active de d'orientation planaire suivie par une phase de maintenance planaire jusqu'à l'anaphase. Nous décrivons la localisation des protéines NuMA et LGN formant un anneau au niveau du cortex latéral cellulaire au moment de l'orientation du fuseau. Enfin, nous montrons que le complexe protéique formé par LGN, NuMA et par la sous unité Gai localisé au cortex est nécessaire pour les mouvements du fuseau et pour réguler la dynamique de l'orientation du fuseau. La localisation restreinte de LGN et NuMA en anneau cortical est instructive pour l'alignement planaire du fuseau mitotique et est également requise pour sa maintenance planaire. / To maintain tissue architecture, epithelial cells divide in a planar fashion, perpendicular to their main polarity axis. As the centrosome resumes an apical localization in interphase, planar spindle orientation is reset at each cell cycle. We used three-dimensional live imaging of GFP-labeled centrosomes to investigate the dynamics of spindle orientation in chick neuroepithelial cells. The mitotic spindle displays stereotypic movements during metaphase, with an active phase of planar orientation and a subsequent phase of planar maintenance before anaphase. We describe the localization of the NuMA and LGN proteins in a belt at the lateral cell cortex during spindle orientation. Finally, we show that the complex formed of LGN, NuMA, and of cortically located Gái subunits is necessary for spindle movements and regulates the dynamics of spindle orientation. The restricted localization of LGN and NuMA in the lateral belt is instructive for the planar alignment of the mitotic spindle, and required for its planar maintenance.