Detta examensarbete har utförts på Saab Training Systems (STS) AB i Huskvarna. Arbetet handlar om metodik och utrustning för mätning av ström och energiförbrukning på Saabs batteridrivna apparater, nämligen SAT och SAAD. Nuvarande mätutrustning klarar inte av de tekniska kraven som STS ställer. Därför behövs det ett instrument eller en metod som generellt kan mäta energiförbrukningen på Saabs batteridrivna enheter. Problemet är att strömmen till apparaterna varierar kraftigt från några mikroampere till flera hundra milliampere i en väldigt kort tidsperiod. Arbetet har genomförts som en teoretisk utredning men innehåller också praktiska mätningar på Saabs SAT och SAAD för att undersöka vilka svårigheter som kan uppstå vid mätning. Dessutom har två förslag på lösningar presenterats. Det mest lovande av förslagen är baserat på en logaritmisk förstärkare. Detta förslag har även verifierats praktiskt med ett testkort (prototyp). Testkretskortet kan delas upp i två delar. Den första delen innehåller en linjär förstärkare som känner av strömmen som går igenom en avkänningsresistor. Test av den delen av kortet visade att den fungerade enligt specifikationen, och det var att förstärka signalen med den förstärkningsfaktor som bestämts och att kunna mäta med oscilloskop på plussidan av testobjektet. Den andra delen innehåller en logaritmisk förstärkare som komprimerar stordynamiksignaler. Test av denna del av kortet visade att förstärkaren var olämplig för ändamålet, eftersom den inte klarade av att förstärka små signaler. Idén att använda logaritmisk förstärkare är dock ett bra alternativ, givet att en lämplig förstärkare används.

<p>Detta examensarbete har utförts på Saab Training Systems (STS) AB i Huskvarna. Arbetet handlar om metodik och utrustning för mätning av ström och energiförbrukning på Saabs batteridrivna apparater, nämligen SAT och SAAD.</p><p>Nuvarande mätutrustning klarar inte av de tekniska kraven som STS ställer. Därför behövs det ett instrument eller en metod som generellt kan mäta energiförbrukningen på Saabs batteridrivna enheter. Problemet är att strömmen till apparaterna varierar kraftigt från några mikroampere till flera hundra milliampere i en väldigt kort tidsperiod.</p><p>Arbetet har genomförts som en teoretisk utredning men innehåller också praktiska mätningar på Saabs SAT och SAAD för att undersöka vilka svårigheter som kan uppstå vid mätning. Dessutom har två förslag på lösningar presenterats. Det mest lovande av förslagen är baserat på en logaritmisk förstärkare. Detta förslag har även verifierats praktiskt med ett testkort (prototyp).</p><p>Testkretskortet kan delas upp i två delar. Den första delen innehåller en linjär förstärkare som känner av strömmen som går igenom en avkänningsresistor. Test av den delen av kortet visade att den fungerade enligt specifikationen, och det var att förstärka signalen med den förstärkningsfaktor som bestämts och att kunna mäta med oscilloskop på plussidan av testobjektet.</p><p>Den andra delen innehåller en logaritmisk förstärkare som komprimerar stordynamiksignaler. Test av denna del av kortet visade att förstärkaren var olämplig för ändamålet, eftersom den inte klarade av att förstärka små signaler.</p><p>Idén att använda logaritmisk förstärkare är dock ett bra alternativ, givet att en lämplig förstärkare används.</p>

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

Differenzierungsentscheidungen von Zellen werden durch die Integration mehrerer Stimuli bestimmt. Die Differenzierung von Helfer-T-Zellen (Th-Zellen) ist hierfür ein gut untersuchtes Beispiel: reife Th-Zellen entwickeln sich beim Kontakt mit einem für sie spezifischen Antigen zu einem spezialisierten Subtyp, der von den in ihrer Umgebung vorhandenen Zytokinen abhängt und exprimieren dann einen spezifischen Mastertranskriptionsfaktor. Die häufigsten Th-Zell-Subtypen sind T-bet-exprimierende Th1-Zellen und GATA-3-exprimierende Th2-Zellen. Neuere Entdeckungen bezüglich der Plastizität von Th-Zell-Subtypen sowie die Existenz von T-bet+GATA-3+ Hybrid-Phänotypen haben die detaillierte Untersuchung vom Differenzierungsprozessen von Th-Zellen mit komplexer Zytokinsignale motiviert. Dazu haben wir systematisch die Zytokine IFN-g, IL-12 und IL-4 während der primären Differenzierung Th-Zellen titriert und Signaltransduktion und Zielgenexpression quantifiziert. Der Umfang und die Komplexität der Daten machten eine systematische Analyse notwendig, um involvierte Mechanismen genau zu identifizieren. Lineare Regressionsanalyse wurde verwendet, um die Netzwerktopologie zu extrahieren, wobei schon bekannte und zahlreiche neue Interaktionen vorausgesagt wurden. Die prognostizierte Netzwerktopologie wurde dann verwendet, um ein mechanistisches, mathematisches Modell der Zytokinsignalintegration zu entwickeln. Diese Methode hat ein hochgradig vernetztes regulatorisches Netzwerk inferiert. Bisher nicht beschriebene Funktionen von STAT-Proteine, die die Neuverkabelung des Netzwerkes während der Differenzierung vermitteln, wurden vorhergesagt. Ausgewählte neue Interaktionen wurden in gezielten genetischen Experimenten bestätigt. Während gegenseitige Inhibitionsmotive oft als kanonische digitale Schalter interpretiert werden, funktioniert das Th-Zell-Netwerk als ein Rheostat, der Variationen der Zytokinsignale in graduelle Expressionsänderungen der Mastertranskriptionsfaktoren übersetzt. Unsere Arbeit erklärt mechanistisch das beobachtete Kontinuum von Th-Zelldifferenzierungszuständen entlang der Th1-Th2-Achse und beschreibt eine quantitative Methode für die datenbasierte Inferenz zellulärer Netzwerke der Signalintegration. / Cell-fate decisions are governed by the integration of multiple stimuli. Th cell differentiation is a well-studied example thereof: mature Th cells differentiate into a specialised subtype upon encounter with their cognate antigen depending on the polarising cytokines present in their environment and start expressing specific master transcription factors. The most common Th cell subtypes are T-bet-expressing Th1 cells and GATA-3-expressing Th2 cells. Recent discoveries concerning the plasticity of Th cell subtypes as well as the existence of stable T-bet+GATA-3+ hybrid Th1/2 phenotypes have stimulated the detailed study of the differentiation process under different assumptions than the hitherto valid paradigm of single master transcription factor expression by using complex cytokine signals as inputs. Here, we developed a data-based approach for inferring the molecular network underlying the differentiation of T-bet- and/or GATA-3 expressing lymphocytes. We performed systematic titrations of the polarising cytokines IFN-g, IL-12 and IL-4 during primary differentiation of Th cells and quantified signal transduction as well as target-gene expression. The size and complexity of the dataset made a systematic analysis necessary to identify the mechanisms involved. To extract the network topology, we used linear regression analysis, retrieving known regulatory mechanisms and predicting numerous novel ones. This network topology was used to develop a mechanistic mathematical model of cytokine signal integration. This approach inferred a highly connected regulatory network. Previously undescribed functions of STAT proteins mediating network rewiring during differentiation were predicted. Selected new interactions were confirmed by experiments using gene-deficient cells. Importantly, while mutual-inhibition motifs are often considered canonical digital switches, the inferred Th-cell network acts as a rheostat, generating a continuum of differentiated states along the Th1-Th2 axis. This work explains the observed Th1-Th2 cell fate continuum mechanistically and provides a quantitative framework for the data-based inference of cellular signal integration networks.