The retrotransposon Ylt1 was described previously from the genome of the dimorphic fungus Yarrowia lipolytica. Remarkably, Ylt1 is currently the largest LTR retrotransposon reported from fungal genomes. However, little was known about its biology and its interactions with host genome. So, the aim of this work was the characterization of properties of Ylt1.Analysis of proteins encoded by Ylt1 (Gag protein and integrase) was carried out during this work. To enable their detection, both proteins were tagged with HA epitopes. The sizes of Gag protein and putative precursors of Gag protein and integrase were estimated, and a model for the proteolytic processing of the polyprotein of Ylt1 was proposed. It was shown that Gag protein of Ylt1 is about 2-fold larger than Gag proteins of other studied yeast retrotransposons. An analysis of Ylt1 expression was also performed. Production of the Ylt1 Gag protein under different conditions was analyzed by Western blotting. Expression of Ylt1 occurred on all tested carbon sources. The amount of Ylt1 decreased rapidly upon transition to stationary growth phase, in the presence of copper sulfate and under heat shock conditions. It is suggested that Ylt1 is expressed in actively growing cells, whereas stress conditions have a negative impact on its expression. Such expression pattern was not previously reported for other yeast retrotransposons. Activity of Ylt1 in vivo was characterized using an Ylt1 elements tagged with SUC2 gene of Saccharomyces cerevisiae. Mobilization of the marked Ylt1 element and its transposition from autonomous plasmid into host genome was observed in performed experiments. Obtained results strongly support the idea that Ylt1 is transpositionally active. Formation of tandem repeats by newly inserted Ylt1 elements was observed in several cases. It is suggested that integrase function was affected in this case, and that the integration was mediated by homologous recombination instead. Analysis of the Ylt1 insertion specificity and of the Ylt1 distribution in the genome of Y. lipolytica E150 was done. The remarkable sequence specificity of Ylt1 insertions, which is unusual for LTR retrotransposons, was revealed during this analysis. Also, it was shown that Ylt1 insertions are found mainly in intergenic regions, often at a significant distance (>500 bp) from the next reading frame. No association of Ylt1 insertions with tRNA genes was observed. Searches for Ylt1-related elements in the Y. lipolytica genome database were performed. The novel Ty3/gypsy element Tyl6 was found in the genome of Y. lipolytica E150. The sequence analysis of this element was carried out. It was shown that structural properties of Tyl6 resemble the properties of the Ty3 element of S. cerevisiae. However, two reading frames of Tyl6 (gag and pol) are separated by -1 frame-shift, which was not previously reported for retrotransposons of hemiascomycetous yeasts. Phylogenetic analysis placed Tyl6 within chromoviruses, and the Tse3 element of S. exiguus was shown to be the closest relative of Tyl6. The distribution of Tyl6 among Y. lipolytica strains was analyzed. Interestingly, the novel element was found only in strains derived from the strain YB423-12. The strains of independent origin included in the analysis were shown to be Tyl6-free. The same distribution was previously reported for the retrotransposon Ylt1 and for the DNA transposon Mutyl. Two models of the evolution of transposable elements in Y. lipolytica genome were proposed based on these results.

Einleitung: Tiermodelle spielen für die Aufklärung pathophysiologischer Mechanismen und die Entwicklung erfolgsversprechender Therapieoptionen zentralnervöser Bewegungsstörungen eine unverzichtbare Rolle. Die Identifizierung von Gendefekten für die Parkinson-Krankheit und Dystonien ermöglichte die Generierung von Tiermodellen mit einer hohen „construct validity“. Weibliche transgene Thy1-aSyn Mäuse sowie DYT1 Knock-in (KI) Mäuse zeigen jedoch keine motorischen Störungen. In der vorliegenden Arbeit sollten zur Aufdeckung sensomotorischer Beeinträchtigungen, die bei Parkinson- und Dystoniepatienten beobachtet werden, detaillierte Untersuchungen des Verhaltens an diesen beiden Mausmodellen durchgeführt werden. Zielstellung: Zunächst sollte ein sensitiver Verhaltenstest konstruiert und entwickelt werden, bei dem sich ändernde sensorische Stimuli während der Ausübung der motorischen Aufgabe impliziert werden. Bei der Etablierung dieses sogenannten „adaptiven rotierenden Balkentests“ (ARB-Test) sollte auch der Einfluss des genetischen Hintergrunds bei Wildtyp-Mäusen evaluiert werden. Daraufhin sollte überprüft werden, ob dieser Test den Endophänotyp der weiblichen Thy1-aSyn Mäuse aufdecken kann. In dem DYT1 KI Mausmodell sollte der Frage nachgegangen werden, ob die Tiere Verhaltensdefizite in spezifischen Tests zeigen, die sensomotorische Verschaltungen untersuchen. Material und Methoden: Die mRNA-Expression von α-Synuclein in der Substantia nigra bei männlichen und weiblichen Thy1-aSyn Mäusen wurde mithilfe der quantitativen Echtzeit-PCR (qPCR) ermittelt. Im Anschluss an die Entwicklung des neuen Verhaltensapparates für den ARB-Test wurden Thy1-aSyn Tiere beider Geschlechter in diesem Versuch getestet und ihre Leistung den Ergebnissen auf etablierten motorischen Verhaltenstests („challenging beam test“, „pole test“) gegenübergestellt. Um den Einfluss des Hintergrundstammes auf das Verhalten der Tiere auf dem ARB-Test zu untersuchen, wurden Wildtypen der reinen C57BL/6J-Linie sowie Hybrid-Tiere des Stammes C57Bl/6J × DBA2 (BDF1) allen drei o. g. Versuchen unterzogen. Bei den Mäusen des DYT1 KI Modells wurde der „adhesive removal test“ und der ARB-Test zur Analyse der Sensomotorik durchgeführt. Im Vergleich dazu wurden vielfältige Verhaltensparameter in einer Reihe vorwiegend motorischer (Offenfeld-Test, „challenging beam test“, „pole test“, Zylinder-Test, Block-Test, Nestbau-Test) und kognitiver („y-maze test“) Verhaltenstests ausgewertet. Ergebnisse: Bei den weiblichen Thy1-aSyn Mäusen wurde eine geringere Expression des Transgens im Vergleich zu den männlichen Tieren festgestellt. Der neue ARB-Test wurde erfolgreich etabliert und konnte signifikante Verhaltensdefizite der weiblichen und männlichen Mutanten des Parkinson-Modells im Vergleich zu den Kontrolltieren aufdecken. Der genetische Hintergrund beeinflusste die Leistung der Wildtypen auf diesem Balkentest. Während die DYT1 KI Tiere in den rein motorischen und kognitiven Versuchen keine Beeinträchtigungen des Verhaltens zeigten, konnten der „adhesive removal test“ sowie der neue ARB-Test signifikante sensomotorische Defizite der KI Mäuse im Unterschied zu den Wildtypen zum Vorschein bringen. Schlussfolgerung: Im Thy1-aSyn Mausmodell konnte die Bedeutung der sensomotorischen Integration für die Ausprägung motorischer Defizite sowie für eine mögliche Kompensation solcher motorischen Beeinträchtigungen demonstriert werden. Hierfür hat sich der neu entwickelte, sensitive ARB-Test als geeignet herausgestellt. Die Aufdeckung von Beeinträchtigungen der Sensomotorik spricht auch bei den DYT1 KI Tieren für den Einfluss einer gestörten sensomotorischen Integration bei der Ausprägung der Symptomatik. Damit eignet sich dieses Mausmodell für die Untersuchung weiterer Parameter, die Auswirkungen auf die Aufdeckung des Phänotyps und die Penetranz der Erkrankung haben sowie um die zugrunde liegenden pathophysiologischen Mechanismen zu erforschen.

Im Rahmen des FACETS-Projektes ist die optimierte Abbildung neuronaler Netzwerke durch spezielle Algorithmen auf dafür konzipierte Hardware notwendig, um die Simulation plastischer und pulsierender Modelle zu ermöglichen. Die Erstellung der biologischen und Hardware- Modelle sowie die Konzeptionierung und Analyse der Algorithmen werden in dieser Arbeit vorgestellt.

Recurrent processes are a general feature of living systems, from the cell cycle to circadian day-night rhythms to hibernation and flowering cycles. During development and life, numerous recurrent processes are controlled by genetic oscillators, a specific class of genetic regulatory networks that generates oscillations in the level of gene products. A vital mechanism controlled by genetic oscillators is the rhythmic and sequential segmentation of the elongating body axis of vertebrate embryos. During this process, a large collection of coupled genetic oscillators gives rise to spatio-temporal wave patterns of oscillating gene expression at tissue level, forming a dynamic prepattern for the precursors of the vertebrae. While such systems of genetic oscillators have been studied extensively over the past years, many fundamental questions about their collective behavior remain unanswered. In this thesis, we study the behavior and the properties of genetic oscillators from the single oscillator scale to the complex pattern forming system involved in vertebrate segmentation. Genetic oscillators are subject to fluctuations because of the stochastic nature of gene expression. To study the effects of noisy biochemical coupling on genetic oscillators, we propose a theory in which both the internal dynamics of the oscillators as well as the coupling process are inherently stochastic. We find that stochastic coupling of oscillators profoundly affects their precision and synchronization properties, key features for their viability as biological pacemakers. Moreover, stochasticity introduces phenomena not known from deterministic systems, such as stochastic switching between different modes of synchrony. During vertebrate segmentation, genetic oscillators play a key role in establishing a segmental prepattern on tissue scale. We study the spatio-temporal patterns of oscillating gene expression using a continuum theory of coupled phase oscillators. We investigate the effects of different biologically relevant factors such as delayed coupling due to complex signaling processes, local tissue growth, and tissue shortening on pattern formation and segmentation. We find that the decreasing tissue length induces a Doppler effect that contributes to the rate of segment formation in a hitherto unanticipated way. Comparison of our theoretical findings with experimental data reveals the occurrence of such a Doppler effect in vivo. To this end, we develop quantification methods for the spatio-temporal patterns of gene expression in developing zebrafish embryos. On a cellular level, tissues have a discrete structure. To study the interplay of cellular processes like cell division and random cell movement with pattern formation, we go beyond the coarse-grained continuum theories and develop a three-dimensional cell-based model of vertebrate segmentation, in which the dynamics of the segmenting tissue emerges from the collective behavior of individual cells. We show that this model is able to describe tissue formation and segmentation in a self-organized way. It provides the first step of theoretically describing pattern formation and tissue dynamics during vertebrate segmentation in a unified framework involving a three-dimensional tissue with cells as distinct mechanical entities. Finally, we study the synchronization dynamics of generic oscillator systems whose coupling is subject to phase shifts and time delays. Such phase shifts and time delays are induced by complex signaling processes as found, e.g., between genetic oscillators. We show how phase shifts and coupling delays can alter the synchronization dynamics while leaving the collective frequency of the synchronized oscillators invariant. We find that in globally coupled systems, fastest synchronization occurs for non-vanishing coupling delays while in spatially extended systems, fastest synchronization can occur on length scales larger than the coupling range, giving rise to novel synchronization scenarios. Beyond their potential relevance for biological systems, these results have implications for general oscillator systems, e.g., in physics and engineering. In summary, we use discrete and continuous theories of genetic oscillators to study their dynamic behavior, comparing our theoretical results to experimental data where available. We cover a wide range of different topics, contributing to the general understanding of genetic oscillators and synchronization and revealing a hitherto unknown mechanism regulating the timing of embryonic pattern formation.

In dieser Arbeit wird die Eignung eines Haarwurzelsystems (HR) aus transgenen Sonnenblumen-hairy roots zur biotechnologischen Produktion von α-Tocopherol untersucht. Es wurden hairy roots mit und ohne Transgene erzeugt. Transgene HR exprimieren Tocopherolbiosynthesegene aus Arabidopsis thaliana. Die HR wurden unterschiedlichen Stressoren unterworfen, um die α-Tocopherolproduktion binnen eines Zeitraums zu überprüfen. Stressoren waren verringerte Kohlenstoffquelle, Beleuchtung und der Zusatz von Zytokininen. Die Produktionsleistung des Systems ist schlussendlich ungenügend zur kostengünstigen Produktion von α-Tocopherol.

In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir an einer europäischen Population ausgewählte Polymorphismen zweier Gene auf eine Assoziation zu IA. Beide Gene FIGF und ACE2 sind lokalisiert auf Chromosom Xp22 und stellen damit positionelle Kandidatengene dar, aber auch funktionell sind sie von Interesse, da sie v.a. in Prozesse des Gefäßwachstums (FIGF) und der Blutdruckregulierung (ACE2) involviert sind; Vorgänge also, die möglicherweise in die pathophysiologische Erklärung der IA Entstehung mit hineinspielen. In keinem der insgesamt neun analysierten Polymorphismen konnten wir jedoch eine signifikante Assoziation zu IA finden. Auch eine Analyse möglicher intra- und intergenetischer Haplotypen aller untersuchten Varianten erbrachte kein signifikantes Ergebnis.

Social anxiety disorder, also known as social phobia, is one of the most prevalent anxiety disorders, affecting 7-13% of subjects in the community at some time in their lives. Despite being eminently treatable, it remains largely under-recognised and, therefore, undertreated. The disorder is characterized by a fear of scrutiny by others, with sufferers experiencing excessive anxiety in social and performance situations. This excessive anxiety usually leads to avoidance behaviour that can severely affect normal daily living. With onset commonly occurring during childhood or adolescence, social anxiety disorder may disrupt normal patterns of development of social and personal relationships, often having a long-term impact on emotional stability in social or working life. If left untreated, the course of social anxiety disorder is frequently complicated with comorbid conditions, particularly major depression or substance abuse. This review assesses the size of the clinical problem by evaluating current and lifetime prevalence estimates, age of onset, risk factors and evolution of the clinical course; thereby providing the rationale for early recognition and prompt treatment.

The research project “Beethovens Werkstatt” is intended as a contribution to basic musicological research. Methods, concepts and digital components developed in this project using the example of Beethoven are meant to be transferable to other composers. In my paper, I choose Robert Schumann as an example to test this transferability. Concepts that were developed in the course of the first module of “Beethovens Werkstatt” aim at the reconstruction and digital representation of genetic variants. They are based on research on the composer’s work processes. Fundamental aspects of this research include, for example, the temporality of the writing process; the composer’s self-critical dialogue with what he has already written; the work routines that may lie behind it (can certain compositional strategies be derived from them?). These questions are not only specific to Beethoven. They can generally be asked in connection with other composers. However, a prerequisite for an insightful research is a good record of handwritten texts and manuscripts. Due to the rich source material and Schumann’s habit of documenting many details in his diaries and working manuscripts, a text-genetic and digital analysis of his working methods is particularly suitable.

Die Broschüre beschreibt den erreichten Sachstand der forstlichen Generhaltung und zeigt die Wege auf, die in Zukunft im Freistaat Sachsen beschritten werden sollen. Die Veröffentlichung richtet sich an die Beschäftigten in der Forstwirtschaft, dem Naturschutz und den Umweltwissenschaften, an interessierte Bürgerinnen und Bürger sowie an Entscheidungsträger in Politik und Verwaltung. Redaktionsschluss: 30.06.2021

Gegenstand: Seit der vollständigen Entschlüsselung des menschlichen Genoms ist es mit geringem Aufwand möglich, Menschen über das Vorliegen erblich (mit-)bedingter Erkrankungen - sogar vor deren Ausbruch - zu informieren. „Gentests“ sind jedoch umstritten. Neben Vorteilen wie der Ermöglichung präventiver medizinischer Maßnahmen oder möglichst frühzeitiger Interventionen werden auch immense Nachteile für das Individuum, wie z.B. eine hohe psychosoziale Belastung, deutlich. Die tatsächliche Inanspruchnahme genetischer Untersuchungen hängt in erheblichem Maße von den persönlichen Einstellungen ab. Besonders große Bedeutung wird hierbei den behandelnden Ärzten zuteil, die Patienten hinsichtlich der Möglichkeiten und Einschränkungen von genetischen Untersuchungen beraten. Ziel dieser Studie war es, die Einstellungen zu genetischen Untersuchungen bei angehenden Medizinern zu erfragen und die Ergebnisse über mehrere Jahre hinweg miteinander zu vergleichen. Zusätzlich wurde der Einfluss verschiedener Determinanten auf die Einstellungen zu genetischen Untersuchungen erfasst. Untersuchungsmethoden: In drei unabhängigen Fragebogenerhebungen wurden in den Jahren 2001 (N = 129), 2010 (N = 196) und 2016/17 (N = 134) Medizinstudierende zu ihren Einstellungen zu genetischen Untersuchungen befragt. Hierfür wurde ein 13 Items umfassender Fragebogen genutzt, der aus einer finnischen Studie übernommen wurde und positive und negative Aspekte sowie Befürchtungen und Vertrauen bzgl. genetischer Untersuchungen erfasst. Zusätzlich wurden die Variablen Religion, Politik, Geschlecht, Alter und Persönlichkeit erfasst. Ergebnisse: Medizinstudierende sind genetischen Untersuchungen gegenüber sowohl kritisch als auch befürwortend eingestellt. Sie sehen tendenziell jedoch mehr positive Effekte. Die Berechnungen von ANOVAs ergaben, dass im Jahresverlauf positive Aspekte konstant bleiben, negative Aspekte und Befürchtungen abnehmen und das Vertrauen zunimmt. Regressionsanalysen ergaben, dass die Einstellungen zu genetischen Untersuchungen durch die Religion (religiöse Menschen sind Gentests gegenüber kritischer eingestellt) und die Persönlichkeit (verträgliche Menschen sind positiver eingestellt, emotional stabile haben mehr Befürchtungen), nicht jedoch durch die politische Orientierung, Geschlecht und Alter beeinflusst werden. Geschlecht und Alter bedingten ausschließlich den Einfluss der Persönlichkeit auf die Einstellungen zu genetischen Untersuchungen. Schlussfolgerung: Die Zunahme Gentests befürwortender Einstellungen von Medizinstudierenden während der vergangenen 16 Jahre bei gleichzeitiger kritischer Auseinandersetzung mit der Thematik ist positiv zu bewerten. Nur so kann eine patientenorientierte, non-direktive Beratung bzgl. genetischer Untersuchungen gelingen. Um diese zu unterstützen, sollten psychosoziale Aspekte humangenetischer Beratung ausnahmslos Gegenstand der universitären Ausbildung Medizinstudierender sein. / Purpose: Since the advent of whole-genome sequencing, little effort is necessary to individually inform people about the presence of hereditary diseases, even before symptoms appear. However varying opinions exist regarding the application of genetic testing. There are various recognizable advantages, such as enabling early medical interventions or preventive measures, as well as immense disadvantages e.g. high psychosocial strain. The actual use of genetic testing depends, to a considerable extent, on the personal attitudes of respective individuals. Of particular importance are the attending physicians, advising the patients on possibilities and limitations of genetic testing. The objective of this study was to investigate future physician’s attitudes towards genetic testing, and to observe potential changes in their attitudes over a certain period of time. Additionally, the influence of different determinants on the attitude towards genetic testing was examined. Methods: Medicine students were questioned on three independent measurements in 2001 (N = 129), 2010 (N = 196) and 2016/17 (N = 134) on their attitudes towards genetic testing. For this purpose a German version of a Finnish questionnaire consisting of 13 items covering approval, disapproval, concern and trust regarding genetic testing was used. Additionally religiosity, political opinion, sex, age and personality were determined. Results: In general medicine students show positive as well as negative attitudes regarding genetic testing. There is a tendency towards a slightly more positive opinion. ANOVA results indicate no changes in approval regarding genetic testing during the different measurements. In contrast to these results disapproval and concerns decreased whereas trust increased. Regression analysis demonstrated that people with a religious affiliation held a less favorable view of genetic testing. People with a higher level in Agreeableness demonstrate a higher level of approval whereas people with a higher level in Emotional Stability show more concerns regarding genetic testing. There was no influence in the categories of political opinion, sex and age. The effect of the personality on the attitudes towards genetic testing was influenced by sex and age. Conclusions: The increase of approving opinions of medicine students towards genetic testing during the last 16 years, despite simultaneous and critical debate regarding the same topic, can be evaluated as a positive development. It can help to ensure a patient-centered and non-directive genetic counseling. In support of this development, psychosocial aspects of genetic counseling should, without exception, be included in university education.