Die Reifung der Zona reticularis der Nebennieren-Rinden (NNR) und ihrer Androgen-Sekretion vor der Pubertät unterscheidet sich bei Menschen und höheren Primaten von der NNR-Reifung anderer Species, z.B. der Nager. Die Sekretion der NNR-Androgene leitet die Pubertätsentwicklung ein. Die NNR-Androgene erlangen medizinische Bedeutung dadurch, dass sie bei Frauen zu Hirsutismus und Fertilitätsstörungen führen können. Neben diesen Symptomen stellen sie einen Risikofaktor für die Entwicklung eines Polycystischen-Ovar-Syndroms (PCOS) dar, das ungefähr 7 % der prämenopausalen Frauen betrifft. Lange Zeit war nicht bekannt, wie die Differenzierung der Zona reticularis beim Menschen reguliert wird. Sicher ist ACTH bei weitem das bedeutsamste übergeordnete Hormon für die globale adrenocorticale Differenzierung und Funktion. Weitere Faktoren sind speziell für die Androgensekretion verantwortlich, aber nicht genau definiert. Nun wurde zunächst in zellbiologischen Experimenten belegt, dass die ACTH-Wirkung durch ein Spezies-spezifisches Muster von Wachstumsfaktoren autokrin moduliert wird und so die postnatale Entwicklung der Nebenniere steuern kann. Die vorliegenden Untersuchungen an menschlichen NNR-Zellen von Kindern und Erwachsenen in Primärkultur zeigen erstmals, dass IGF-I und IGF-II differenzierte Funktionen dieser Zellen aufrecht erhalten. IGF-I und, mehr noch, IGF-II steigern die Steroid-Biosynthese und ACTH-Ansprechbarkeit, und sie fördern die Bildung von Androstendion, einem delta5-Androgen der Zona reticularis. Darüberhinaus bewirkt Insulin in physiologischen sowie in micromolaren Konzentrationen den IGFs ähnliche Änderungen der Steroidsynthese. In Querschnittsuntersuchungen an gesunden Kindern vor der Pubertät sowie Kindern mit einfacher Adipositas konnte gezeigt werden, dass die Körperzusammensetzung mit den NNR-Androgenen zusammenhängt. Über die Mediatoren IGF-I, Insulin und Leptin wird offensichtlich der NNR der Zustand von Gewicht und Wachstum des Kindes signalisiert, auch bei pathologischer Körperzusammensetzung, wie dem Prader-Willi-Syndrom. Während die Adipositas die Androgen-Bildung steigern kann, ist sie jedoch selbst nicht der kausale Faktor einer vorzeitigen Nebennierenrindenreifung. Der Prämaturen Pubarche können in 5 - 10 % der untersuchten weiblichen Population ein nicht-klassisches AGS oder NNR-Tumoren zugrunde liegen. Bei den verbleibenden Kindern besteht eine eigentlich harmlose Reifungsbeschleunigung mit normaler Wachstumsprognose. Betrachtet man diese Kinder mit idiopatischer Prämaturer Adrenarche jedoch genauer, so finden sich zwei Untergruppen mit langfristigen Risiken: erstens zeigen Kinder mit einer sogenannte manifesten Heterozygotie für einen 21-Hydroxylase-Defekt Auffälligkeiten des Wachstums, die eine Endgrössenreduktion bewirken könnten, und zweitens wird bei Jugendlichen mit einer Überstimulierbarkeit der NNR diese "Exaggerated Adrenarche" für ein nachfolgendes PCOS verantwortlich gemacht. Schliesslich scheint es vor dem Hintergrund der sich epidemieartig ausbreitenden Zunahme des Übergewichts im Kindesalter angezeigt, den Bezug dieser NNR-Störungen zur Adipositas und der Hyperinsulinämie weiter zu klären. / The prepubertal maturation of the zona reticularis of the adrenal cortex and its androgen secretion in man and higher primates differs from other species, e.g. rodents. The secretion of adrenal androgens induces the pubertal development. The importance of adrenal androgens is derived from them being the cause for hirsutism and fertility disorders in women. In addition they represent a risk factor for the development of the polycystic ovary syndrome (PCOS), that affects about 7% of all pre-menopausal women. The regulation of the differentiation of the zona reticularis was unknown for a long time. However, ACTH is by far the most important hormone to regulate the global adrenocortical differentiation and function. In addition, other yet undefined factors are specifically responsible for the secretion of adrenal androgens. The cell-biological experiments presented here demonstrate that the effects of ACTH can be modulated in an autocrine manner by a species-specific pattern of growth factors so as to allow for the control of the postnatal development of the adrenal gland. The present investigations in human adrenocortical cells of children and adults in primary culture show for the first time that IGF-I and IGF-II maintain the differentiated function of these cells. IGF-I and to an even greater extent IGF-II enhance the biosynthesis of steroids and ACTH-responsiveness, and they promote the production of androstenedione, a delta5-androgen of the zona reticularis. Moreover, insulin, in physiological as well as in micromolar concentrations, induces changes in steroid production similar to the IGFs. In cross-sectional studies of healthy pre-pubertal children and children with simple obesity, it was shown that body composition is associated with adrenal androgens. Mediated by IGF-I, insulin and leptin, body composition apparently signals the child's state of weight and growth to the adrenals, even in patients with abnormal body composition, e.g. the Prader-Willi syndrome. While obesity may enhance androgen production, it is not the direct causal factor to induce premature adrenal maturation. In 5-10% of the female population investigated, premature pubarche is caused by non-classical adrenal hyperplasia or an adrenocortical tumour. In the remaining children, there is merely a harmless acceleration of maturation with normal growth prediction. A closer look at the children with idiopathic premature adrenarche, however, reveals two subgroups with long-term risks: First, children with a so called manifest heterozygosity of a 21-hydroxylase-defect show growth abnormalities, possibly reducing final height. Second, in adolescents with enhanced stimulation of the adrenal cortex, this 'exaggerated adrenarche' is held responsible for the subsequent development of PCOS. Finally, with regard to the rapidly spreading epidemic of overweight in children, it seems essential to study into greater depth the relationship between these adrenal dysfunctions and obesity or hyperinsulinism.

In dieser Dissertation wurde eine isolierte Brachydaktylie vom Typ E (BDE) untersucht. Grundlage war eine Familie mit autosomal-dominanten Erbgang BDE. Der genetische Hintergrund ist eine balancierte Translokation t(8;12)(q13;p11.2). Der Bruchpunkt auf derivativem Chromosom der(8) liegt 86 kb strangaufwärts des chondrogenetisch essentiellen Kandidatengens PTHLH (Parathyroid hormone like hormone). PTHLH ist für die Differenzierungsrate von proliferativen Chondrozyten verantwortlich. Positiv oder negativ reguliertes Pthlh führen zu einer Dysbalance mit Brachydaktylie-ähnlichen Phänotypen in murinen Tiermodellen. Der Leserahmen des Kaliumkanals KCNB2 auf Chromosom 8 wurde durch die Translokation in Intron 2 getrennt. Chrondrogenetische KCNB2 Funktionen konnten durch in situ Hybridisierungen ausgeschlossen werden. Der Translokationsbruchpunkt auf der(8) liegt in einer in Mammalia hochkonservierten Region und beeinhaltet ein Bindungsmotiv für AP1 Transkriptionsfaktoren. Durch die Translokation befindet sich in unmittelbarer Nähe eine Kernkonsensussequenz für ETS Transkriptionsfaktoren. AP1 und ETS Transkriptionsfaktoren interagieren und wurden auf eine potentielle PTHLH Regulation untersucht. Epigenetische Histonmodifizierungen, charakteristisch für cis-regulatorische Elemente, sowie Reportergenassays mit AP1 und ETS1 Bindungsmotiven zeigten einen Bezug zur PTHLH Regulation. Bindungsassays mit AP1 und ETS1 Transkriptionsfaktoren an den Bruchpunktsequenzen, sowie funktionelle in vitro Experimente mit Chondrozyten verifizierten die Hypothese, dass der Translokationsbruchpunkt strangaufwärts von PTHLH regulatorische Eigenschaften besitzt. Die AP1 und ETS1 Transkriptionsfaktoren regulierten PTHLH positiv in ATDC5 und C28/I2 Chondrozyten. In chondrogeninduzierten Patientenfibroblasten war die PTHLH Expression inhibiert. Die molekulare Pathogenese der BDE wurde durch die bisher unbekannte chondrogene PTHLH Fehlregulation dargestellt. / We studied a 3-generation family with Brachydactyly Type E (BDE) and identified a t(8;12)(q13;p11.2) translocation. We identified PTHLH (Parathyroid hormone like hormone) on chromosome 12p11.2 and the ionchannel KCNB2 on chromosome 8q13 as candidate genes. KCNB2 was disrupted in intron 2, while the chromosome 12 breakpoint is localized 86 kb upstream of PTHLH; only the latter gene is involved in chondrogenesis. The 12p11.2 breakpoint is conserved and features an AP1 binding site 86 kb upstream of PTHLH. Due to the translocation, an ETS binding site from 8q13 resided near the AP1 site. Since both transcription factors interact, we tested if AP1 and ETS1 can activate PTHLH in ATDC5 and C28/I2 chondrocytes. We used the breakpoint sequences of the derivative chromosomes 8 and 12 and the nonaffected chromosome 8 and 12 allele sequences in reporter-gene assays. Reporter-gene constructs containing the der(8) breakpoint revealed activation in murine and human chondrocytes. The enrichment of histone modifications, implicating cis-regulatory effects were investigated in the breakpoint area. We found the enriched histone H3K4me1 modification at the chromosome 12 breakpoint position in murine and human chondrocytes, while affected fibroblasts showed higher H3K4me1 enrichment at the der(8) breakpoint compared to wt(12) allele. Furthermore, the breakpoint sequence bound to AP1 and C-ets-1 in EMSA. Western blotting after PMA-stimulated AP1 and ETS1 activation and overexpression of different AP1 and ETS1 combinations showed activated PTHrP expression in chondrocytes. In chondrogenic induced BDE fibroblasts PTHLH was inhibited, while IHH was upregulated. We suggest that PTHLH was dysregulated by the translocation in BDE chondrocytes. This could lead to BDE. We highlight the impact to characterize genomic breakpoints in detail and demonstrate a novel AP1- and ETS1-directed chondrogenic PTHLH regulation in wild-type chondrocytes and dysregulation in the pathogenesis of BDE.

Die genaue Implikation natürlicher Killer(NK)-zellen und Neutrophile in Autoimmunerkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) ist nach wie vor ungeklärt und wurde daher im Mausmodell der multiplen Sklerose (MS), der experimentellen Autoimmunenzephalomyelitis (EAE), sowie bei MS und Neuromyelitis optica (NMO) Patienten untersucht. Bei MS Patienten konnte eine mit der Krankheitsaktivität korrelierende, reduzierte Zahl zirkulierender CX3CR1+NK Zellen festgestellt werden. Daher wurden die NK Zell-Dynamiken und der Einfluss von CX3CR1 auf diese im EAE Mausmodell untersucht. Hierbei konnte in Wildtyp(WT) sowie auch CX3CR1-defizienten EAE Mäusen eine Rekrutierung peripherer NK Zellen in das ZNS beobachtet werden. Anders als bei WT EAE Mäusen wiesen die NK Zellen bei CX3CR1-defizienten Mäusen einen primär unreifen Phänotyp auf, der möglicherweise als ursächlich für die erhöhte Krankheitsaktivität dieser Tiere gemutmaßt werden kann. Der Transfer reifer NK Zellen vor Immunisierung CX3CR1-defizienter Tiere zeigte folglich protektive Effekte und lässt schlussfolgern, dass die CX3CR1-vermittelte Rekrutierung reifer NK Zellen die EAE Neuroinflammation limitiert. Die Diskriminierung der MS von der klinisch ähnlichen NMO stellt nach wie vor eine Herausforderung dar. Neutrophile in ZNS-Läsionen und der Cerebrospinalflüssigkeit(CSF) können bei NMO, nicht aber MS Patienten nachgewiesen werden, weshalb Neutrophile aus dem Blut von NMO und MS Patienten hier vergleichend untersucht wurden. Die Neutrophile beider Patientengruppen wiesen einen aktivierten Phänotyp im Vergleich zu gesunden Kontrollen auf. Im Gegensatz dazu zeigte sich eine von Medikation und neurologischen Defiziten der Patienten unabhängige, kompromittierte Funktionalität der NMO verglichen mit MS Neutrophilen im Hinblick auf Migration, oxidativen Burst und Degranulierung. Die Neutrophilenfunktionalität könnte entsprechend potentiell als diagnostisches Diskriminierungskriterium zwischen der MS und der NMO dienen. / The implication of natural killer (NK) cells and neutrophils in autoimmune disorders of the central nervous system (CNS) remains elusive, and therefore was investigated in a mouse model for multiple sclerosis (MS), experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), and in patients with MS and neuromyelitis optica (NMO), respectively. In MS, a decreased frequency of circulating CX3CR1+NK cells correlating with the patient disease activity has been reported. Therefore, the pattern of NK cell mobilization and the contribution of CX3CR1 to NK cell dynamics in response to neuroinflammatory insult were investigated in the EAE model. Here, NK cells similarly mobilized from the periphery and accumulated in the CNS in both wild-type (WT) and CX3CR1-deficient mice during EAE. However, in mice lacking CX3CR1 the infiltrated NK cells displayed an immature phenotype contrasting with the mature infiltrates in the WT counterparts, apparently contributing to EAE exacerbation in those animals since transfer of mature WT NK cells prior to immunization of CX3CR1-deficient mice exerted a protective effect. Together, these data suggest that the CX3CR1-mediated recruitment of mature CX3CR1+NK cells limits EAE neuroinflammation. Due to clinical similarities, the discrimination between MS and NMO is still challenging. In contrast to MS, neutrophil accumulations were found in CNS lesions and the cerebrospinal fluid (CSF) of NMO patients wherefore a comparative analysis of peripheral blood neutrophils in NMO and MS patients was performed. The results revealed an activated neutrophil phenotype in NMO and MS when compared to healthy individuals. In contrast, analysis of neutrophil migration, oxidative burst activity and degranulation showed a compromised neutrophil functionality in NMO compared to MS, which was not influenced by the treatment regime and clinical parameters of the patients. Thus, neutrophil functionality may represent a new diagnostic tool to discriminate between NMO and MS.

Der Coxsackievirus- und Adenovirusrezeptor (CAR) ist ein Typ I Transmembran-protein, das an der Adsorption von Viren und der Aufrechterhaltung von Zell-Zellkontakten beteiligt ist. Coxsackievirus B3 (CVB3) Infektionen sind eine häufige Ursache für akute Myokarditis, die bei Patienten häufig zu chronischer Kardiomyopathie bis zur Herzinsuffizienz führen können. CAR ist für die Aufnahme von Viren in unterschiedliche Zelltypen verantwortlich und damit ein potentielles Ziel bei der Therapie und Prävention von CVB3-Infektionen. Der komplette Knockout von CAR ist embryonal letal. Die betroffenen Embryonen zeigten Missbildungen des Herzens. Weiterhin konnte eine reduzierte Expression von Connexinen im Knockout beobachtet werden – ein mögliches Zeichen gestörter interzellulärer Kommunikation. In konditionellen CAR Knockout Tieren führte die Infektion mit CVB3 im Gegensatz zu CVB3-infizierten Wildtyp Kontrolltieren zu keinen pathologischen Veränderungen oder eine Erhöhung von Entzündungsmarkern. Die kontraktile Funktion des CVB3-infizierten Knockout Herzen war erhalten. Um mögliche unerwünschte Konsequenzen aus dem Verlust von CAR zu untersuchen, wurde eine umfassende kardiale Phänotypisierung durchgeführt, die AV-block im Knockout-Herzen zeigte. Der zugrunde liegende Mechanismus betrifft die Interaktion von Tight- und Gap-Junctions mit veränderter Expression und Lokalisierung von Connexinen, sowie die interzelluläre Kommunikation zwischen CAR-Knockout Kardiomyzeten. CAR ist essentiell für eine normale Embryonalentwicklung und kardiale Funktion. Das CAR-Knockout-Modell bietet einerseits den ersten genetischen Hinweis für eine Rolle von CAR als Virusrezeptor in vivo und belegt andererseits die Relevanz von direkter Virus-vermittelter Symptomatik gegenüber einer sekundären autoimmun- Komponente in CVB3-induzierten Herzerkrankungen. Damit ist CAR ein potentielles therapeutisches Target in der Prävention und Behandlung von viraler Myokarditis. / The coxsackievirus and adenovirus receptor (CAR) is a type I transmembrane protein involved in virus uptake and the maintenance of cell-cell contacts. Coxsackievirus B3 (CVB3) infections are frequent causes of human acute myocarditis, often resulting in chronic cardiomyopathy that may progress into terminal heart failure. The coxsackievirus and adenovirus receptor (CAR) is involved in virus uptake into various cell types and has therefore been suggested as a therapeutic target to prevent or treat CVB3 induced diseases. The complete CAR-knockout was embryonic lethal at midgestation with cardiac malformation. Connexin expression was decreased in the knockout, suggesting an abnormal cell-cell communication secondary to the loss of CAR. The role of CAR in murine viral myocarditis was investigated using the inducible CAR-knockout infected with CVB3. Unlike control animals exposed to CVB3, the cardiac inducible knockout mice did not exhibit structural changes such following CVB3 infection, or increased production of markers of inflammation, and severe contractile dysfunction. To evaluate possible adverse effects that might result from CAR deficiency, we implemented a detailed cardiac phenotyping protocol and found that CAR deficient animals developed AV nodal block. The underlying mechanism relates to the crosstalk of tight and gap junctions with altered expression and localization of connexins that affect the communication between CAR knockout cardiomyocytes. Thus, CAR is essential for embryonic development and normal cardiac function. The CAR-knockout does not only provide the first genetic evidence to establish CAR as the CVB3 receptor in vivo, but furthermore demonstrates the relevance of direct virus-mediated pathology versus a secondary autoimmune component in CVB3 induced heart disease. Our data suggest that CAR is a suitable target to help prevent and treat viral myocarditis.

This thesis deals with DBA algorithms used in XG-PON networks. It describes reference appearance of the DBA algorithm, as well as, three specific DBA algorithms discussed in professional articles. Particularly speaking about GIANT, HYRA and modified Max-Min Fair DBA. The thesis provides description of frames utilized by DBA algorithms in XG-PON networks, specifically XGEM frame and XGTC frames. The thesis also presents a simulation tester of DBA algorithms tested on a virtual XG-PON network. Finally, it contains the results of testing these DBA algorithms with a description.

The diploma thesis deals with the theoretical definition of passive optical networks, furthermore the description of methods of channel bundling in passive optical networks and the coexistence and migration between standards. The main essence of this work is the XG-PON (10-Gigabit-capable Passive Optical Network) standard. This standard is generally defined along with a description of the physical layer. The transport layer is detailed analysis. There is a description of conditions, under which the Optical Network Unit pass through, when is activated. Additionally, this diploma thesis focuses on the processes of connecting Optical Network Units to the Passive Optical Networks and the timing relationships between Optical Network Units and Optical Line Terminal. The simulations demonstrate that as the number of simultaneous connections to Optical Network Unit increase, longer wait time for each additional connection becomes. This also solves the collision conditions, that might arise in communication and the equalization delay. Finally, the diploma thesis deals with the influence of a refractive index on timing relationships.

Jedes Jahr treten weltweit über zehn Millionen Fälle von Tuberkulose (TB) auf. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) schätzt, dass ein Drittel der Weltbevölkerung mit dem Erreger Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infiziert ist. Bei fünf bis zehn Prozent aller latent Infizierten bricht Tuberkulose im Laufe des Lebens aus. Dennoch sind bereits 100 Jahre seit der Entdeckung von Mtb vergangen, ohne dass die entscheidenden Faktoren für den unterschiedlichen Infektionsverlauf bekannt wären. In dieser Arbeit untersuche ich die unterschiedlichen Reaktionen auf eine Tuberkuloseinfektion in verschiedenen Wirten. In meinem ersten Ansatz habe ich öffentlich zugängliche Transkriptom-Datensätze von Tuberkulosepatienten und gesunden Probanden ausgewertet. Mit Hilfe der Gensatzanreicherungs-Analyse (eng. Gene Set Enrichment Analysis, GSEA) habe ich die Transkriptionsprofile von Tuberkulosepatienten betrachtet. Das besondere Augenmerk lag hierbei auf der Interferon (IFN)-Signalkaskade, die für den Krankheitsverlauf von besonderer Bedeutung ist. In dieser Arbeit zeige ich zunächst, dass Patienten ohne eine IFN-Signatur in der untersuchten Kohorte vorkommen und widme mich im Anschluss der Frage, ob diese Patienten einen anderen Phänotypus haben als jene mit einer starken IFN-Antwort. Indem ich nur Patienten ohne IFN-Antwort betrachte, werden Mechanismen deutlich, die allen Patientengruppen gemein sind, aber vorher von der starken IFN-Signatur überlagert wurden. Ich belege in dieser Arbeit, dass eine starke IFN-Regulation auch mit einer ausgeprägten Lungenpathologie in Tuberkulosepatienten einhergeht. Passend hierzu weisen auch gesunde Probanden nach Verabreichung des Impfstoffs FLUAD® einen erhöhten Blutwert IFN-induzierter Zytokine auf. Mit Hilfe maschinellen Lernens konnte ich Transkriptomsignaturen der Patienten mit bzw. ohne IFN-Antwort identifizieren und vergleichen. Im zweiten Ansatz widme ich mich den unterschiedlichen Transkriptionsantworten auf Mtb-Infektionen in humanen Kohorten und zwei verschiedenen Mausmodellen. Der humanen und der murinen Immunantwort auf Infektionen unterliegen gravierende Unterschiede. Trotzdem sind einige Elemente des Immunsystems in beiden Arten konserviert. In dieser Arbeit präsentiere ich einen neuen Ansatz der Datenintegration, der die Identifizierung von übereinstimmenden und nicht übereinstimmenden Regulationselementen der Genexpression in heterogenen Datensätzen ermöglicht. Die Analyse basiert auf öffentlich zugänglichen sowie de-novo-generierten Datensätzen, zu denen ich durch wissenschaftliche Kollaborationen meiner Kollegen in der Abteilung Immunologie sowie der zentralen Einheit Microarray des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie, Zugang erhalten habe. Des Weiteren liegt ein Schwerpunkt auf der vergleichenden Analyse humaner und muriner Transkriptionsantworten auf Tuberkulose in Vollblut und Makrophagen. Die erhaltenen Ergebnisse weisen auf einen signifikanten Unterschied in der Regulierung der angeborenen sowie der erworbenen Immunität in Mensch und Maus als Reaktion auf eine Mtb-Infektion hin. In dieser Arbeit charakterisiere ich die unterschiedliche Regulierung von T-Zell bezogenen Genen, die mit unterschiedlich ausgeprägten Phänotypen bei stark oder schwach TB-anfälligen Mausstämmen korrespondiert. Darüber hinaus habe ich den 21. Tag nach einer Tuberkuloseinfektion in Mäusen als Zeitpunkt ermittelt, der die Transkriptionsantworten in den untersuchten humanen Kohorten am besten widerspiegelt. Die angewandten Ansätze erleichtern die Auswahl des am besten geeigneten Tiermodells für die Erforschung der humanen Immunantwort auf eine ausgewählte Krankheit und liefern die Basis für ein besseres Verständnis der unterschiedlichen Krankheitsverläufe in Mtb-infizierten Patienten. / Over 10 million tuberculosis (TB) cases are being reported annually and the World Health Organization (WHO) estimates that up to the 1/3 of the world population is infected with Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Between 5 and 10% of the latently infected individuals develop TB during their lifetime. Yet, despite over 100 years of research since Mtb has been identified, we are not able to define all the factors which are responsible for the different infection outcomes in the hosts. In this thesis I investigate the variability in the response to TB presented by different hosts. In one approach, I collect publicly available transcriptomic datasets from TB patients and healthy donors. Using Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) I examine transcriptional profiles of individuals with TB. In particular, focus is brought to interferon (IFN) signaling which has been previously described as crucial for the disease outcome. I show that patients lacking IFN signature are present in the studied cohorts and investigate whether these patients present different phenotype than patients with strong regulation of IFN responses. Moreover, by focusing on patients lacking IFN response I try to unearth mechanisms present in all patient groups but dominated by the signal of IFN response. I show that strong regulation of IFN genes is related to severe pathology in the lungs of TB patients and that it is reflected by the levels of IFN-inducible cytokines in blood of healthy volunteers after vaccination with FLUAD® vaccine. Using Machine Learning (ML) methods, I identify and compare transcriptomic signatures of the patients presenting and lacking the IFN response. In the second approach I study the differences in the transcriptional responses to Mtb infection in human cohorts and two different mouse models. The immunity in infection, inflammation and malignancy differs markedly in man and mouse. Nevertheless, there are elements of immune system which have been conserved between the species. I propose a novel data integration approach which identifies concordant and discordant elements of gene expression regulation in heterologous datasets. The analysis is based on publicly available as well as novel experimental data acquired thanks to collaboration with my colleagues from the Department of Immunology and Microarray Core Facility of Max Planck Institute for Infection Biology (MPIIB). Additionally, I focus on the comparison of human and murine transcriptional responses to TB in whole blood (WB) and in macrophages. The results indicate profound differences between regulation of innate and adaptive immunity in man and mouse upon Mtb infection. I characterize differential regulation of T-cell related genes corresponding to the differences in phenotype between TB high and low susceptible mouse strains and identify the time point of 21 days p.i. of mice as best reflection of transcriptional responses in the studied human cohorts. The implemented approaches facilitate the choice of an appropriate animal model for studies of the human immune response to a particular disease and provide the basis for better understanding of differences in the outcomes of Mtb infection in individual hosts.

In recent years the development and implementation of AI and machine learning models has increased dramatically. The availability of quality data paving the way for sophisticated AI models. Financial institutions uses many models in their daily operations. They are however, heavily regulated and need to follow the regulation that are set by central banks auditory standard and the financial supervisory authorities. One of these standards is the disclosure of expected credit losses in financial statements of banks, called IFRS 9. Banks must measure the expected credit shortfall in line with regulations set up by the EBA and FSA. In this master thesis, we are collaborating with a Swedish bank to evaluate different machine learning models to predict defaults of a unsecured credit portfolio. The default probability is a key variable in the expected credit loss equation. The goal is not only to develop a valid model to predict these defaults but to create and evaluate different models based on their performance and transparency. With regulatory challenges within AI the need to introduce transparency in models are part of the process. When banks use models there’s a requirement on transparency which refers to of how easily a model can be understood with its architecture, calculations, feature importance and logic’s behind the decision making process. We have compared the commonly used model logistic regression to three machine learning models, decision tree, random forest and XG boost. Where we want to show the performance and transparency differences of the machine learning models and the industry standard. We have introduced a transparency evaluation tool called transparency matrix to shed light on the different transparency requirements of machine learning models. The results show that all of the tree based machine learning models are a better choice of algorithm when estimating defaults compared to the traditional logistic regression. This is shown in the AUC score as well as the R2 metric. We also show that when models increase in complexity there is a performance-transparency trade off, the more complex our models gets the better it makes predictions. / Under de senaste ̊aren har utvecklingen och implementeringen av AI- och maskininl ̈arningsmodeller o ̈kat dramatiskt. Tillg ̊angen till kvalitetsdata banar va ̈gen fo ̈r sofistikerade AI-modeller. Finansiella institutioner anva ̈nder m ̊anga modeller i sin dagliga verksamhet. De a ̈r dock starkt reglerade och m ̊aste fo ̈lja de regler som faststa ̈lls av centralbankernas revisionsstandard och finansiella tillsynsmyndigheter. En av dessa standarder a ̈r offentligg ̈orandet av fo ̈rva ̈ntade kreditfo ̈rluster i bankernas finansiella rapporter, kallad IFRS 9. Banker m ̊aste ma ̈ta den fo ̈rva ̈ntade kreditfo ̈rlusten i linje med regler som faststa ̈lls av EBA och FSA. I denna uppsats samarbetar vi med en svensk bank fo ̈r att utva ̈rdera olika maskininl ̈arningsmodeller f ̈or att fo ̈rutsa ̈ga fallisemang i en blankokreditsportfo ̈lj. Sannolikheten fo ̈r fallismang ̈ar en viktig variabel i ekvationen fo ̈r fo ̈rva ̈ntade kreditfo ̈rluster. M ̊alet a ̈r inte bara att utveckla en bra modell fo ̈r att prediktera fallismang, utan ocks ̊a att skapa och utva ̈rdera olika modeller baserat p ̊a deras prestanda och transparens. Med de utmaningar som finns inom AI a ̈r behovet av att info ̈ra transparens i modeller en del av processen. Na ̈r banker anva ̈nder modeller finns det krav p ̊a transparens som ha ̈nvisar till hur enkelt en modell kan fo ̈rst ̊as med sin arkitektur, bera ̈kningar, variabel p ̊averkan och logik bakom beslutsprocessen. Vi har ja ̈mfo ̈rt den vanligt anva ̈nda modellen logistisk regression med tre maskininla ̈rningsmodeller: Decision trees, Random forest och XG Boost. Vi vill visa skillnaderna i prestanda och transparens mellan maskininl ̈arningsmodeller och branschstandarden. Vi har introducerat ett verktyg fo ̈r transparensutva ̈rdering som kallas transparensmatris fo ̈r att belysa de olika transparenskraven fo ̈r maskininla ̈rningsmodeller. Resultaten visar att alla tra ̈d-baserade maskininla ̈rningsmodeller a ̈r ett ba ̈ttre val av modell vid prediktion av fallisemang j ̈amfo ̈rt med den traditionella logistiska regressionen. Detta visas i AUC-score samt R2 va ̈rdet. Vi visar ocks ̊a att n ̈ar modeller blir mer komplexa uppst ̊ar en kompromiss mellan prestanda och transparens; ju mer komplexa v ̊ara modeller blir, desto ba ̈ttre blir deras prediktioner.

Initialement poussées par le marché résidentiel, les évolutions du réseau d’accès optique sont aujourd’hui également stimulées par l’expansion du réseau mobile. Comme le montre le premier chapitre de ce document, l’introduction d’un multiplexage en longueur d’onde dense constitue l’une des solutions privilégiées pour permettre la montée en débit dans les réseaux d’accès optique. Dans cette thèse, l’impact de l’introduction du multiplexage en longueur d’onde dense est étudié sous trois axes :• Une prochaine étape de l’évolution des technologies pour les réseaux d’accès passerait par une hybridation entre d’une part, un multiplexage temporel (hérité des précédentes générations), et d’autre part, un multiplexage en longueur d’onde dense. Cette technologie, appelée NGPON2-TWDM, permet aujourd’hui d’envisager des débits de 40Gb/s à 80Gb/s grâce à 4 ou 8 canaux. Les difficultés liées à la stabilité de la longueur d’onde lors de l’émission de données en mode paquet dans le sens montant du lien, ainsi que les solutions associées, sont étudiées dans le second chapitre.• L’importance du marché que représente le réseau d’accès optique (aussi bien pour les clients résidentiels que pour les réseaux mobiles), induit la nécessité pour les différentes générations de technologies de coexister au sein d’une même infrastructure. Du fait des fortes puissances optiques en jeu et des plages spectrales allouées à chaque technologie, cette coexistence peut induire des interactions entre technologies par émission Raman stimulée, dont le principe et les impacts sont décrits dans le troisième chapitre.• Enfin, la quatrième partie de ce document est dédiée à l’étude des limites et potentialités de la technologie self-seeded pour le multiplexage en longueur d’onde dense en bande O, capable de stabiliser automatiquement et passivement la longueur d’onde d’émission de chacun des émetteurs du système. / Initially led by the residential market, today’s optical access network evolutions are stimulated by mobile network expansion. As shown in the first chapter of this document, dense wavelength division multiplexing is one of the favorite solutions in order to increase optical access networks throughput. In this thesis, we propose a study of dense wavelength division multiplexing introduction according to three main topics :• Service providers and equipment suppliers have decided that the next step in residential market evolution will consist in a hybridization between, on one hand, a legacy time division multiplexing, and on the other hand, a dense wavelength division multiplexing. Named NG-PON2, this technology allows today 40Gb/s to 80Gb/s thanks to 4 to 8 channel pairs. Wavelength stability of the upstream emitter under burst mode operation, and related solutions, are studied in the second chapter.• Market importance (for both residential market and mobile networks) requires the different technologies generations to coexist on the same infrastructure. Due to the high optical power and the wavelength spans allocated to each technology, this coexistence can lead to technologies interactions by stimulated Raman scattering, as described in the third chapter.• Finally, the fourth part of this document describes the limits and potentialities of the self-seeded emitter technology for O-band dense wavelength division multiplexing, able to automatically and passively self-stabilize the wavelength of each emitter.

Ziel der Untersuchungen war, zur Klärung der Ursachen einer während der letzten Jahrzehnte erhöhten Frequenz sowohl von PCOS als auch von IO beizutragen. Es war zu ermitteln, ob hormonelle Verschiebungen bei den Patienten nachweisbar und diese durch genetische und epigenetische Faktoren erklärbar sind. Ausgehend von dem Postulat, daß verminderte 21-OH- und 3beta-HSD-Aktivitäten als prädisponierende Faktoren von PCOS und IO angesehen werden, waren hormonanalytische Untersuchungen zur Ermittlung partieller 21-OH- bzw. 3beta-HSD-Defizienzen durchgeführt worden. Den eigenen Erfahrungen und Darstellungen der internationalen Literatur entsprechend befaßt sich ein Teil der Methodik mit der Entwicklung einer neuen, der üblichen 17alfa-OHP-Messung überlegenen Methode zur Ermittlung von 21-OH-Defizienzen durch 21-DOF-Bestimmung nach ACTH-Test im Blutplasma. Wir erhielten bei vier von 21 PCOS-Patientinnen und drei von acht Patienten mit IO erhöhte 21-DOF-, 21-DOF/F- bzw. 17alfa-OHP-Werte nach ACTH-Test, die auf partielle 21-OH-Defizienzen hinweisen. Zusätzlich wurden bei 12 PCOS-Patientinnen erhöhte basale DHEAS- oder DHEAS/F-Werte gefunden, die als Hinweise auf partielle 3beta-HSD-Defizienzen oder 17,20-Lyase-Hyperaktivität gedeutet wurden. In der Stichprobe der IO waren DHEAS oder DHEAS/F-Werte bei vier Patienten erhöht. Da bei vier der 12 Patientinnen mit PCOS und zwei von vier Patienten mit IO genetisch und endokrinologisch gleichzeitig eine partielle 21-OH-Defizienz nachgewiesen wurde, kann bei diesen Patienten eine partielle 3beta-HSD-Defizienz weitgehend ausgeschlossen werden. Es wurden molekulargenetische Untersuchungen für die 14 häufigsten Mutationen in CYP21 bei Cohorten mit AGS, PCOS und IO durchgeführt. Die Untersuchung der AGS-Patienten sollte dazu dienen, ein effizientes und schnelles System der Mutationssuche für diagnostische Zwecke zu etablieren. Es wurden die häufigsten, phänotypisch wirksamen Mutationen in CYP21 bei der Mehrzahl dieser Patientengruppe im homozygoten bzw. compound heterozygoten Zustand gefunden und eine deutliche Genotyp-Phänotyp-Korrelation festgestellt. Auch bei Patientinnen mit PCOS sowie bei IO, bei denen partielle 21-OH-Defizienzen nachweisbar waren, wurden Mutationen in CYP21 gefunden. Die hierbei heterozygot vorliegenden Mutationen waren dieselben, die homozygot oder compound heterozygot bei schweren Formen des AGS gefunden wurden. Es ergab sich eine Korrelation molekulargenetischer und hormonanalytischer Befunde bei AGS, PCOS sowie IO. Allerdings konnten bei der Mehrzahl der Fälle mit PCOS und mit IO weder Mutationen noch hormonelle Auffälligkeiten hinsichtlich partieller 21-OH-Defizienzen gefunden werden. Die jedoch bei vielen Patientinnen gefundenen erhöhten DHEAS- und DHEAS/F-Werte stimmen mit Untersuchungen überein, die parallel starke Zunahmen der Häufigkeit der Hemmung des Enzyms 3ß-HSD bzw. der Aktivierung der 17,20-Lyase bei PCOS-Patientinnen und der Prävalenz des PCOS selbst bei nach 1955 geborenen Frauen und von Spermatogenesestörungen bei nach 1960 geborenen Männern fanden. Die Ursache hierfür wird in der Beeinflussung der adrenalen und gonadalen Steroidhormonsynthese vor allem durch das Umweltteratogen DDT und seine Metaboliten gesehen. Weiterhin wurde der Umweltfaktor Streß diskutiert. Für die Ätiopathogenese der untersuchten Fertilitätsstörungen werden materno-fetale Mechanismen postuliert, worauf unsere sowohl molekulargenetischen als auch hormonanalytischen Befunde hinweisen. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse unserer Arbeit die These, daß Leben auf der Interaktion von Genen und Umweltfaktoren beruht und daß Hormone dabei als Mediatoren wirken. In gen- oder umweltbedingten unphysiologischen Konzentrationen können sie während kritischer Entwicklungsphasen des neuroendokrinen Systems als Teratogene wirken und zu lebenslangen Reproduktionsstörungen führen. / This paper describes a mutational and hormonal screening in a cohort of 21 patients ultrasonically diagnosed with PCO. Our data show single heterozygous base pair CYP21 mutations in 4 patients. The four women with PCOS and CYP21 mutations also displayed clear signs of partial 21-hydroxylase deficiency through a significant rise in 21DOF or 17alfa-OHP plasma levels after ACTH stimulation. Azziz et al. have reported several heterozygous mutations in hyperandrogenic women with LO-CAH. Other studies report several heterozygous point mutations in hyperandrogenic woman who, however, were not examined for polycystic ovaries.The correlation between the hormone profiles and genetic screening results found with our patients underscores the latter s usefulness with PCOS patients. In contrast to the hormone profile, genetic screening is not influenced by external factors. The frequency of heterozygous CYP21 mutations is higher (19%) than in the normal population (5-8%), suggesting a link with PCOS in some cases. The ratio of LH/FSH was significantly raised in 43% of the cases. Most importantly, basal plasma DHEA-S levels and DHEA-S/F ratios were clearly increased, higher than the means +2SD in controls. This suggests a partial 3beta-hydroxysteroid dehydrogenase deficiency or 17,20 lyase hyperactivity. Other authors, however, were not able to find mutations in the corresponding genes. This could be explained by the fact that the DDT metabolite o,p DDD is a strong inhibitor of 3beta-HSD, and that DDT and its metabolites may be able to activate the 17,20 lyase, a cytochrome P450 enzyme. Furthermore, DDT has some oestrogen activity, and its perinatal administration can produce a PCOS-like syndrome in rats. Very significantly, there has not only been an approximately fourfold increased prevalence of PCO in women borne since 1955 in eastern Germany, following a massive prenatal exposure to DDT, but also a notable shift in the hormone profiles of those affected. A predominance of 3beta-HSD deficiencies and 17,20 lyase hyperactivity (70%) vs. 21-hydroxylase deficiency (23%) has emerged, in contrast with 21-hydroxylase deficiencies in 70% vs. 3beta-HSD deficiencies or 17,20 lyase hyperactivity in 14% for those born earlier than 1955. Similar results were obtained in this study for women with PCOS born since 1955, suggesting that the prenatal exposure of high amounts of DDT and its metabolites indeed appear to be responsible - at least in part - for the major increase in PCO and PCOS.