Strukturelle und funktionelle Charakterisierung zweier glycolytischer Enzyme des hyperthermophilen Archaeums Thermoproteus tenax

Hauptziel dieser Arbeit war es, die strukturellen und funktionellen Eigenschaften der Triosephosphat-Isomerase (TIM) und der Pyruvat-Kinase (PK) des hyperthermophilen Archaeums T. tenax zu charakterisieren und damit einen Beitrag zur Aufklärung der Regulation des Embden-Meyerhof-Parnas-Weges (EMP-Weg) in diesem Organismus zu leisten. Auf der Basis der Struktur- und Funktionsdaten sollte auch eine Analyse thermoadaptiver Merkmale sowie phylogenetischer Studien durchgeführt werden. Im ersten Teil der Arbeit wurde das TIM-kodierende tpi-Gen aus T. tenax kloniert und sequenziert. Zu vergleichende Untersuchungen wurde die TIM von T. tenax ebenso wie die TIMs des mesophilen Methanogenen M. bryantii und des hyperthermophilen Methanogenen M. fervidus in E. coli experimentiert. Das tpi-Gen von T. tenax ist mit dem Aconitase-Gen assoziiert und wird nach preliminären Untersuchungen möglicherweise mit diesem kotranskribiert. Dabei liegt die Kopienzahl der Transkripte unter heterotrophen Wachstumsbedingungen deutlich höher als unter autotrophen und spricht für die Regulation auf Transkriptebene. Die TIM von T. tenax liegt nach den vorliegenden Untersuchungen ebenso wie die TIMs der hyperthermophilen Euryarchaeota M. fervidus und p. woesei als Tetramer vor. Im Gegensatz dazu sind alle bekannten TIMs aus Eucarya und Bacteria sowie die TIM von M. bryantii Dimere. Dies bestätigt einen Trend zur Bildung höherer Aggredationsformen, der inzwischen auch bei anderen Enzymen aus hyperthermophilen Organismen vorgefunden wurde und unter dem Aspekt der Thermoadaption interpretiert wird. Der zweite Teil der Arbeit setzt sich mit der strukturellen und funktionellen Charakterisierung der PK auseinander. Das PK-kodierende pyk-Gen liegt isoliert im Genom von T.tenax und wird als monocistronische mRNS abgelesen. Die pyk-Transkriptmenge liegt in heterotrophen Zellen höher als in autotrophen Zellen und korreliert mit der PK-Aktivität in Zellen, die unter den entsprechenden trophischen Bedingungen angezogen wurden. Neben dieser Regulation auf Transkriptebene liegt eine Regulationsmöglichkeit auf Proteinebene vor: Das Enzym weist eine positive Bindungskooperativität für das Substrat Phosphoenolpyruvat sowie Mg 2+- bzw. Mn 2+-Ionen auf. Die Ergebnisse deuten daraufhin, dass die PK neben der nicht-phosphorylierenden GAPDH einen wichtigen Kontrollpunkt im EMP-Weg von T. tenax darstellt, über den der Organismus in die Lage versetzt wird, den Kohlenstofflux durch den Abbauweg kurzfristig (auf Proteinebene) und langfristig (durch genetische Regulation) zu ändern. Die phylogenetische Analyse zeigt, dass sich im Verlauf der Evolution zwei Großgruppen von PKs (PK I und PK II) gebildet haben. Die PKs der Eucarya, einige Enzyme von gram-positiven und gram-negativen Bacteria gehören zu der Großgruppe PK I, während die andere Gruppe (PK II) einen Großteil der gram-negativen Bacteria, Myco- und Corynebacteria, plastidäre Enzyme sowie die Archaea als monophyletische Gruppe umfaßt. Die Topologie des Baums legt nahe, dass die eucaryalen PKs von einem proteobacterialen Vorläuferenzym abstammen

Quantitatively consistent computation of coherent and incoherent radiation in particle-in-cell codes - a general form factor formalism for macro-particles

Quantitative predictions from synthetic radiation diagnostics often have to consider all accelerated particles. For particle-in-cell (PIC) codes, this not only means including all macro-particles but also taking into account the discrete electron distribution associated with them. This paper presents a general form factor formalism that allows to determine the radiation from this discrete electron distribution in order to compute the coherent and incoherent radiation self-consistently. Furthermore, we discuss a memory-efficient implementation that allows PIC simulations with billions of macro-particles. The impact on the radiation spectra is demonstrated on a large scale LWFA simulation.Comment: Proceedings of the EAAC 2017, This manuscript version is made available under the CC-BY-NC-ND 4.0 licens

Sensitivity to cdk1-inhibition is modulated by p53 status in preclinical models of embryonal tumors

Dysregulation of the cell cycle and cyclin-dependent kinases (cdks) is a hallmark of cancer cells. Intervention with cdk function is currently evaluated as a therapeutic option in many cancer types including neuroblastoma (NB), a common solid tumor of childhood. Re-analyses of mRNA profiling data from primary NB revealed that high level mRNA expression of both cdk1 and its corresponding cyclin, CCNB1, were significantly associated with worse patient outcome independent of MYCN amplification, a strong indicator of adverse NB prognosis. Cdk1 as well as CCNB1 expression were readily detectable in all embryonal tumor cell lines investigated. Pharmacological inhibition or siRNA-mediated knockdown of cdk1/CCNB1 induced proliferation arrest independent of MYCN status in NB cells. Sensitivity to cdk1 inhibition was modulated by TP53, which was demonstrated using isogenic cells with wild-type TP53 expressing either dominant-negative p53 or a short hairpin RNA directed against TP53. Apoptosis induced by cdk1 inhibition was dependent on caspase activation and was concomitant with upregulation of transcriptional targets of TP53. Our results confirm an essential role for the cdk1/CCNB1 complex in tumor cell survival. As relapsing embryonal tumors often present with p53 pathway alterations, these findings have potential implications for therapy approaches targeting cdks

Scaling Limits for Minimal and Random Spanning Trees in Two Dimensions

A general formulation is presented for continuum scaling limits of stochastic spanning trees. A spanning tree is expressed in this limit through a consistent collection of subtrees, which includes a tree for every finite set of endpoints in $\R^d$. Tightness of the distribution, as $\delta \to 0$, is established for the following two-dimensional examples: the uniformly random spanning tree on $\delta \Z^2$, the minimal spanning tree on $\delta \Z^2$ (with random edge lengths), and the Euclidean minimal spanning tree on a Poisson process of points in $\R^2$ with density $\delta^{-2}$. In each case, sample trees are proven to have the following properties, with probability one with respect to any of the limiting measures: i) there is a single route to infinity (as was known for $\delta > 0$), ii) the tree branches are given by curves which are regular in the sense of H\"older continuity, iii) the branches are also rough, in the sense that their Hausdorff dimension exceeds one, iv) there is a random dense subset of $\R^2$, of dimension strictly between one and two, on the complement of which (and only there) the spanning subtrees are unique with continuous dependence on the endpoints, v) branching occurs at countably many points in $\R^2$, and vi) the branching numbers are uniformly bounded. The results include tightness for the loop erased random walk (LERW) in two dimensions. The proofs proceed through the derivation of scale-invariant power bounds on the probabilities of repeated crossings of annuli.Comment: Revised; 54 pages, 6 figures (LaTex

BET bromodomain protein inhibition is a therapeutic option for medulloblastoma

Medulloblastoma is the most common malignant brain tumor of childhood, and represents a significant clinical challenge in pediatric oncology, since overall survival currently remains under 70%. Patients with tumors overexpressing MYC or harboring a MYC oncogene amplification have an extremely poor prognosis. Pharmacologically inhibiting MYC expression may, thus, have clinical utility given its pathogenetic role in medulloblastoma. Recent studies using the selective small molecule BET inhibitor, JQ1, have identified BET bromodomain proteins, especially BRD4, as epigenetic regulatory factors for MYC and its targets. Targeting MYC expression by BET inhibition resulted in antitumoral effects in various cancers. Our aim here was to evaluate the efficacy of JQ1 against preclinical models for high-risk MYC-driven medulloblastoma. Treatment of medulloblastoma cell lines with JQ1 significantly reduced cell proliferation and preferentially induced apoptosis in cells expressing high levels of MYC. JQ1 treatment of medulloblastoma cell lines downregulated MYC expression and resulted in a transcriptional deregulation of MYC targets, and also significantly altered expression of genes involved in cell cycle progression and p53 signalling. JQ1 treatment prolonged the survival of mice harboring medulloblastoma xenografts and reduced the tumor burden in these mice. Our preclinical data provide evidence to pursue testing BET inhibitors, such as JQ1, as molecular targeted therapeutic options for patients with high-risk medulloblastomas overexpressing MYC or harboring MYC amplifications