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Microtubules are tubular polymers that are involved in a variety of cellular processes such as cell movement, mitosis and intracellular transport. The dynamic behavior of microtubules makes this possible because all of these processes require quick responses. Embryonic stem (ES) cells were first isolated from mouse embryos and they have two unique characteristics; they can be kept undifferentiated for many passages with a stable karyotype and they can be differentiated into any type of cells under appropriate conditions. The pluripotency of ES cells, their ease of manipulation in culture, and their ability to contribute to the mouse germ-line provides us a model of differentiation both in vitro and in vivo. In my thesis I focused on the cell division and neuronal differentiation of ES cells and developed two methods to understand the effects of microtubule dynamics in spindle assembly and chromosome segregation and to reveal the roles of different Microtubule Associated Proteins (MAPs) in the neuronal morphology formation. In the first part, we developed a live-cell imaging method for ES cells to visualize, track and analyze the single cell behavior in a cell population over a time period. So far many techniques have been adapted and combined for imaging of cell lines, mainly for the cancer or immortalized ones. However, because ES cells are very prone to apoptosis, tend to form spheres and hard to stably label, it is quite tricky to image them in culture conditions. In our system, we combined the BAC-based gene expression with wide-field deconvolution microscopy for ES cells that are plated onto the laminin-511 coated surface and kept in CO2 independent culture conditions. This combined technique does not interfere with the growth of cells and keeps them healthy up to 24 hours on the microscope stage. In the second part, we analyzed the effects of MAPs chTOG, EB1, Kif18A and MCAK in the overall spindle morphology and mitotic progression in mES cells. For this purpose, we utilized our stable TUBB-GFP and H2A-GFP cell lines along with our live-cell imaging set-up to reveal the effects of the above-mentioned proteins and the interplay among each other. By using RNAi method we either single or co-depleted the genes by siRNAs and measured the spindle length and width in RNAi conditions. We further analyzed the mitotic progression in H2A-GFP cell line in terms of the metaphase timing and the percentage of chromosome segregation errors. Our results showed that, EB1 depletion did not cause any significant changes in the overall spindle morphology or in the metaphase timing. However, the co-depletion of EB1 with chTOG partially rescued the sichTOG specific mini-spindle phenotype. siKif18A produced longer spindles without any change in the spindle width. Surprisingly, the co-depletion of antagonistic chTOG and Kif18A proteins had additive effects on the spindle dynamics and on mitotic progression in a way that spindle assembly was severely disrupted by the absence of these two proteins and as a result of this, both metaphase timing and chromosome missegregation levels increased significantly. These results overall indicate that MAPs have important roles in the regulation of dynamic instability and these proteins have an interplay among each other to be able to control the morphology of the spindle as well as the correct segregation of chromosomes into daughter cells. In the last part, I will introduce you a new ES cell based differentiation and morphology model, which brings the advantages of high resolution imaging capacity, control over development and easy genetic manipulation and culturing. We have generated Tet-induced shRNA cell lines against chTOG, Kif18A and MCAK, which are also stably expressing TUBB-GFP. These labeled cells were mixed with unlabeled wild-type mES cells before differentiation at 1:1000 ratio and then they were differentiated into mouse cortical cells and spinal motor neurons. Our results showed that, all of the three genes could be successfully knocked-down by shRNA after 48 hours of Tet induction. After mixing the labeled and unlabeled cells, single neurons could be imaged at high resolution and their skeletons could be generated afterwards. The RNAi studies in shchTOG cell line showed that, the knock-down of this gene in early differentiation interferes with the neuronal differentiation.

Thesis (doctoral)--Universität, Erlangen-Nürnberg, 2004.

Hohenheim, Univ., Diss., 2007.

Thesis--Gothenburg. / "SOS-projektet, 33." Summary in English. Includes bibliographical references (p. 311-320).

Modern humans originated in Africa around 200,000 years ago and today have settled in nearly every corner of earth. During migrations humans became exposed to new pathogens, food sources and have encountered vastly different environments. Natural selection likely contributed to the survival under such diverse conditions by promoting the raise in frequency of advantageous alleles. Thereby natural selection leaves genetic footprints that we can identify. The thesis at hand is about understanding how natural selection has shaped different human populations by analyzing these genetic footprints. In the first study, I infer the evolutionary history of an insertion-substitution variant using present-day human genomic data. This variant is interesting because the ancestral allele encodes a previously unannotated open-reading frame for a gene with antiviral ac- tivity (IFNL4 ), while the derived allele truncates this open-reading frame and is strongly associated with improved clearance of Hepatitis C, a major health care problem. Using an approximate bayesian computation approach I infer a complex evolutionary history, where the derived, truncating allele evolved under weak positive selection in Africa, with selection strength increasing in non-African populations, especially in East Asian popu- lations where the truncating allele is nearly fixed today. Hence, the changes in selection and resulting population differences in allele frequency contribute to the variation in Hep- atitis C clearance observed across human populations today. In the second study, I use ancient human genomes to estimate genome-wide allele frequencies in the past to understand present-day population differentiation. I develop a new statistic and incorporate the genome of Ust’-Ishim, a modern human that lived 45,000 year ago in Siberia, to study to what extent natural selection and drift have contributed to human population differentiation. The results suggest that European populations carry high frequency alleles in protein-coding (genic) regions that evolved under strong, recent positive selection. Further, the genic alleles that rose in frequency recently in Europeans were already present in ancient hunter-gatherers more often than in ancient farmers. This suggests that during the colonization of Europe local, positive selection changed the frequency of advantageous alleles in hunter-gatherer populations prior to the influx of farming individuals and those alleles remained beneficial also in the later admixed populations.

Der Ersatz von geschädigtem Gewebe durch körpereigene Reparaturprozesse wird auf zellulärer Ebene durch Stammzellen unterstützt. Diese Regenerationsfähigkeit ist allerdings in einigen Geweben nur eingeschränkt vorhanden. So kommt es bei der Sehnenheilung des Pferdes unter konventioneller Therapie zur narbigen Reparation mit hohen Rezidivraten. Die Anwendung von multipotenten mesenchymalen Stromazellen (MSC) stellt eine innovative Therapiemethode dar, da die tenogene Differenzierung zum Zellersatz mit anschließender Matrixmodulation führen könnte. Es ist jedoch unklar, ob eine entzündliche Umgebung in diesem Zusammenhang Einfluss auf funktionelle Eigenschaften der MSC hat. In dieser Arbeit wurden erstmalig funktionelle Eigenschaften, mit dem Fokus des tenogenen Differenzierungspotentials, von aus Fettgewebe isolierten equinen MSC, unter dem Einfluss proinflammatorischer Zytokine und einer direkten Leukozyten-Ko-Kultur, untersucht. Es wurde ein komplexes In-vitro-Modell entwickelt, um die in vivo vorherrschenden Bedingungen bestmöglich zu berücksichtigen. Es konnte erstmals nachgewiesen werden, dass funktionelle und tenogene Eigenschaften von MSC in einem komplexen In-vitro-Modell unter dem Einfluss von proinflammatorischen Zytokinen oder Leukozyten beeinträchtigt werden. Dies hebt die Notwendigkeit zur Untersuchung der komplexen Zusammenhänge während einer akuten Entzündungsreaktion hervor. Es bleibt zu klären, ob trotz der starken Beeinflussung der tenogenen Eigenschaften der vorherrschende Mechanismus der Stammzell-unterstützten Sehnenheilung die tenogene Differenzierung der MSC sein kann.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Multipotente mesenchymale Stromazellen 2.1.1 Eigenschaften 2.1.2 Quellen und Charakterisierung 2.1.3 Therapeutisches Potential 2.2 Pathologie der equinen oberflächlichen Beugesehne 2.2.1 Tiermodell Pferd 2.2.2 Erkrankungen der equinen oberflächlichen Beugesehne 2.2.3 Die Bedeutung der Entzündungsreaktion 2.2.4 Die Bedeutung proinflammatorischer Zytokine und Leukozyten 2.3 Therapeutische Möglichkeiten zur Behandlung von Sehnenpathologien 2.4 Sehnen-Tissue Engineering 2.5 Induktion der tenogenen Differenzierung von MSC 2.6 Bioreaktorsysteme im Sehnen-Tissue Engineering 3 Zielstellung und Hypothesen 4 Tiere, Material und Methoden 4.1 Mesenchymale Stromazellen 4.1.1 Tiere 4.1.2 Material 4.1.3 Methoden 4.1.3.1 Auftauen von AT-MSC 4.1.3.2 Kultivierung von AT-MSC 4.1.3.3 Passagieren von AT-MSC 4.2 Equine oberflächliche Beugesehnen 4.2.1 Material 4.2.2 Methoden 4.2.2.1 Gewinnung von equinen OBS 4.2.2.2 Dezellularisierung von equinen OBS 4.2.2.3 Zuschnitt zu Sehnenscaffolds 4.3 Leukozyten 4.3.1 Spendertier 4.3.2 Material 4.3.3 Methoden 4.3.3.1 Blutentnahme 4.3.3.2 Leukozytenisolierung durch Dichtegradientenzentrifugation 4.3.3.3 Leukozytenstimulation 4.4 Versuchsaufbau 4.5 Aussaat von Scaffold- und Monolayerkulturen 4.5.1 Material 4.5.2 Methoden 4.5.2.1 Monolayerkulturen 4.5.2.2 Scaffoldkulturen 4.6 Bioreaktor 4.7 Stimulation und Stimulationsmuster 4.8 Zugabe von Zytokinen 4.9 Auswertung 4.10 Phasenkontrastmikroskopie und Zellzahlbestimmung 4.10.1 Material 4.10.2 Methoden 4.10.2.1 Automatisierte Auswerung von Aufnahmen der Phasenkontrastmikroskopie 4.10.2.2 Zellzahlbestimmung 4.11 Lebend/Tot-Färbung 4.11.1 Material 4.11.2 Methoden 4.11.2.1 Lebend/Tot-Färbung der Monolayerkulturen 4.11.2.2 Lebend/Tot-Färbung der Scaffoldkulturen 4.11.2.3 Auswertung 4.12 Histologie 4.12.1 Material 4.12.2 Methoden 4.12.2.1 Fixierung und Paraffineinbettung 4.12.2.2 Mikrotomschnitte 4.12.2.3 Hämatoxylin-Eosin-Färbung 4.12.2.4 Auswertung 4.13 Real-Time PCR 4.13.1 Material 4.13.2 Methoden 4.13.2.1 RNA-Isolierung aus Scaffoldkulturen 4.13.2.2 Zellaufschluss der Monolayerkulturen 4.13.2.3 cDNA-Synthese durch Reverse Transkription 4.13.2.4 Real-Time PCR 4.14 Tripotente Differenzierung 4.14.1 Material 4.14.2 Methoden 4.14.2.1 Zellaussaat, Kultivierung und Fixierung 4.14.2.2 Färbung der adipogenen Differenzierung 4.14.2.3 Färbung der osteogenen Differenzierung 4.14.2.4 Färbung der chondrogenen Differenzierung 4.14.2.5 Automatische Auswertung 4.15 Statistische Auswertung 5 Ergebnisse 5.1 Morphologie, Proliferation und Konfluenz der MSC 5.2 Lebend/Tot-Färbung 5.3 Hämatoxylin-Eosin-Färbung 5.4 Genexpression der muskuloskelettalen Marker 5.4.1 Monolayerkultur 5.4.2 Unstimulierte Scaffoldkultur 5.4.3 Stimulierte Scaffoldkultur 5.4.4 Vergleichende Analyse der Versuchsreihen 5.5 Tripotente Differenzierung 5.5.1 Adipogene Differenzierung 5.5.2 Chondrogene Differenzierung 5.5.3 Osteogene Differenzierung 6 Diskussion 6.1 Diskussion der verwendeten Methoden 6.2 Diskussion der Ergebnisse 6.3 Schlussfolgerung 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Herstellung von Reagenzien 10.2 RNA-Isolierung mittels RNeasy Mini Kit® 10.3 Färbeprotokolle 10.4 Herstellung von Silikonschalen 10.5 Extreme Ausreißerwerte der Genexpressionsanalysen 10.5.1 Monolayerkultur 10.5.2 Unstimulierte Scaffoldkultur 10.5.3 Stimulierte Scaffoldkultur Danksagung

Adult bone marrow contains a population of mesenchymal stem cells capable to self-renew and to differentiate into haematopoietic-supportive stroma, osteo, adipo- and chondrocytes. However, the identity of mesenchymal stem cells still remains uncertain. The complex population of their descendants, bone marrow mesenchymal stromal cells (BM MSCs), represents a model to study the principles of differentiation and commitment into mesodermal lineages. The experiments using BM MSCs are often hampered by their low proliferative capacity in vitro. In the present study, we established conditionally immortalized BM MSCs from tetracycline-regulated SV40 Large T-antigen transgenic mice. The identity of the conditionally immortalized BM MSCs was confirmed by marker expression, ability to support haematopoiesis and differentiation potential. The advantages of the conditional immortalization are encompassed in (1) indefinite expansion of cell populations, (2) possibility to perform cellular cloning and (3) prevention from spontaneous differentiation. We demonstrated the heterogeneity of BM MSCs and identified at least 6 types of progenitors within BM MSCs population based on their differentiation potential (“OAC”, “OA”, “OC”, “AC”, “O”, “A”). A hypothetical model of BM MSC hierarchy and the relationships between the progenitors has been proposed. We observed that the Wnt/β-catenin signaling pathway and GSK3 activity could modulate the efficiency of osteo- and adipogenic differentiation pathways, but we didn’t find evidence that the lineage commitment of BM MSCs is determined by Wnt. We elucidated the mechanism of transcriptional regulation of the adipogenic induction of BM MSCs in vitro. Our data revealed the key regulatory role of PPARγ1 during adipogenesis in BM MSCs. Furthermore, we assume that PPARγ1 is a potential trigger of the adipogenic commitment of the BM MSCs progenitors. Finally, the non-adipogenic BM MSCs progenitors were converted into the adipogenic lineage using ectopical expression of the transcription factors C/EBPα, C/EBPβ and C/EBPδ. Our findings provide a novel insight into the molecular mechanisms of BM MSCs lineage commitment.

Die Diversität unserer Gesellschaft bildet sich auch im Schulalltag ab. Deshalb müssen Lehrkräfte für inklusives Unterrichten sensibilisiert werden, um Vielfalt und Heterogenität im Klassenzimmer zu unterstützen und so allen Lernenden die gleichberechtigte Teilhabe am Unterrichtsgeschehen zu ermöglichen. Eine heterogene Schüler:innenschaft braucht vielfältige Lehr-Lern-Materialien. In unserem Projekt „Inklusion? Do it yourself!“ stellen wir Ihnen zahlreiche Materialien vor, die Sie mit wenig Aufwand selbst erstellen können. In Rücksprache mit Regel-und Sonderschulpädagog:innen haben wir die unten aufgeführten Bastelanleitungen, Nutzungsszenarien und Anwendungsideen für Sie zusammengestellt. Denn kennen Sie beispielsweise die vielfältigen didaktischen Verwendungsmöglichkeiten von Geräusch-/Klangdosen oder von Fühlkarten?!:Auditive Materialien Taktile Materialien Visuelle Materialien Mathematische Förderung Deutsch als Zweitsprache (DaZ)/Deutsch als Fremdsprache (DaF) Visualisierung Gestützte Kommunikation Inklusion und Digitalisierung

Ziel dieser Arbeit war es zu erforschen, ob mittels einer strukturierten Anamnese und einer intensiven manueller Untersuchung ein Weg zur Prävention von Rückenschmerzen und einer möglicherweise daraus resultierenden Berufskrankheit zu finden ist. Je 20 männliche Hubschrauberpiloten und Bordmechaniker des Transporthubschrauberregimentes 30 im Alter von 25-50 Jahren bildeten die Untersuchungsgruppen. Sie alle sind Teil der Besatzungen auf der Bell UH-1D, einem seit 1965 in der Bundeswehr ein-geführtem Hubschrauber mit einem Triebwerk und 2 Rotorblättern, wodurch sehr starke und niederfrequente Vibrationen erzeugt werden. Grundlagen der Untersuchungen waren ein validierter und standardisierter Erhebungsbogen, eine umfassende manuelle Untersuchungstechnik sowie eine genaue Kenntnis der Arbeitsplätze von und Anforderungen an Hubschrauberbesatzungen des Heeres auf Bell UH-1D. Die Untersuchungen erfolgten jeweils ohne Kenntnis der Anamnese nach den vorgegebenen Schritten des Untersuchungsbogens / Diagnostics and prevention of back pain in German Bundeswehr helicopter aircrews on Bell UH1D; differentiation and prevention of back pain and potential occupational diseases; An attempt to verify and evaluate back pain with manual diagnostic (chirodiagnostics and chirotherapy)and structured medical history in order to prevent pain and occupational diseases.