Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Recreation. Games. Sports. Corp. expression --- architecture [discipline] --- public buildings [governmental buildings] --- infrastructure --- Antwerp [Province] --- entertainment and recreation spaces

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Proteïne tau is een microtubule-geassocieerd proteïne (MAP) dat verantwoordelijk is voor de stabilisatie en de ordening van microtubuli (MT) in het centraal zenuwstelsel. De binding van proteïne tau is onderhevig aan complexe regulatie door fosforylering. Het fysiologisch belang van proteine tau is in negatieve zin geïllustreerd door een pleiade van neurodegeneratieve ziekten, gezamenlijk tauopathieën genoemd, met onder andere Frontotemporale Dementie en de ziekte van Alzheimer. Tauopathieën worden gekarakteriseerd door intraneuronale accumulatie van “paired helical filaments” (PHF) bestaande uit proteïne tau dat steeds overmatig gefosforyleerd is, hetgeen wijst op een belangrijke bijdrage van fosforylering in het pathologische proces van alle tauopathieën. De kinasen GSK-3b and cdk5 zijn belangrijke kinasen van proteine tau in vivo , maar hun exacte rol en bijdrage, vooral van cdk5, blijft echter dubbelzinnig en zelfs controversieel. De bijdrage van pathologische conformaties aan de aggregatie van proteïne tau werd gesuggereerd, maar een definitief moleculair verband tussen fosforylering, conformatie-verandering en aggregatie van proteïne tau moet nog experimenteel bewezen worden in relevante fysiologische omstandigheden. De ziekte van Alzheimer, de meest voorkomende tauopathie, wordt vermoedelijk veroorzaakt door de vorming en accumulatie van kleine aggregaten van de amyloïde peptiden. Klinische mutaties in het gen dat codeert voor proteïne tau, veroorzaken niet de ziekte van Alzheimer maar Frontotemporale Dementie (FTD), een gevarieerde groep van autosomaal, dominant overerfbare tauopathieën. De afwezigheid van amyloïde plakken in FTD bewijst dat disfunctie van proteïne tau op zichzelf neurodegeneratie kan veroorzaken zonder amyloïed pathologie. Bovendien wordt de tauopathie in de ziekte van Alzheimer voorgesteld als de “executeur” van neuronen onder druk van de amyloïed pathologie. Deze werk-hypothese draagt onze studies naar de mechanismen van het ontstaan van amyloïed en tau-pathologie in cellulaire systemen en in transgene muizen, als experimentele modellen. Om fundamentele vragen te beantwoorden betreffende de bijdrage van proteïne kinasen, fosfatasen, chaperones,... in tauopathieën, blijft analyse van de hersenen van patiënten belangrijk. Ante mortem en post mortem effecten kunnen echter vele parameters beïnvloeden zoals proteolyse en defosforylering, waardoor resultaten dubbelzinnig en moeilijk te interpreteren worden. Transgene muizen blijven het meest belangrijke diermodel om zowel vroege als late aspecten en de progressie van de neurodegeneratieve ziekte te onderzoeken. Buiten de lange generatietijd en de hoge kosten is de complexiteit van de hersenen met zijn heterogene celpopulatie een belangrijk nadeel waardoor definiëring van moleculaire mechanismen belemmerd wordt. Gistcellen zijn het minst complexe eukaryotisch organisme dat desondanks de relevante signaaltransductiepaden en kinasen, o.a. functionele homologen van GSK-3b en cdk5, bevat. De sterke structurele en functionele gelijkenis met de tegenhangers in zoogdieren spoorde ons aan om humaan proteïne tau tot expressie te brengen in gist om de fosforylering ervan te bestuderen. De gehumaniseerde giststammen geven niet enkel belangrijke fundamentele inzichten maar worden bovendien aangewend en toegepast om de effecten van gekende en experimentele farmaca voor eventuele behandeling voor tauopathieën nader te bepalen. We hebben aangetoond dat humane tau isovormen die tot expressie gebracht werden in gist, pathologische fosfo-epitopen verwierven, een pathologische conformatie aannamen en aggregaten vormden. Deze eigenschappen werden gemoduleerd door gistkinasen Mds1 en Pho85, de orthologen van zoogdier kinasen GSK-3b en cdk5, respectievelijk. Inactiveren van Mds1 leidde tot een vermindering van tau-fosforylering op Ser396/Ser404 (AD2) and Ser409 (PG5). Deficiëntie van Pho85 verhoogde verrassend genoeg de fosforylering van tau-4R, samen met de vorming van pathologische conformatieverandering en een 40-voudige verhoging van tau aggregatie. Oplosbaar proteïne tau dat gezuiverd werd uit gist zonder Pho85, vormde spontaan en snel tau filamenten in vitro . Verdere fractionering van tau met behulp van een anionen-uitwisselaar leverde een hyper-gefosforyleerde monomere subfractie, genaamd hP-tau/MC1, met een lage elektroforetische mobiliteit en aangerijkt in alle belangrijke pathologische epitopen, inclusief de conformationele epitoop van MC1. Geïsoleerd hP-tau/MC1 versnelde in vitro aggregatie van wild-type tau-4R, hetgeen de functionele capaciteit om tau aggregatie te veroorzaken bewijst, alsook zijn structurele stabiliteit. Introductie van een FTDP-17 mutatie in tau resulteerde in een verminderde fosforylering van C-terminale aminozuren in tau-R406W en in mindere mate in tau-P301L. Ondanks deze vermindering hadden de meeste mutanten een verhoogde neiging tot het vormen van pathologische conformaties met vervolgens verhoogde aggregatie van tau in de gist-cellen. Mds1-deficiëntie veroorzaakte een vermindering van tau-aggregatie voor tau-G272V, -N279K, -DK280 and -P301L wat aantoont dat ook de aggregatie van deze mutanten in gist afhankelijk blijft van de fosforylering aan de C-terminus. Tau-R406W is de belangrijke uitzondering omdat de aggregatie van deze mutant onafhankelijk bleek te zijn van Mds1 activiteit wat suggereert dat de R406W-mutatie structurele veranderingen veroorzaakt die fosforylering aan de C-terminus imiteren. Tenslotte hebben we ons onderzoek uitgebreid naar de biochemische en fysiologische eigenschappen van proteïne tau, te weten de binding aan MT in relatie tot zijn pathologische rol bij tauopathieën, waarbij de rol van fosforylering en aggregatie van tau betrokken werd. Recombinante tau isovormen werden geïsoleerd uit wild-type, mds1 D and pho85 D gist om hun binding aan taxol-gestabiliseerde MT te bestuderen in relatie tot zijn fysiologische fosforylatie-patroon. Binding van wild-type tau-4R was afhankelijk van de fosforylatie-graad omdat defosforylering de binding drastisch verhoogde. Binding van tau, gefosforyleerd door en geïsoleerd uit de mds1 D giststam was verbeterd in vergelijking met tau geïsoleerd uit wild-type gist. Daarentegen was de fosforylering van tau in en geïsoleerd uit Pho85-deficiënte gist drastisch verhoogd wat resulteerde in sterk verminderde binding aan MT. De geïsoleerde hP-tau/MC1-fractie was niet in staat om aan de MT te binden, en bleek bovendien spontaan te aggregeren, hetgeen deze fractie als zeer pathologisch karakteriseert. Verrassend was de sterk verhoogde binding van tau-P301L geïsoleerd uit zowel wild-type, als mds1 D en pho85 D cellen, aan MT, veel sterker dan normaal tau-4R geïsoleerd uit dezelfde gist-stammen. Analyse door atomaire kracht-microscopie toonde aan dat deze hoge schijnbare binding van tau-P301L voor het grootste deel te wijten was aan aggregatie op het oppervlak van de MT, wat bovendien ook vervorming en bundeling van de MT veroorzaakte. Deze gegevens kunnen de granulaire tau-aggregaten verklaren die gevonden werden in neuronale uitlopers van tauopathie patiënten. Het nabootsen van de hyper-fosforylering, de conformatie-verandering en de aggregatie van wild-type tau en van FTDP-17 mutant tau in gistcellen liet een analyse toe van de mechanismen die op humaan proteïne tau werkzaam zijn in dit cellulaire model. Bovendien werden fysiologische fosforylering door specifieke cellulaire kinasen en hun effect op binding aan Mt met pathologische conformatie-verandering en aggregatie van proteïne tau, in direct verband gebracht. De isolatie van de unieke hyper-gefosforyleerde, conformationeel veranderde tau isovorm (hP-tau/MC1) die in staat is om tau aggregatie te veroorzaken en niet in staat aan MT te binden, is een belangrijke stap in ons fundamenteel onderzoek naar de moleculaire gebeurtenissen die leiden tot tauopathieën. Protein tau is a microtubule-associated protein (MAP) responsible for the stabilization and the spacing of microtubules (MT) in the central nervous system. The binding of protein tau to MT is subject to complex regulation by phosphorylation. The physiological importance of protein tau is negatively exemplified by the diverse group of neurodegenerative diseases termed tauopathies, including Frontotemporal Dementia (FTD) and Alzheimer's disease (AD). Tauopathies are characterized by intraneuronal accumulation of “paired helical filaments” (PHF) composed of protein tau, invariably "hyper-phosphorylated", suggesting an important contribution of excessive phosphorylation to the pathological process in all tauopathies. The kinases GSK-3b and cdk5 have been implicated as major tau kinases in vivo . However, their exact role and especially the contribution of cdk5 remains ambiguous and even controversial. A contribution of pathological tau conformations to tau aggregation has been suggested, but a definite molecular link remains to be established between phosphorylation, conformational changes and aggregation of human protein tau in relevant physiological conditions. AD, the most frequent tauopathy, is most likely triggered by the formation and/or accumulation of small aggregates of amyloid peptides. Clinical mutations in the tau gene do not cause AD but Fronto-temporal Dementia (FTD), a varied group of autosomal, dominantly inherited tauopathies. The complete absence of amyloid plaques in FTD, indicates that dysfunction of protein tau in itself can cause neurodegeneration independent of amyloid or other pathology. Thereby, the tauopathy in AD is proposed to be the "executer", triggered by amyloid, which is our work-hypothesis in the study of the underlying mechanisms of the origin of amyloidosis and tauopathy in different cellular and animal models. To answer fundamental questions concerning the contribution of protein kinases, phosphatases, chaperones,… in tauopathies, the analysis of brain of patients remains most important. However, ante mortem and post mortem effects do influence many parameters including proteolysis and de-phosphorylation as the most important, results are often ambiguous and difficult to interpret. Transgenic mice remain the most important animal model for analyzing in vivo , both early and late aspects and the progressive parameters of neurodegeneration. Besides the long generation time and the high cost, a major disadvantage of transgenic mice, is the complexity of their brain with a heterogeneous cell population, which hampers the definition of molecular mechanisms. Yeast cells are the least complex of all eukaryotic organisms, containing nevertheless most signalling pathways and the relevant kinases, including GSK-3b and cdk5. The strong resemblance, both structurally and functionally, to their mammalian counterparts, incited us to express human protein tau in yeast to study phosphorylation. These yeast strains not only provide important fundamental insights but are moreover being applied to screen, develop and evaluate chemical compounds for eventual treatment of tauopathies. We demonstrated that human tau isoforms expressed in yeast acquired pathological phospho-epitopes, assumed a pathological conformation and formed aggregates. These characteristics were modulated by yeast kinases Mds1 and Pho85, the orthologues of mammalian kinases GSK-3b and cdk5, respectively. Inactivation of Mds1 resulted in a decrease of tau phosphorylation at Ser396/Ser404 (AD2) and Ser409 (PG5). Surprisingly, Pho85 deficiency increased phosphorylation of tau-4R, concomitant with increased conformational change and a 40-fold increase in aggregation. Soluble protein tau, purified from yeast lacking PHO85 , spontaneously and rapidly formed tau filaments in vitro . Further fractionation of tau by anion exchange chromatography yielded a hyperphosphorylated monomeric subfraction, termed hP-tau/MC1, with slow electrophoretic mobility and enriched in all major pathological epitopes, including conformational epitope of MC1. Isolated hP-tau/MC1 vastly accelerated in vitro aggregation of wild-type tau-4R, demonstrating its functional capacity to initiate aggregation, as well as its structural stability. Introducing FTDP-17 mutations in tau resulted in a decreased phosphorylation at C-terminal residues of tau-R406W and tau-P301L, to a lesser extent. Despite this decrease in phosphorylation, most tau mutants have an increased tendency to form pathological tau conformers and subsequently tau aggregation in yeast. Mds1 deficiency caused a decrease of tau aggregation of tau-G272V, -N279K, -DK280 and -P301L, suggesting that aggregation of some mutants of tau remain dependent on C-terminal phosphorylation in yeast. Tau-R406W is the major exception since aggregation of this mutant was independent of Mds1 activity, indicating that the R406W mutation causes structural changes of tau, mimicking phosphorylation at the C-terminus. Finally, we extend our studies to the biochemical and physiological characteristics of protein tau, i.e. the binding to microtubules, in relation to its pathological role in the human tauopathies, known to involve phosphorylation and aggregation. Recombinant tau isoforms were isolated from wild-type, mds1 D and  pho85 D yeast to study their binding to taxol-stabilized mammalian MT in relation to their physiological phosphorylation patterns. Binding of wild-type tau-4R was dependent on the extent of phosphorylation, since dephosphorylation of tau increases tau binding. Binding of phosphorylated tau-4R isolated from mds1 D yeast, was improved compared to tau isolated from the wild-type yeast strain. In contrast, phosphorylation of tau-4R in and isolated from Pho85-deficient yeast was dramatically increased, which resulted in very poor binding to MT. The isolated hP-tau/MC1 fraction was completely devoid of MT-binding. Surprisingly, tau-P301L isolated from wild-type, mds1 D and pho85 D cells bound much better to MT than tau-4R isolated from the same yeast strains. Analysis by atomic-force microscopy demonstrated that the high apparent binding of tau-P301L was largely due to aggregation on the MT-surface, also causing deformation and bundling of MT. These data could explain the granular tau aggregates in neuronal processes in tauopathies observed in patients. Combined, the recapitulation of hyper-phosphorylation, conformation and aggregation of wild-type tau isoforms or FTDP-17 mutants of tau in yeast cells, allowed analysis of mechanisms that act on human protein tau in this cellular model. Moreover, physiological actions of phosphorylation by specified cellular kinases can directly be linked to MT-binding and pathological aggregation of human protein tau. The isolation of the unique hyper-phosphorylated, conformationally changed tau isoform (hP-tau/MC1) that initiates tau-aggregation and fails to bind to MT is a major step forward in our fundamental research of the events leading to tauopathies and will be subject to further investigation. Hersenen bestaan vooral uit circuits van neuronen die met elkaar en met de rest van het lichaam contact houden via uitlopers, die in geval van axonen zeer lang kunnen zijn. Zowel voor hun struktuur als voor transport van alle belangrijke stoffen en eiwitten zijn de microtubuli (MT, polymeren van tubuline) belangrijk en kunnen ze als intracellulaire “spoorwegen” beschouwd worden. De stabiliteit van MT wordt bepaald door MT geassocieerde proteïnen (MAP), waaronder proteïne tau. Hun binding aan MT wordt geregeld door fosforylering door specifieke enzymen, kinasen genoemd. Tauopathieën zijn ouderdoms-gerelateerde hersenziekten, met de ziekte van Alzheimer meest frekwent, waarbij in de neuronen neerslagen van proteïne tau ontstaan. Hierin is het proteïne tau meer dan normaal gefosforyleerd en bovendien foutief opgevouwen. Om fundamentele vragen te beantwoorden over de ontstaans-mechanismen van tauopathieën blijft analyse van hersenen van patiënten belangrijk, maar deze geven enkel informatie over de late stadia. Dit probleem wordt in belangrijke mate opgelost door modellen te ontwikkelen in cellen en dieren, die echter elk hun eigenheden met voor- en nadelen vertonen. Gisten zijn echte eukaryote cellen die minder complex zijn dan neuronen en belangrijke voordelen vertonen, vooral in de vergelijkbare fosforylering van proteïnen als zoogdiercellen, naast het gemak van genetische manipulering. Daarom hebben wij "gehumanizeerde" gist-cellen als model voor tauopathie geëvalueerd en gevalideerd. In een eerste fase werd normaal menselijk proteïne tau tot expressie gebracht in gist en aangetoond te worden ge-fosforyleerd, zelfs "pathologisch" zoals in tauopathieën. Door uitschakelen van kinasen die homoloog zijn aan de menselijke kinasen, GSK-3b en cdk5, werd de fosforylering van proteïne tau grondig gewijzigd. Bovendien werd in afwezigheid van gist kinase Pho85 (equivalent aan humaan

Academic collection --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Het da Vinci Xi chirurgisch robotsysteem van Intuitive Surgical Inc. wordt gebruikt in een breed scala van minimaal invasieve chirurgie. De vier robotarmen kunnen uitgerust worden met gespecialiseerde EndoWrist instrumenten die de chirurg in staat stellen om met meer behendigheid operaties uit te voeren. Intuitive Surgical ontwierp ook een minder complexe da Vinci onderzoekskit welke bestaat uit onderdelen van de eerste generatie van het da Vinci systeem. Deze onderzoeksopstelling is speciaal ontworpen voor onderzoeksinstellingen en universiteiten en wordt gebruikt voor onderzoek in niet-klinische omgevingen. De Katholieke Universiteit van Leuven (KU Leuven) heeft niet geappliqueerd voor deze kit aangezien ze zelf de volledige controle over het design wenst te hebben. Deze thesis focust op het ontwerpen van een aandrijfmechanisme voor de EndoWrist Xi chirurgische instrumenten gebruikt in het da Vinci Xi systeem. De robotarmen en andere aspecten van het da Vinci systeem worden buiten beschouwing gelaten. Het Maryland Bipolar Forceps instrument wordt gebruikt als referentie. Een mechanische aandrijving met capstan kabeloverbrenging en gespecialiseerd instrument koppelmechanisme werd ontworpen. Vier motoren worden gebruikt om de vier vrijheidsgraden van de eindeffector (roll, pitch, yaw en open/dicht) aan te sturen. Om het instrument op een gecontroleerde manier aan te sturen werd een controle programma ontworpen. Dit controle-algoritme werd geschreven door gebruik te maken van de grafische programmeeromgeving LabVIEW van National Instruments. De motoren worden aangestuurd met behulp van EPOS2 motor drives van maxon motors, dewelke worden verbonden met een CompactRIO controller van National Instruments. Deze CompactRIO staat op zijn beurt in verbinding met het controle programma. De communicatie tussen de verschillende modules gebeurt volgens het CANopen bus-systeem. Om een beter beeld te scheppen van de mogelijke bewegingen van het EndoWrist instrument werden de voorwaartse kinematica en de Jacobiaan brekend. Deze worden gebruikt voor het analyseren van het werkingsgebied en de manipuleerbaarheid van het instrument. Door de interne kabeloverbrenging van de EndoWrist instrumenten is er een samenhang tussen de verschillende vrijheidsgraden. Om deze samenhang te kwantificeren werd een experiment uitgevoerd. Aan de hand van de resultaten uit dat experiment werd een omzettingsalgoritme opgesteld en geïmplementeerd in het controleprogramma. Dit algoritme zorgt ervoor dat de ongewenste bewegingen weggefilterd worden. Een functioneel prototype werd gebouwd en getest. Het ontwerp werd onderworpen aan een speling-analyse op het overbrengingsmechanisme, alsook aan een algemene nauwkeurigheidstest van het volledige systeem. Hieruit kon besloten worden dat de opstelling voldoende functioneerde maar dat nog enkele verbeteringen aan het design uitgevoerd kunnen worden. Zo kan bijvoorbeeld het controleprogramma verbeterd worden om een nauwkeurigere aansturing te bekomen, maar ook algemene vereenvoudigingen zoals een ideale motorselectie met vereenvoudigde elektronica en de mogelijkheid om haptische feedback te creëren zouden toegevoegd kunnen worden.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In deze paper wordt een nieuwe pneumatische stappenmotor beschreven, ontworpen als alternatief voor elektrische varianten, met oog op de medische sector, chirurgische robots en MIS (Minimaly Invasive Surgery). Voor de specifieke toepassing, beschreven in paper [3], moet de motor een koppel van 150 mNm leveren, een resolutie van 0,36 °/stap hebben, een toerental van 30 tot 50 tpm kunnen ontwikkelen en zo klein mogelijke afmetingen hebben. Uit een literatuurstudie zijn de ontwerpen beschreven door V. Groenhuis et al. [9] als meest veelbelovend naar voren gekomen. Uit verschillende aanpassingen, vele iteraties en tests is een compact, veelzijdig ontwerp ontstaan: de dubbelzijdig geactueerde in-lijn pistonmotor. Het ontwerp wordt getypeerd door hoog koppel, goede nauwkeurigheid en flexibiliteit, maar een lage snelheid. Het ontwerp is geschikt om geproduceerd te worden met behulp van additive manufacturing, hetgeen bijdraagt aan zijn flexibiliteit. In vergelijking met de R-25 motor van Groenhuis et al.[9] levert de nieuw ontworpen motor, aanvankelijk met gelijkaardige specificaties, een hoger maximaal koppel van 190 mNm bij 0,15 MPa in vergelijking met 100 mNm bij 0,16 MPa voor de R-25 motor. Het volume van de dubbelzijdige motor is groter dan de R-25 motor, de afmetingen zijn echter veelzijdiger omwille van zijn langwerpige vorm. Het grote nadeel van de motor is zijn snelheid, beperkt tot 83 tpm in vergelijking met de R-25 motor die 231 tpm behaalt. Dit is vooral door de beperkte prestaties van de gebruikte dichtingen, die veel wrijving veroorzaken om voldoende afdichting te verkrijgen. In tweede instantie is het ontwerp van de dubbelzijdige in lijn piston motor theoretisch toegepast voor de specifieke applicatie [3]. Gebruik makende van een externe tandwielkast met reductie van 17:1 behaalt deze motor de vereiste resolutie van 0,36 °/stap, overtreft het gewenste koppel van 150 mNm en overschrijdt de gespecificeerde afmetingen slechts in geringe mate, met een breedte van 13 mm. De motor is echter opnieuw beperkt door zijn snelheid, theoretisch beperkt tot 18 tpm, lager dan de vereiste 30 tpm. Algemeen gezien kan de nieuw ontworpen motor met compacte afmetingen een hoog koppel en goede nauwkeurigheid bereiken. Wanneer nauwkeurigheid van minder belang is kan de motor een degelijke snelheid behalen. Haar flexibiliteit maakt dat ze een geschikte kandidaat is voor verschillende toepassingen met uiteenlopende vereisten, waar pneumatische over elektrische aandrijving verkozen wordt. Met verder onderzoek naar het concept in het algemeen en verbetering van de dichtingen heeft het ontwerp aanzienlijk potentieel.