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Automated in vitro evolution of a translation-coupled RNA replication system in a droplet flow reactor
Authors: Yoshiyama Tomoaki , Ichii Tetsuo , Yomo Tetsuya , Ichihashi Norikazu 
Published: August 2018

AbstractAutomation is a useful strategy to make laborious evolutionary experiments faster and easier. To date, several types of continuous flow reactors have been developed for the automated evolutionary experiments of viruses and bacteria. However, the development of a flow reactor applicable to compartmentalized in vitro self-replication systems is still a challenge. In this study, we demonstrate automated in vitro evolution of a translation-coupled RNA system in a droplet flow reactor for the first time. This reactor contains approximately 1010 micro-scale droplets (average diameter is approximately 0.8 μm), which continuously fuse and divide among each other at a controllable rate. In the droplets, an RNA (artificial genomic RNA) replicate through the translation of self-encoded RNA replicase with spontaneously appearing parasitic RNA. We performed two automated replication experiments for more than 400 hours with different mixing intensities. We found that several mutations displayed increased frequencies in the genomic RNA populations and the dominant RNA mutants acquired the ability to replicate faster or acquired resistance to the parasitic RNA, demonstrating that Darwinian evolution occurred during the long-term replication. The droplet flow reactor we developed can be a useful tool to perform in vitro evolutionary experiments of translation-coupled systems.
mKast is dispensable for normal development and sexual maturation of the male European honeybee
Authors: Kohno Hiroki , Kubo Takeo 
Published: August 2018

AbstractThe European honeybee (Apis mellifera L.) exhibits various social behaviors. The molecular and neural mechanisms underlying these behaviors have long been explored, but causal relations between genes or neurons and behaviors remain to be elucidated because effective gene manipulation methods in the honeybee have not been available until recently. We recently established a basic technology to produce mutant honeybee drones using CRISPR/Cas9. Here we produced mutant drones using CRISPR/Cas9 targeting mKast, which is preferentially expressed in a certain subtype of class I Kenyon cells that comprise the mushroom bodies in the honeybee brain. By immunoblot analysis, we showed that mKast protein expression was completely lost in the mutant drone heads. In addition, during the production process of homozygous mutant workers, we demonstrated that heterozygous mutant workers could be produced by artificial insemination of wild-type queens with the sperm of mutant drones, indicating that mKast mutant drones were sexually mature. These results demonstrate that mKast is dispensable for normal development and sexual maturation in drone honeybees, and allow us to proceed with the production of homozygous mutant workers for the analysis of a particular gene by gene knockout in the future.
Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma negatively regulates liver regeneration after partial hepatectomy via the HGF/c-Met/ERK1/2 pathways
Authors: Cheng Zhangjun , Liu Lei , Zhang Xue-Jun , Lu Miao , Wang Yang , Assfalg Volker , Laschinger Melanie , von Figura Guido , Sunami Yoshiaki , Michalski Christoph W. , Kleeff Jörg , Friess Helmut , Hartmann Daniel , Hüser Norbert 
Published: August 2018

AbstractPeroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARγ) is a nuclear receptor demonstrated to play an important role in various biological processes. The aim of this study was to determine the effect of PPARγ on liver regeneration upon partial hepatectomy (PH) in mice. Mice were subjected to two-thirds PH. Before surgery, mice were either treated with the PPARγ agonist rosiglitazone, the PPARγ antagonist GW9662 alone, or with the c-met inhibitor SGX523. Liver-to-body-weight ratio, lab values, and proliferation markers were assessed. Components of the PPARγ-specific signaling pathway were identified by western blot and qRT-PCR. Our results show that liver regeneration is being inhibited by rosiglitazone and accelerated by GW9662. Inhibition of c-Met by SGX523 treatment abrogates GW9662-induced liver regeneration and hepatocyte proliferation. Hepatocyte growth factor (HGF) protein levels were significantly downregulated after rosiglitazone treatment. Activation of HGF/c-Met pathways by phosphorylation of c-Met and ERK1/2 were inhibited in rosiglitazone-treated mice. In turn, blocking phosphorylation of c-Met significantly abrogated the augmented effect of GW9662 on liver regeneration. Our data support the concept that PPARγ abrogates liver growth and hepatocellular proliferation by inhibition of the HGF/c-Met/ERK1/2 pathways. These pathways may represent potential targets in response to liver disease and could impact on the development of molecular therapies.
Complete modal chart of CDWG
Authors: Maity S. , Ghosal R. , Gangopadhyaya M. , Gupta B. 
Published: August 2018

Literature survey shows that the modal chart for first 13 modes of cylindrical dielectric waveguide (CDWG) is incomplete. It is found that the 12th mode, i.e. mode has been missed out which exists between and modes. CDWG is reinvestigated here theoretically and the complete modal chart for first 15 modes is given here.
TheGaia-ESO Survey: impact of extra mixing on C and N abundances of giant stars
Authors: Lagarde N. , Reylé C. , Robin A. C. , Tautvaišienė G. , Drazdauskas A. , Mikolaitis Š. , Minkevičiūtė R. , Stonkutė E. , Chorniy Y. , Bagdonas V. , Miglio A. , Nasello G. , Gilmore G. , Randich S. , Bensby T. , Bragaglia A. , Flaccomio E. , Francois P. , Korn A. J. , Pancino E. , Smiljanic R. , Bayo A. , Carraro G. , Costado M. T. , Jiménez-Esteban F. , Jofré P. , Martell S. L. , Masseron T. , Monaco L. , Morbidelli L. , Sbordone L. , Sousa S. G. , Zaggia S. 
Published: August 2018

Context. TheGaia-ESO Public Spectroscopic Survey using FLAMES at the VLT has obtained high-resolution UVES spectra for a large number of giant stars, allowing a determination of the abundances of the key chemical elements carbon and nitrogen at their surface. The surface abundances of these chemical species are known to change in stars during their evolution on the red giant branch (RGB) after the first dredge-up episode, as a result of the extra mixing phenomena.Aims. We investigate the effects of thermohaline mixing on C and N abundances using the first comparison between theGaia-ESO survey [C/N] determinations with simulations of the observed fields using a model of stellar population synthesis.Methods. We explore the effects of thermohaline mixing on the chemical properties of giants through stellar evolutionary models computed with the stellar evolution code STAREVOL. We include these stellar evolution models in the Besançon Galaxy model to simulate the [C/N] distributions determined from the UVES spectra of theGaia-ESO survey and to compare them with the observations.Results. Theoretical predictions including the effect of thermohaline mixing are in good agreement with the observations. However, the field stars in theGaia-ESO survey with C and N abundance measurements have a metallicity close to solar, where the efficiency of thermohaline mixing is not very large. The C and N abundances derived by theGaia-ESO survey in open and globular clusters clearly show the impact of thermohaline mixing at low metallicity, which explains the [C/N] value observed in lower mass and older giant stars. Using independent observations of carbon isotopic ratio in clump field stars and open clusters, we also confirm that thermohaline mixing should be taken into account to explain the behaviour of12C/13C as a function of stellar age.Conclusions. Overall, the current model including thermohaline mixing is able to reproduce very well the C and N abundances over the whole metallicity range investigated by theGaia-ESO survey data.
Uncovering Multifaceted Iodonium Ylides: Versatile Reactivity Enables Cyclization of Simple Arylamines
Authors: Wang Yao , Zhang Liang 
Published: August 2018

Iodonium ylides can undergo cyclization with a simple tertiary arylamine to afford N-heterocyclic products in a transition-metal-free approach in the absence of an additional initiator/oxidant. The ­inherent reactivity uncovered in this transformation is fundamentally different from known chemical properties of iodonium ylide compounds, thus providing a new opportunity for the further exploration of iodonium ylide-based chemical transformations. This Synpacts article describes the historical background of iodonium ylide chemistry and highlights recent progress disclosed by our work.1	Introduction2	The Strategy for New Reaction Discovery3	Application to Cyclization of Tertiary Arylamines4	Conclusion and Perspectives
Inzidenz und Komplikationen osteoporotischer Frakturen in Jena/Thüringen
Authors: Pfeil A. , Weiß J. M. , Kunz J. , Wolf G. , Lehmann G. 
Published: August 2018

ZusammenfassungIm Rahmen einer prospektiven Untersuchung wurde die Inzidenz osteoporosetypischer Frakturen und ihrer Komplikationen über den Zeitraum von einem Jahr in der Bevölkerung der Stadt Jena erfasst.698 Patienten erlitten Frakturen. Frauen waren bei Fraktureintritt älter als Männer. Die Inzidenz von proximalen Femurfrakturen stieg nach dem 75. Lebensjahr exponentiell an und wies eine hohe Komplikationsrate auf. Die Häufigkeit von Komplikationen nach einer Fraktur war bei Frauen über 70 Jahre mindestens doppelt so hoch wie bei Männern. In beiden Geschlechtern zeigten sich nach einer operativen Therapie mehr Komplikationen als nach konservativer Frakturversorgung. Transfusionsbedürftige Anämie, Harnwegsinfekte und Pneumonien waren die wesentlichen internistischen Komplikationen. Die Mortalität nach proximalen Femurfrakturen lag bei 9,8 %.
Glukokortikoid-induzierte Osteoporose
Authors: Lamersdorf A. , Siggelkow H. 
Published: August 2018

ZusammenfassungDieser Fallbericht handelt von einer 75-jährigen Patientin, die wegen einer Lungenerkrankung mit inhalativen und oralen Glukokortikoiden behandelt wird. Es wurde keine parallele spezifische antiosteoporotische Therapie mit Beginn der Glukokortikoidtherapie vom Hausarzt oder dem betreuenden Pulmonologen eingeleitet. Eine Therapie mit einem Bisphosphonat wurde bei Auftreten von Wirbelkörperfrakturen von orthopädischer Seite begonnen. Unter der Therapie mit Alendronsäure, Vitamin D und Kalzium traten neue Wirbelkörperfrakturen auf. Mit der in der Folge durchgeführten weiteren Abklärung bezüglich einer sekundären Osteoporose konnte eine zusätzliche Ursache für eine Verschlechterung der Knochensituation gefunden werden. Im weiteren Verlauf wurde die Medikation zweimal umgestellt und die Risikofaktoren reduziert. Die Patientin blieb unter dieser Therapie bis zum aktuellen Zeitpunkt ohne weitere Fraktur.
Versorgungsforschung – eine Aufgabe auch für die Osteologie
Authors: Abendroth K. 
Published: August 2018

ZusammenfassungDie Medizin als Handlungswissenschaft erhält mit der Versorgungsforschung eine neue Aufgabe, die sich nicht über spezifische Methoden, sondern über spezifische Fragestellungen zu Bedarf, Qualität (Prozess, Ergebnis) und Verbesserung der Alltagsversorgung definiert und sich an der Wirksamkeit (Outcome) der Methoden der Patientenversorgung orientiert. Diese Ergebnisorientierung ist eng verbunden mit dem Begriffspaar efficacy (absolute Wirksamkeit im kontrollierten klinischen Versuch) – effectiveness (relative Wirksamkeit unter Alltagsbedingungen). Der Unterschied zwischen beiden stellt die Wirksamkeitslücke (effectiveness gap oder performance gap) in der Praxis dar, deren Bestimmung eine Hauptaufgabe der Versorgungsforschung ist. Der internationalen Struktur der Versorgungsforschung “Input – Throughput – Output – Outcome” entspricht bei der Osteoporose-Versorgung die Struktur “Spezialist/Osteologe, DVO-Osteoporose-Leitlinien– Osteoporose-Schwerpunkt, -Zentrum, -Netzwerk – OsteoporoseTherapie – verminderte Frakturrate, verbesserte Lebensqualität”. Den Endpunkt der Versorgungsforschung stellt die Wirkung der erbrachten ärztlichen Leistung (Outcome) dar. Dokumentationen der ärztlichen Alltagspraxis bilden die Basis für die Versorgungsforschung. Primär abrechnungstechnische Datenbanken spiegeln weniger genau die Versorgungssituation des Patienten wider und können einen z. T. erheblichen verwaltungstechnischen oder monetär geprägten Bias enthalten. An den Beispielen der BONEEVA-Studie, der REAL-Studie und der GP-Database-Analyse zur Steroidosteoporose werden die unterschiedlichen Qualitäten der Datenbanken für die Osteoporose dargestellt. Insgesamt eröffnet die Versorgungsforschung für die Osteologie neue Möglichkeiten der Beurteilung der Effizienz diagnostischer Methoden und therapeutischer Strategien insbesondere für die Ärzte in der Praxis. Die vordringliche Hauptaufgabe der Versorgungsforschung speziell für die Osteoporose ist die flächendeckende Implementierung der diagnostischen und therapeutischen Vorgaben der DVO-Leitlinien in die Versorgungspraxis und die Beurteilung ihrer praktischen Effizienz. Aus diesen Erkenntnissen sind dann nationale Versorgungsleitlinien zu entwickeln.
Ganzkörpervibrationstraining – ein neuer Ansatz in der Osteoporoseprävention?
Authors: Kemmler W. , Engelke K. , Stengel S. v. 
Published: August 2018

ZusammenfassungGanzkörpervibrationstraining ist eine neue Trainingsmethode, deren Effektivität zur Osteoporoseprävention derzeit untersucht wird. In tierexperimentellen Studien konnte gezeigt werden, dass mechanische Reize mit geringer Intensität eine hohe osteoanabole Wirkung entfalten, wenn sie mit einer hohen Reizfrequenz appliziert werden. Im Gegensatz dazu weisen die wenigen klinischen Vibrationsstudien mit humanen Kollektiven heterogene Ergebnisse auf. Dennoch deuten sie darauf hin, dass Ganzkörpervibrationstraining auch beim Menschen einen Effekt im Zusammenhang mit der positiven Beeinflussung osteoporotischer Risikofaktoren haben könnte. Die Interpretation der Studienergebnisse zur Aussprache konkreter Trainingsempfehlungen gestaltet sich auf Grund großer Unterschiede hinsichtlich des angewendeten Vibrationsreizes, der Trainingsprotokolle, der untersuchten Kollektive und der gewählten osteodensitometrischen Endpunkte äußerst schwierig. Sollte der positive Effekt von Vibrationstraining in weiteren Studien bestätigt werden, so würde dieses Training besonders für ältere Menschen, bei denen intensive, knochenwirksame Reize innerhalb eines körperlichen Trainings schwer realisierbar sind, eine wirksame Methode zur Reduktion des Osteoporoserisikos darstellen.
Stellenwert des Basislabors in der Diagnostik der Osteoporose
Authors: Pfeilschifter J. 
Published: August 2018

ZusammenfassungEin Basislabor ist bei jedem Patienten mit einer neu entdeckten Osteoporose obligat. Die Leitlinie des DVO zur Osteoporose empfiehlt die Bestimmung der folgenden neun Laborparameter: Serumkalzium, Serumphosphat, Kreatinin, alkalische Phosphatase, Gamma- GT, TSH, Blutbild, Eiweißelektrophorese und CRP bzw. BSG. Das Basislabor dient der Erfassung wichtiger Krankheiten, die ganz oder teilweise für die Osteoporose verantwortlich sein können, der Abgrenzung gegenüber einer Osteomalazie und der Erfassung wichtiger Einschränkungen einer medikamentösen Therapie, wie z. B. einer hochgradigen Niereninsuffizienz.
Knochenstoffwechselmarker bei renaler Osteodystrophie
Authors: Cejka D. , Haas M. 
Published: August 2018

ZusammenfassungDie chronische Niereninsuffizienz geht mit einer Störung des Knochenstoffwechsels einher. Diese “renale Osteodystrophie” (ROD) ist im Wesentlichen durch einen beschleunigten oder verlangsamten Knochenumsatz gekennzeichnet. Die Knochenbiopsie ist die genaueste Methode zur Diagnose einer renalen Osteodystrophie, allerdings können auch mittels Messung serologischer Knochenmarker Hinweise auf die zugrundeliegende Form der Erkrankung gefunden werden. Üblicherweise werden zur Abschätzung des Knochenaufbaues Osteokalzin und zur Abschätzung des Knochenabbaues das C-Telopeptid (CTX) bestimmt. Als weiterer effektiver Marker zur Beurteilung der Knochenformation gilt die alkalische Phosphatase. Auch das Parathormon kann zur Beurteilung des Knochenumsatzes herangezogen werden, allerdings ist die Aussagekraft nicht besser als die der anderen Knochenmarker. Nachteilig bei den meisten Knochenmarkern ist ihre renale Elimination. Bei zunehmender Einschränkung der Nierenfunktion kommt es zu einer Kumulation und Verfälschung des tatsächlichen Wertes. Die Bestimmung einzelner Knochenmarker ist daher nicht besonders aussagekräftig und es empfiehlt sich die zeitgleiche Bestimmung mehrerer Marker.
Osteoporose - Symptom seltener genetischer Erkrankungen
Authors: Kornak U. 
Published: August 2018

ZusammenfassungDas Skelett zeigt bei einer Vielzahl von Erkrankungen, bei denen primär Symptome in anderen Organen auffallen, begleitende Veränderungen, die häufig in einer Verringerung der Knochenmineraldichte bestehen. Solange keine Anzeichen für eine unmittelbar erhöhte Frakturgefahr bestehen, werden solcheVeränderungen verständlicherweise häufig am Rande zur Kenntnis genommen, da andere Probleme klinisch im Vordergrund stehen. Es sollte hierbei jedoch beachtet werden, dass eine im konventionellen Röntgenbild erkennbare Osteopenie für den noch jungen Betroffenen langfristig Konsequenzen haben kann, da sie im höheren Alter zu einem verfrühten Eintreten einer biomechanisch bedeutsamen Verringerung der Knochenmasse prädisponieren kann. Diese kurze Übersichtsarbeit will anhand einer Auswahl von hereditären und daher naturgemäß sehr seltenen Erkrankungen, bei denen zumindest eine deutliche Osteopenie, meist aber auch eine erhöhte Frakturneigung dokumentiert ist, zeigen, welche Punkte differenzialdiagnostisch beachtet werden müssen und in welcher Beziehung die verschiedenen Pathomechanismen zueinander stehen.
Diagnostik der atraumatischen Femurkopfnekrose des Erwachsenen
Authors: Reppenhagen S. , Rackwitz L. , Kenn W. , Roth A. , Goebel S. , Rudert M. , Nöth U. 
Published: August 2018

ZusammenfassungEine frühe Diagnose der atraumatischen Femurkopfnekrose ermöglicht einen frühzeitigen Therapiebeginn und damit verbunden eine bessere Prognose. Die radiologische Abklärung bei Verdacht auf eine atraumatische Femurkopfnekrose ist dabei essenziell. Die bildgebende Diagnostik sollte mit konventionellen Röntgenbildern beider Hüftgelenke beginnen, um Differenzialdiagnosen auszuschließen. Die Magnetresonanztomografie (MRT) ist heute das bildgebende Verfahren der Wahl, mit der höchsten Sensitivität und Spezifität. Mit Hilfe der multiplanaren Computertomografie (CT) kann das Vorliegen einer subchondralen Fraktur am sichersten erfasst werden. Für diese Fragestellung ist die CT der MRT derzeit noch überlegen. Die Skelettszintigrafie sollte nur noch in Ausnahmefällen eingesetzt werden, in denen Kontraindikationen für eine MRT bestehen. Die bildgebende Diagnostik mittels Röntgen, MRT und CT erlaubt eine genaue Stadieneinteilung nach der ARCO-Klassifikation und ermöglicht es, den Patienten frühzeitig einer stadiengerechten Therapie zuzuführen.
Diffraction Enhanced Imaging
Authors: Coan P. , Bravin A. , Stößel M. , Muehleman C. , Mollenhauer J. , Wagner A. 
Published: August 2018

ZusammenfassungDiffraction Enhanced Imaging (DEI) ist ein auf Röntgenstrahlen basierendes neues Bildgebungsverfahren, das als Phasenkontrasttechnik eine brillante Darstellung der Knochen, Gelenke und Weichteile ermöglicht. Die Potenz dieses Verfahrens als DEI-CT zur Diagnostik von Veränderungen der Spongiosaarchitektur wird am Beispiel der Femurkopfnekrose dargestellt. Das Verfahren beruht auf einer selektiven Aufzeichnung von gebeugten Röntgenstrahlen und der anschließenden Berechnung von Differenzoder Summationsbildern. Diese Sekundärbilder stellen nicht nur eine physikalische Abbildung des Objekts dar, sondern sind für den morphologisch orientierten Betrachter hochauflösende Darstellungen des menschlichen Körpers, die Ansätze histologieäquivalenter Abbildungen beinhalten.
Die Osteoporose des Mannes
Authors: Hamann C. , Tsourdi E. , Hofbauer L. c. 
Published: August 2018

ZusammenfassungDer männlichen Osteoporose liegt häufig eine sekundäre Osteoporose zugrunde. Die niedrige Knochendichte mit Veränderungen der Mikroarchitektur des Knochens, die zu Fragilitätsfrakturen führt, wird dabei meist durch eine zugrunde liegende Erkrankung oder Medikation verursacht. Das Vorliegen einer männlichen Osteoporose muss insbesondere dann vermutet werden, wenn Fragilitätsfrakturen bei jungen Männern auftreten oder geringe Knochendichtewerte vorliegen. Es sollte zunächst eine ausführliche Krankengeschichte erhoben werden und eine klinische Untersuchung mit Basis-Labordiagnostik erfolgen. Dadurch können klinische Risikofaktoren, osteoporoseinduzierende Medikamente, ursächliche endokrine, gastroenterologische, hämatologische oder rheumatische Erkrankungen erkannt und mit spezifischeren Untersuchungen bestätigt werden. Die Knochendichtemessung mittels DXA-Messung an der Hüfte und der Wirbelsäule ist der entscheidende und wegweisende diagnostische Test. Zum Nachweis bereits eingetretener Wirbelkörperfrakturen empfiehlt sich eine Röntgenuntersuchung der Wirbelsäule (Brustwirbelsäule/Lendenwirbelsäule) in zwei Ebenen. Die Therapie der sekundären Osteoporose beinhaltet neben der spezifischen antiresorptiven Therapie immer die Therapie der zugrunde liegenden Erkrankung,insbesondere aber die Beendigung oder Modifikation osteoporosefördernder Medikamente.
Mechanobiology of bone cells
Authors: Rychly J. 
Published: August 2018

SummaryBone mass, morphology and properties of the bone material are regulated by the functions of osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts. These cells respond directly or indirectly to mechanical forces from the environment with the expression of differentiation markers, proliferation or release of bioactive factors. Osteocytes appear to be an important regulator for the adaptation of bone to changes in the mechanical environment. Mesenchymal stem cells which are located in bone marrow can be mechanically stimulated to differentiate into osteoblasts and chondrocytes but not to adipocytes. Integrin receptors are the principal mediators of mechanical forces and induce a signal transduction. The conversion of mechanical signals into biochemical signals is facilitated by unfolding of proteins to expose binding sites. Implant materials offer the opportunity to control the mechanical stimulation of cells by modifying the rigidity, geometry of adhesion sites, and the 3D-environment.
Muskuloskelettale Anpassung bei Immobilisation
Authors: Felsenberg D. 
Published: August 2018

ZusammenfassungJulius Wolff hatte schon 1892 in seinem “Das Gesetz der Transformation der Knochen” beschrieben, dass der Knochen sich seiner Funktion anpasst. In Studien zur Immobilität (Bed-Rest-Studien) wird dokumentiert, dass der Knochen innerhalb weniger Stunden bis Tage seinen Metabolismus anpasst, sobald die Verformung (Strain) des Knochens abnimmt oder zunimmt. Während die Knochenmarker diese Änderung des Metabolismus unmittelbar anzeigen, ändert sich die Knochenmasse deutlich langsamer und es können erst nach ca. 40 Tagen signifikante Änderungen nachgewiesen werden. Dem schnellen Knochenabbau bei Beginn einer Immobilisation folgt ein langsamer Knochenaufbau nach Wiederbelastung. Da der Knochen seine Last zu über 90 % durch die Muskelkraft erfährt und nicht durch das Körpergewicht, ist die Muskelkraft ein wichtiger Stimulator für den Knochenaufund -abbau. Bei Immobilisation, Paraplegie und anderen Muskelfunktionsstörungen kann die Knochendichte um bis zu 75 bis 80 % abfallen. Durch lebenslanges Muskelkrafttraining kann die Muskelkraft und damit auch die Knochenmasse erhalten werden, was am Beispiel der Studie mit Master-Athleten bewiesen werden konnte. Für die Stimulation des Knochens ist die Muskelkraft und nicht die Muskelausdauer entscheidend. Demzufolge ist auch im hohen Alter noch ein Krafttraining empfehlenswert.