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25.26: Glossar: I - Biologie

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25.26: Glossar: I

Die grafische Notation der Systembiologie

Schaltpläne und Unified Modeling Language-Diagramme sind nur zwei Beispiele für visuelle Standardsprachen, die die Arbeit beschleunigen, indem sie Regelmäßigkeit fördern, Mehrdeutigkeiten beseitigen und Softwaretool-Unterstützung für die Kommunikation komplexer Informationen ermöglichen. Ironischerweise fehlt es der Biologie trotz eines der höchsten Verhältnisse von grafischen zu textuellen Informationen immer noch an grafischen Standardnotationen. Die jüngste Flut an biologischen Erkenntnissen macht es zu einem dringenden Anliegen, dieses Defizit anzugehen. Zu diesem Zweck präsentieren wir die Systems Biology Graphical Notation (SBGN), eine visuelle Sprache, die von einer Gemeinschaft von Biochemikern, Modellierern und Informatikern entwickelt wurde. SBGN besteht aus drei komplementären Sprachen: Prozessdiagramm, Entity-Relationship-Diagramm und Aktivitätsflussdiagramm. Zusammen ermöglichen sie es Wissenschaftlern, Netzwerke biochemischer Interaktionen auf standardisierte und eindeutige Weise darzustellen. Wir glauben, dass SBGN die effiziente und genaue Darstellung, Visualisierung, Speicherung, den Austausch und die Wiederverwendung von Informationen über alle Arten von biologischem Wissen fördern wird, von der Genregulation über den Stoffwechsel bis hin zur zellulären Signalübertragung.

“Un bon croquis vaut mieux qu'un long discours” („Eine gute Skizze ist besser als eine lange Rede“), sagte Napoleon Bonaparte. Dieser Anspruch trifft nirgendwo so zu wie bei technischen Illustrationen. Diagramme beanspruchen auf natürliche Weise angeborene kognitive Fähigkeiten 1 , die der Mensch schon vor der Zeit unserer höhlenzeichnenden Vorfahren besaß. Kein Wunder, dass wir uns in jedem Bereich an sie wenden. Wie bei geschriebenen menschlichen Sprachen erfordert die Kommunikation mit Diagrammen, dass sich Autor und Leser über Symbole, Regeln für deren Anordnung und die Interpretation der Ergebnisse verständigen. Die Etablierung und der weit verbreitete Gebrauch von Standardnotationen haben viele Bereiche gedeihen lassen. Aus der heutigen Elektronikindustrie mit ihren leistungsstarken, visuell orientierten Design- und Automatisierungswerkzeugen ist kaum noch wegzudenken, ohne zuvor Standardnotationen für Schaltpläne etabliert zu haben. In der Biologie war dies nicht der Fall 2 . Trotz des visuellen Charakters eines Großteils des Informationsaustauschs war das Feld von Ad hoc grafische Notationen, die zwischen verschiedenen Forschern, Veröffentlichungen, Lehrbüchern und Softwaretools wenig gemeinsam haben. Es existierte keine einheitliche visuelle Sprache zur Beschreibung biochemischer Interaktionsnetzwerke, inter- und intrazellulärer Signalgen-Regulation – Konzepte, die den Kern eines Großteils der heutigen Forschung in der Molekular-, System- und synthetischen Biologie bilden. Einem Standard am nächsten kommt die Notation, die seit langem in vielen Stoffwechsel- und Signalwegkarten verwendet wird, aber in Wirklichkeit fehlt sogar die Einheitlichkeit zwischen den Quellen und sie leidet unter unerwünschten Mehrdeutigkeiten (Abb. 1). Darüber hinaus waren die vorhandenen vorläufigen Darstellungen, so gut sie auch gestaltet waren, mehrdeutig und nur für spezifische Bedürfnisse geeignet, wie die Darstellung von Stoffwechselnetzwerken oder Signalwegen oder der Genregulation.

(ein) Acht verschiedene Bedeutungen, die mit demselben Symbol in einer Tabelle verbunden sind, die die Rolle von Cyclin bei der Zellregulation beschreibt (http://www.abcam.com/ps/pdf/nuclearsignal/cell_cycle.pdf). (B) Neun verschiedene Symbole, die in der Literatur gefunden wurden, um dieselbe Bedeutung darzustellen. (C) Fünf verschiedene Darstellungen der MAP-Kinase-Kaskade, die in der wissenschaftlichen Literatur zu finden sind und die progressiven Niveaus des biologischen und biochemischen Wissens darstellen. Von links nach rechts: Beziehungen 30 , Wirkungsrichtung 31 , Wirkungsrichtung 32 , biochemische Wirkung 33 , chemische Reaktionen 34 . Im letzten Diagramm repräsentieren verschiedene Instanzen eines identischen Pfeilspitzenstils Katalyse, Produktion und Hemmung.

Die Ära der Molekularbiologie und in jüngerer Zeit der Aufstieg der Genomik und anderer Hochdurchsatztechnologien haben eine erstaunliche Zunahme der zu interpretierenden Daten mit sich gebracht. Es begünstigte auch den routinemäßigen Einsatz von Software, um Hypothesen zu formulieren, Experimente zu entwerfen und Ergebnisse zu interpretieren. Als eine Gruppe von Biochemikern, Modellierern und Informatikern, die in der Systembiologie arbeiten, glauben wir, dass die Einführung von grafischen Standardnotationen ein wichtiger Schritt zu einer effizienteren und genaueren Übertragung von biologischem Wissen zwischen unseren verschiedenen Gemeinschaften ist. Zu diesem Zweck haben wir 2005 das Projekt SBGN initiiert, mit dem Ziel, eine systematische und eindeutige grafische Notation für Anwendungen in der Molekular- und Systembiologie zu entwickeln und zu standardisieren.

Historische Vorläufer

Die grafische Darstellung biochemischer und zellulärer Prozesse wurde bereits vor 60 Jahren in biochemischen Lehrbüchern verwendet 3 und erreichte einen Höhepunkt in den handgezeichneten Wandtafeln von Nicholson 4 und Michal 5 . Diese Graphen beschreiben die Prozesse, die eine Menge von Eingaben in eine Menge von Ausgaben umwandeln, im Endeffekt Prozess- oder Zustandsübergangsdiagramme. Dieser Stil wurde in den ersten Datenbanksystemen emuliert, die metabolische Netzwerke darstellten, darunter EMP 6 , EcoCyc 7 und KEGG 8 . Weitere Notationen wurden aufgrund ihrer Implementierung in spezialisierten Softwarewerkzeugen wie Pfad- und Netzwerkdesignern (z. B. NetBuilder 9, Patika 10, JDesigner 11, CellDesigner 12) "definiert". Diese grafischen Notationen waren nicht standardisiert, und ihr Verständnis beruhte hauptsächlich darauf, Beispiele mit dem bereits vorhandenen Wissen über biochemische Prozesse in Verbindung zu bringen. Obwohl die klassischen Graphen Informationen über die Biochemie angemessen vermittelten, wurden andere Arten von Diagrammen benötigt, um Signalwege und unvollständige oder indirekte Informationen darzustellen, die aus der Molekularbiologie oder Genomik stammen. Diese Konventionen ahmten effektiv die von Biologen verwendeten empirischen Notationen nach, die entweder die Beziehungen zwischen den Elementen 13,14 oder den Aktivitäts- oder Einflussfluss 15,16,17 beschreiben. Anschließend wurden Listen von Standard-Glyphen (Kasten 1) zur Darstellung identifizierter Konzepte bereitgestellt. Die Bemühungen, ein starr definiertes Schema zu erstellen, wurden von Kurt Kohn mit seinen Molecular Interaction Maps (MIM) vorangetrieben, die nicht nur eine Reihe von Symbolen, sondern auch eine Syntax zur Beschreibung von Wechselwirkungen und Beziehungen von Molekülen definiert 18,19 . Die MIM-Notation beeinflusste andere Vorschläge 14 . Es folgten mehrere Vorschläge zur Beschreibung von Prozessdiagrammen, nicht nur mit Standardsymbolen, sondern auch mit definierten Grammatiken 20,21,22,23 .

Trotz der Popularität einiger der oben genannten Bemühungen hat keine der Notationen den Status eines Gemeinschaftsstandards erlangt. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die Bemühungen nur so weit gingen, Notationen vorzuschlagen oder in Software zu implementieren. Mehrere von uns waren an der Entwicklung der Systems Biology Markup Language (SBML) 24 beteiligt, aus der wir gelernt haben, dass die Etablierung eines Standards ohne explizite, konzertierte Bemühungen, eine Gemeinschaft einzubinden und einen Konsens unter den Teilnehmern herzustellen, äußerst schwierig ist. Wir haben das SBGN-Projekt mit dieser Lektion im Hinterkopf organisiert.

Damit SBGN erfolgreich ist, muss es einen Großteil der technischen und praktischen Anforderungen erfüllen und von einer vielfältigen Gemeinschaft von Biologen, Biochemikern, Bioinformatikern, Genetikern, Theoretikern und Softwareingenieuren angenommen werden. Zu Beginn der Projektgeschichte haben wir die folgenden übergreifenden Prinzipien festgelegt, um SBGN in Richtung dieser Ziele zu lenken, geordnet nach einer groben hierarchischen Rangfolge.

frei von geistigen Eigentumsbeschränkungen sein, um die freie Nutzung durch die Gemeinschaft zu ermöglichen

syntaktisch und semantisch konsistent und eindeutig sein

unterstützen die Darstellung verschiedener gemeinsamer biologischer Objekte, ihrer Eigenschaften und ihrer Wechselwirkungen

Halten Sie die Anzahl der Symbole und die Syntax auf ein Minimum, um das Verständnis und das Lernen durch den Menschen zu unterstützen

visuell konsistent und prägnant sein und unterscheidbare Symbole verwenden

Unterstützung der Modularität zur Bewältigung der Diagrammgröße und -komplexität

unterstützen die automatisierte Erstellung von Diagrammen durch Software ausgehend von mathematischen Modellen.

Viele der oben genannten Gestaltungsprinzipien stimmen mit der Forschung zu visuellen Sprachen 25,26 und Studien überein, die darauf abzielen, die Bedürfnisse der Endbenutzer in der Pfadvisualisierung zu verstehen 27 , obwohl wir sie aus unseren gemeinsamen praktischen Erfahrungen mit der Entwicklung von Notationen und Software abgeleitet haben. Zusätzlich zu diesen Prinzipien haben wir auch versucht, viele Probleme zu vermeiden (Tabelle 1), die einige bestehende Notationen betreffen.

SBGN zielt darauf ab, die Konnektivität der Graphen und die Typen der Knoten und Kanten zu spezifizieren, aber nicht das genaue Layout der Graphen. Die Semantik eines SBGN-Diagramms hängt nicht von der relativen Position der Symbole ab. Außerdem kommt es nicht auf Farben, Muster, Schattierungen, Formen und Kantendicken an (Abb. 2). Ebenso sind die Beschriftungen von Symbolen nicht reguliert und müssen nur innerhalb einer Karte eindeutig sein.

Die Semantik eines SBGN-Diagramms hängt nicht von der relativen Position der Symbole oder von Farben, Mustern, Schattierungen, Formen und Kantendicken ab. Daher sind das obere und das untere Diagramm bezüglich SBGN identisch und müssen genauso interpretiert werden. (ein) Prozessdiagramme, die explizit die vier Formen von ERK zeigen, phosphoryliert und nicht phosphoryliert am Tyrosin und am Threonin, sowie die Prozesse der Phosphorylierung durch MEK und die Hemmung von MEK durch Komplexierung mit u0126. Beachten Sie, dass die Hemmung in diesem Diagramm aus der Sequestrierung von MEK hervorgeht und nicht explizit dargestellt wird. Die Phosphorylierungsstellen werden durch Variablen dargestellt, die in diesem Beispiel einfach als 'Y' und 'T' bezeichnet sind (aber im Allgemeinen vom Autor des Diagramms beliebig sein könnten), die die Hauptsymbole für ERK schmücken. (B) Entity-Relationship-Diagramme, die ERK und die Zuordnung seiner Phosphorylierungen (an den Tyrosin- und Threoninresten) sowie die Beziehungen zwischen diesen und MEK und u0126 zeigen. Beachten Sie, dass ERK in diesem Diagramm nur einmal vorkommt, die verschiedenen möglichen Zustände sind nicht explizit dargestellt. (C) Aktivitätsflussdiagramme, die die Aktivierung von ERK durch MEK und die Hemmung von MEK durch u0126 darstellen. In dieser Notation werden nur die relevanten Aktivitäten von u0126, MEK und ERK dargestellt, sowie abstrakte Darstellungen der Einflüsse der Aktivitäten aufeinander, wobei die biochemischen Details weggelassen werden.

Schließlich war von vornherein klar, dass es unmöglich sein würde, von Anfang an eine perfekte und vollständige Sprache zu entwerfen. Abgesehen von der Voraussage, die dies erfordern würde, würde es wahrscheinlich auch eine umfangreiche Sprache erfordern, die die meisten Neuankömmlinge als zu komplex meiden würden. Daher beschloss die SBGN-Community, die Sprachentwicklung in Stufen zu unterteilen. Ein Level in SBGN stellt einen nutzbaren Satz von Funktionalitäten dar, von dem die Benutzergemeinschaft zustimmt, dass er für einen vernünftigen Satz von Aufgaben und Zielen ausreicht. Fähigkeiten und Merkmale, die nicht vereinbart werden können und die als unzureichend kritisch eingestuft werden, um eine Aufnahme in eine bestimmte Ebene zu erfordern, werden auf eine höhere Ebene verschoben. Auf diese Weise soll die SBGN-Entwicklung stufenweise erfolgen, wobei jede höhere SBGN-Ebene im Vergleich zu den darunter liegenden Ebenen reicher wird, während die Kompatibilität nach Möglichkeit beibehalten wird. Darüber hinaus wird uns nur die tatsächliche Verwendung von SBGN-Sprachen sagen, wie gut sie für die verschiedenen beteiligten Gemeinschaften funktionieren, und diese Erfahrung wird sicherlich die Entwicklung der Notation prägen.

Die drei Sprachen von SBGN

Molekulare Einheiten besitzen viele Eigenschaften, die ihre Wechselwirkungen mit anderen Einheiten beeinflussen. Der Versuch, alle möglichen Reaktionen und Interaktionen in einem Diagramm darzustellen, ist oft vergeblich und führt meist zu einem unverständlichen Durcheinander. Die oben beschriebenen unterschiedlichen Notationsstile waren Versuche, diese Komplexität zu kontrollieren, indem nur das präsentiert wurde, was in einem bestimmten Kontext benötigt wurde oder was durch bestimmte Ansichten des Systems verfügbar war 14 . Jede Ansicht konzentriert sich nur auf einen Teil der Semantik des Gesamtsystems und tauscht die Verständlichkeit des Diagramms gegen die Vollständigkeit des biologischen Wissens.

SBGN folgt dieser Strategie und definiert drei orthogonale und komplementäre Diagrammtypen, die als drei alternative Projektionen der zugrunde liegenden komplexeren biologischen Informationen angesehen werden können. Das Prozessdiagramm ist von Notationen im Prozessstil inspiriert und nimmt Ideen aus der Arbeit von CellDesigner 28 und EPE 22 auf. Im Gegensatz dazu basiert das Entity-Relationship-Diagramm weitgehend auf Kohns MIM-Notation 18,19 . Das SBGN-Aktivitätsflussdiagramm stellt nur die Aktivitätskaskade dar, wodurch die Notation ähnlich den reduzierten Darstellungen ist, die in der aktuellen Literatur häufig verwendet werden, um Signalwege und Genregulationsnetzwerke zu beschreiben. In Abbildung 2 veranschaulichen wir die drei Ansichten an einem sehr einfachen Beispiel. Die Eigenschaften der SBGN-Sprachen sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

Die Idee, drei Diagrammtypen zu haben, wirft natürlich die Frage auf, ob diese zumindest in Papierform zu einem zusammengeführt werden könnten. Die Antwort lautet aus mindestens zwei Gründen nein. Erstens würde uns ein einzelner Diagrammtyp zu dem oben beschriebenen Problem des Umgangs mit einer unangemessenen Anzahl von Interaktionen zurückbringen. Zweitens spiegelt jede SBGN-Sprache grundlegende Unterschiede in der zugrunde liegenden formalen Beschreibung der Phänomene wider. Die Bedeutungen sind so unterschiedlich, dass das Zusammenführen von Diagrammtypen ihre Darstellungsrobustheit beeinträchtigen würde.

Die Verwendung mehrerer visueller Sprachen ist in der Technik nicht ungewöhnlich (denken Sie beispielsweise an Blockdiagramme und Schaltpläne in der Elektronik, UML-Klassen, Zustandssequenzen und Bereitstellungsdiagramme in der Softwareentwicklung), und dies unterstützt die Idee, dass drei Untersprachen in SBGN handhabbar sein werden in der Praxis. In SBGN reduziert die gemeinsame Nutzung von Symbolen, die identische Konzepte darstellen, die Unterschiede zwischen den drei Sprachen weiter auf Unterschiede in Syntax und Semantik. Wir glauben, dass dies in Kombination mit einem sorgfältigen Design einige der Schwierigkeiten beim Erlernen von SBGN mildern wird. Es ist jedoch anzumerken, dass die saubere Orthogonalität der Sprachen ihre Überlappung sehr begrenzt macht, hauptsächlich auf modulatorische Bögen und Knotendekorationen.

Ein Prozessdiagramm repräsentiert alle molekularen Prozesse und Wechselwirkungen, die zwischen biochemischen Einheiten stattfinden, und deren Ergebnisse. Diese Art von Diagramm stellt dar, wie Entitäten aufgrund unterschiedlicher Einflüsse von einer Form in eine andere übergehen, und stellt somit die zeitlichen Qualitäten molekularer Ereignisse dar, die bei biochemischen Reaktionen auftreten. Auf diese Weise ist der den Prozessdiagrammen zugrunde liegende Ansatz derselbe wie in den bekannten Lehrbuchzeichnungen von Stoffwechselwegen. Der Hauptnachteil von Prozessdiagrammen besteht darin, dass eine bestimmte Entität im selben Diagramm mehrmals erscheinen muss, wenn sie in mehreren Zuständen existiert. Daher reagiert die Notation empfindlich auf die kombinatorische Explosion möglicher Entitäten und Reaktionen, wie es häufig bei Signalwegen der Fall ist.

Die Spezifikation des SBGN-Prozessdiagramms Level 1 definiert sechs Hauptklassen von Glyphen: Entity-Pool-Knoten, Prozessknoten, Containerknoten, Referenzknoten, Verbindungsbögen und logische Operatoren (Ergänzende Anmerkung 1). In Abbildung 3a zeigen wir ein vollständiges Beispiel eines SBGN-Prozessdiagramms. Die Anzahl der Symbole in der Ebene 1 der SBGN-Prozessdiagrammnotation wurde bewusst begrenzt, damit sie sich leicht einprägen können. Die Notation kann in höheren SBGN-Ebenen angereichert werden (möglicherweise unter Verwendung von Unterklassen von Symbolen).

(ein) Prozessdiagramm, das die Synthese des Neurotransmitters Acetylcholin im synaptischen Knopf einer Nervenendigung, seine Freisetzung im synaptischen Spalt, den Abbau im synaptischen Spalt, die postsynaptische Stimulation seiner Rezeptoren und die anschließende Wirkung auf die Muskelkontraktion darstellt. Farben werden verwendet, um die biologische Semantik zu verbessern, Blau steht für katalytische Reaktionen, Orange für den Transport zwischen Kompartimenten (einschließlich nicht dargestellter Ionen durch Kanäle) und Grün für die Funktion kontraktiler Proteine. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Farben nicht Teil der SBGN-Prozessdiagrammnotation sind und die Interpretation des Diagramms nicht ändern dürfen. (B) SBGN-Entitätsbeziehungsdiagramm, das die Transduktion durch Calcium/Calmodulin-Kinase II des Effekts eines spannungsinduzierten Anstiegs von intrazellulärem Calcium auf die Langzeitpotenzierung (LTP) der neuronalen Synapsen darstellt, die durch eine Translokation von Glutamatrezeptoren ausgelöst wird. Das Diagramm beschreibt die verschiedenen Beziehungen zwischen den Phosphorylierungen der Kinasemonomere und deren Konformation. Farben heben die Richtung der Beziehungen relativ zum Phänotyp hervor. Blaue Beziehungen verstärken die LTP, während rote diese Verbesserung ausschließen. (C) SBGN-Aktivitätsflussdiagramm, das die Kaskade von Signalen darstellt, die durch den epidermalen Wachstumsfaktor ausgelöst werden und von der Plasmamembran zum Zellkern gehen. Das Diagramm ist aus Referenz 30 abgeleitet.

Tabelle 3 listet Softwareprojekte auf, die bereits Unterstützung für SBGN-Prozessdiagramm Level 1 entwickeln (siehe auch Ergänzende Anmerkung 2). Einige davon beruhen auf manuellem Design der Pfade, während andere, wie Arcadia, automatisch SBGN-PD aus SBML-Modellen generieren, die mit Begriffen aus der Systembiologie-Ontologie annotiert wurden 29 . Die Codierung von SBGN-Diagrammen in computerlesbaren Formaten, ein entscheidender Schritt zum Austausch und zur Wiederverwendung von SBGN-Diagrammen, wird derzeit in verschiedenen Formaten wie SBML, GML und GraphML von verschiedenen Tools unterstützt, und ein allgemeines XML-basiertes Austauschformat für SBGN ist derzeit in Diskussion.

SBGN-Entitätsbeziehungsdiagramm

Die SBGN-Notation für Entity-Beziehungen legt den Schwerpunkt auf die Einflüsse, die Entitäten auf die Transformationen der anderen haben, und nicht auf die Transformationen selbst. Man kann sich vorstellen, dass jede der Beziehungen eine spezifische Schlussfolgerung eines wissenschaftlichen Experiments oder Artikels darstellt. Ihre Hinzufügung auf einer Karte repräsentiert das Wissen, das wir über die Auswirkungen haben, die die Entitäten aufeinander haben. Im Gegensatz zu den Prozessdiagrammen, bei denen sich die verschiedenen Prozesse gegenseitig beeinflussen, sind die Beziehungen unabhängig, und diese Unabhängigkeit ist der Schlüssel zur Vermeidung der kombinatorischen Explosion, die Prozessdiagrammen innewohnt. Anders als in Prozessdiagrammen darf eine bestimmte Entität nur einmal vorkommen. Leser können auf den ersten Blick alle möglichen Einflüsse und Interaktionen, die eine Entität beeinflussen, besser erfassen, ohne das gesamte Diagramm durchsuchen zu müssen, um die verschiedenen Zustände einer Entität zu entdecken, oder alle Kanten zu verfolgen, um die relevanten Prozessknoten zu finden.

Die Beziehungssymbole in Entity-Relationship-Diagrammen unterstützen die Darstellung von Interaktionen und Zustandsvariablen-Zuweisungen, wodurch die Notation bestimmte Prozesse beschreiben kann, die in Prozessdiagrammen nicht ausgedrückt werden können, wie beispielsweise die allosterische Modulation. In Prozessdiagrammen kann man die Bildung eines Ligand-Rezeptor-Komplexes darstellen, aber es ist nicht möglich zu sagen, dass der Komplex aktiver ist als der Rezeptor allein, ohne dass zusätzliche Markup-Entity-Beziehungen dies unterstützen, indem die Wechselwirkung mit dem Liganden die Zuweisung der Variable, die die Aktivität repräsentiert. Der Kompromiss besteht darin, dass der zeitliche Verlauf in Entitätsbeziehungen schwer zu verfolgen ist, da der Ablauf der Ereignisse nicht explizit beschrieben wird (Abb. 2a, b).

Die Spezifikation des SBGN-Entity-Relationship-Diagramms Level 1 definiert drei Hauptklassen von Glyphen: Entity-Knoten, Anweisungen und Einflüsse (logische Operatoren sind Entity-Knoten). Wir fassen die Symbole und die Regeln für ihre Montage zusammen (Ergänzende Anmerkung 3). In Abb. 3b zeigen wir ein vollständiges Beispiel eines SBGN-Entity-Relationship-Diagramms.

SBGN-Aktivitätsflussdiagramm

Eine Strategie, die häufig verwendet wird, um mit der Komplexität biochemischer Netzwerke oder mit unvollständigem oder indirektem Wissen umzugehen, besteht darin, die biochemischen Details von Prozessen selektiv zu ignorieren und stattdessen die Einflüsse zwischen Entitäten direkt darzustellen. Die Aktivitätsflussdiagramme von SBGN ermöglichen modulierende Bögen, um verschiedene Aktivitäten direkt zu verknüpfen, anstatt Entitäten und Prozesse oder Beziehungen, wie zuvor beschrieben. Anstatt die Details biochemischer Reaktionen mit Prozessknoten und Verbindungsbögen darzustellen, zeigen die Aktivitätsflussdiagramme nur Einflüsse wie „Stimulation“ und „Hemmung“ zwischen den Aktivitäten der molekularen Einheiten (Abb. 2c). Zum Beispiel "stimuliert" ein Signal die Aktivität eines Rezeptors, und diese Aktivität "stimuliert" wiederum die Aktivität eines intrazellulären transduzierenden Proteins (beachten Sie, dass der Aktivitätsfluss die sequentiellen Einflussketten beibehält). Da die meisten Signalwegdiagramme in der aktuellen Literatur im Wesentlichen Aktivitätsflussdiagramme sind, erwarten wir, dass viele Biologen diese Art von Diagrammen bekannt finden.

Durch das Ignorieren von Prozessen und Entitätszuständen wird die Anzahl der Knoten in einem Aktivitätsflussdiagramm im Vergleich zu einem äquivalenten Prozessdiagramm stark reduziert (Abb. 2a, c). Aktivitätsflussdiagramme sind auch besonders praktisch, um die Auswirkungen genetischer oder umweltbedingter Störungen darzustellen, da die vollständigen Mechanismen der Störungen möglicherweise nicht bekannt sind oder für die Ziele einer bestimmten Studie irrelevant sind. Der Nachteil besteht darin, dass Aktivitätsflussdiagramme ein hohes Maß an Mehrdeutigkeit enthalten können. So bleibt beispielsweise die biochemische Grundlage eines positiven oder negativen Einflusses in einem gegebenen System undefiniert. Aus diesem Grund sollte diese Art von SBGN-Diagramm nicht allein existieren, sondern sollte, wenn möglich, mit detaillierten Entity-Relationship- und Prozessdiagrammen verknüpft und nur zu Anzeigezwecken verwendet werden. Wir gehen davon aus, dass sich aus Prozessdiagrammen und Entity-Beziehungen oft mechanisch Aktivitätsflussdiagramme generieren lassen und haben bereits Vorarbeiten in diese Richtung geleistet.

Die Spezifikation des SBGN-Aktivitätsflussdiagramms der Ebene 1 definiert vier Hauptklassen von Glyphen: Aktivitätsknoten, Containerknoten, modulierende Bögen und logische Operatoren (Ergänzende Anmerkung 4). Abbildung 3c zeigt ein vollständiges Beispiel eines SBGN-Aktivitätsflussdiagramms.

Beteiligung und Zukunftsperspektiven

Die SBGN-Website (http://sbgn.org/) ist ein Portal für alles rund um SBGN. Interessierte können sich an SBGN-Diskussionen beteiligen, indem sie sich der SBGN-Diskussionsliste ([email protected]) eintragen. Persönliche Treffen der SBGN-Gemeinschaft, die in der Regel als Satelliten-Workshops größerer Konferenzen abgehalten werden, werden auf der Website sowie in der Mailingliste angekündigt.

Die Standardisierung einer Notation zur Darstellung von Netzwerken biochemischer Wechselwirkungen ist trotz zahlreicher, aber vereinzelter Bemühungen in diese Richtung bisher ein schwer fassbares Ziel geblieben. Nur mit einer solchen standardisierten Notation werden Biologen, Modellierer und Informatiker in der Lage sein, genaue Beschreibungen komplexer Systeme auszutauschen – eine Aufgabe, die mit zunehmendem kollektivem Wissen immer anspruchsvoller wird. SBGN vereint viele Einflüsse aus früheren Bemühungen und führt auch viele neue Ideen ein, die entworfen wurden, um die Einschränkungen anderer Notationen zu überwinden.

Mit einem Community-basierten Ansatz, an dem viele interessierte Gruppen und Einzelpersonen (einschließlich einiger, die an früheren Bemühungen beteiligt waren) beteiligt sind, haben wir die erste Version der drei Sprachen des SBGN, des Prozessdiagramms, des Entity-Relationship-Diagramms und der Aktivitätsflussdiagramm.

Zukünftige Niveaus der drei Sprachen sollten die großen Herausforderungen bewältigen, denen sich die Systembiologie-Gemeinschaft derzeit gegenübersieht, da das Gebiet reift und sich diversifiziert. Um nur einige Beispiele zu nennen, bleibt die Darstellung von räumlichen Strukturen und räumlichen Ereignissen, von komponierten und modularen Modellen und der dynamischen Erzeugung oder Zerstörung von Kompartimenten Neuland.

Notiz: Zusatzinformationen ist auf der Website von Nature Biotechnology verfügbar.

Kasten 1 Glossar

SBGN-Diagramme sind eine spezielle Menge von Graphen und nutzen daher Konzepte aus der Graphentheorie. Die folgende Liste definiert die am häufigsten verwendeten Begriffe. Wir sind uns der unvermeidlichen Zirkularität solcher Definitionen bewusst.

Bogen. Eine gerichtete Kante, d. h. eine Kante, deren Form nicht symmetrisch ist.

Kante. Eine Linie, die zwei Knoten verbindet.

Glyphe. Ein Symbol, das Informationen nonverbal übermittelt.

Graph. Eine Menge von Knoten, die mit Kanten verbunden sind.

Knoten. Ein Punkt, der eine Linie oder Kurve beendet oder den Schnittpunkt von zwei oder mehr Linien oder Kurven umfasst.


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25.26: Glossar: I - Biologie

Keim Zellen sind Vorläufer der Gameten. Diese herausgehobenen Zellen wandern durch den Darm zu den sich entwickelnden Gonaden und durchlaufen eine mitotische Proliferation, gefolgt von einer Meiose und einer Differenzierung in entweder Eier oder Spermien. Pflanzen haben keine Keimbahn, die früh beiseite gelegt wird.
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Sex Zelle n. Ein Keim. Sex Zellen haben nur halb so viele Chromosomen wie andere Zellen . Sex Zelle vereint mit einer Frau Sex verkaufe die erste Zelle von .
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Gamete ( ) n. Ein Fortpflanzungsorgan Zelle mit der haploiden Chromosomenzahl, . EIN Sex Zelle, entweder Sperma oder Ei, in der Lage, mit einem anderen Gameten des .
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Sexuelle Gesundheit/Sex Zellen. Von Wikibooks, der Open-Content-Lehrbuchsammlung < Sexual Health . Eier (auch Eizellen oder Eizellen genannt) und Spermien werden als "Sex Zellen" .
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Sex Zellen werden auch Gameten genannt. . Es gibt zwei Arten von Zelle Aufteilung. . In der Mitose, die Tochter Zellen sind nicht nur identisch, sondern sie .
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Die Fortpflanzung ist ein grundlegender Trieb bei allen Tieren, auch beim Menschen. Denken Sie, Sie wissen, worum es bei der menschlichen Fortpflanzung geht? Entdecke die Biologie von Sex.
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Enzyklopädieartikel über Sex Zelle. Information über Sex Zelle in Kolumbien. im Körper vorhanden Zellen, ein besonderes Paar Sex Chromosomen existieren, die die .
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Sex Zellen. Paras Tomar, TNN 17. Juni 2005, 22:40 Uhr IST. Drucken. Email. Diskutieren. Lesezeichen/Teilen . Wie man ein ertragen kann Sex Marathon. Shahid Kapoor und Vishal.
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Was ist Sex Zelle? Bedeutung von Sex Zelle als Rechtsbegriff. Was macht Sex Zelle bedeutet im Gesetz? . zum Aufbewahren von Männchen Sex Zellen beinhaltet die Präparation der Nebenhoden.
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Ein Blick auf die beiden Menschen Sex Chromosomen (X und Y) und Sex verknüpfte Gene. . Zelle heißt homogametisch, weil all seine Zelle besitzen die XX Sex Chromosomen. .
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. das Sex einer resultierenden Zygote, da der Genotyp der Sex-bestimmend. Gameten sind haploid Zellen das heißt, sie enthalten die Hälfte(n) einer vollständigen Menge von .
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Sex Zellen, und die Abstammung von Zellen die sich zu ihnen entwickeln, sind "unsterblich". Nur die Nicht-Sex Zellen—somatisch genannt Zellen- sind dazu verdammt zu altern und zu sterben, .
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Meiose, eine Art von Zelle Teilung, führt zur Produktion von Gameten (Eier und Spermien). Genetisch einzigartig Sex Zellen verbinden sich bei der Befruchtung zu einzigartigen Nachkommen.
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Menschen sind diploide Organismen mit zwei homologen Chromosomensätzen, aber wir enthalten auch haploide Sex Zellen mit einem Satz und der Hälfte der Zahl.
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Sperma- und Eizellen/Sex Zellen Beschreibung des menschlichen Fortpflanzungssystems. . die Hälfte des Erbguts ihrer Nachkommen über Sex Zellen oder Gameten. .
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. eine Art diploide Hülle, krankhaft verworfen von den Haploiden Sex Zellen die verwalten. tiell lebt weiter, ist der Unterschied zwischen dem Körper und dem Sex Zellen. .
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Im weitesten Sinne umfasst es alles von der Sex Zellen zum Sexualverhalten. . Sex Zellen. Sexualität: Komplementäre Paarungstypen. Die adaptive.
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Stengel Zellen aus den Muskeln weiblicher Mäuse entnommene Gewebe besser regenerieren als solche aus männlichen Mäusen, findet eine neue Studie.
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Wörterbücher sind semasiologisch. Die Semasiologie ist der Zweig der Linguistik, der sich mit der Definition von Wörtern und Phrasen in einer Sprache befasst. Dies unterscheidet sich von der Onomasiologie, die sich damit beschäftigt, wie Dinge und Konzepte genannt werden. Ein Thesuarus ist ein onomasiologisches Nachschlagewerk, da es dem Benutzer die verschiedenen Begriffe bietet, die verwendet werden können, um eine bestimmte Idee auszudrücken.

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Ein Wörterbuch der Logik

Ein Wörterbuch der Logik erweitert Oxfords Berichterstattung über das Thema in Werken wie Das Oxford Dictionary of Philosophy. Mit Einträgen, die sich hauptsächlich auf die technische Terminologie, die Geschichte der Logik, die Grundlagen der Mathematik und die nichtklassische Logik konzentrieren, ist dieses Wörterbuch eine unverzichtbare Ressource für jeden, der philosophische Logik im Grundstudium oder höher studiert.

Bibliographische Informationen

Autoren

Thomas Macaulay Ferguson, Autor

Thomas Macaulay Ferguson ist Doktorand in Philosophie am CUNY Graduate Center. Sein Hauptinteresse gilt der philosophischen Logik mit Schwerpunkten auf der vielwertigen Modelltheorie, der parakonsistenten Logik und der logischen Arbeit von William Parry. Seine Arbeit ist erschienen in Notre Dame Journal of Formal Logic, Studia Logica, Zeitschrift für philosophische Logik, Journal of Logic and Computation, und Logica Universalis.

Graham Priester ist Distinguished Professor of Philosophy am CUNY Graduate Center und regelmäßiger Gast an der University of Melbourne und der St. Andrews University. Er ist bekannt für seine Arbeiten zur nichtklassischen Logik und deren Anwendung auf die Metaphysik und die Geschichte der Philosophie. Zu seinen Veröffentlichungen gehören Erstens: Eine Untersuchung der Einheit der Realität und ihrer Teile sein, einschließlich des singulären Objekts, das das Nichts ist (2014, OUP) und Eine sehr kurze Einführung in die Logik (2000, OUP).


Glossar der Begriffe

Eine Klasse von Medikamenten zur Behandlung von leichter bis mittelschwerer Demenz bei der Parkinson-Krankheit. Diese Medikamente erhöhen den Gehirnspiegel eines Neurotransmitters namens Acetylcholin, der den Neuronen hilft, miteinander zu kommunizieren und am Gedächtnis, Lernen und Denken beteiligt ist.

Adulte Stammzellen

Undifferenzierte Zellen, gefunden in einem differenzierten Gewebe, die sich selbst erneuern können und - mit gewissen Einschränkungen - differenzieren sich zu allen spezialisierten Zelltypen des Gewebes, aus dem sie stammen. Sehen Sie außerdem, was Patienten in unserem Patientenbeirat zum Thema Stammzellen zu sagen haben.

Aggregat

Eine Verklumpung von Proteinen in Zellkörpern im Gehirn, die giftig sein kann. Die Aggregation des Proteins Alpha-Synuclein findet sich in Lewy-Körperchen, einem pathologischen Kennzeichen der Parkinson-Krankheit.

Agonist

Eine Chemikalie, die an einen Rezeptor auf einer Zelle bindet und eine Reaktion dieser Zelle auslöst.

Akinesie

Bewegungsunfähigkeit ("Einfrieren") oder Schwierigkeiten beim Einleiten oder Aufrechterhalten einer Körperbewegung. Aus dem Griechischen ein, ohne, und Kinesie, Bewegung.

Alpha-Synuclein

Ein Protein, das normalerweise in Neuronen vorkommt und in hohen Konzentrationen in Lewy-Körpern vorhanden ist. Eine genetische Mutation in diesem Protein ist die Grundlage für eine seltene erbliche Form der Parkinson-Krankheit. Weitere Informationen finden Sie unter Alpha-Synuclein als Schwerpunktbereich.

Tiermodelle

Normale Tiere, die mechanisch, genetisch oder chemisch modifiziert wurden, um alle oder einen Teil der Merkmale einer Krankheit nachzuweisen. Mit Modellen können Forscher die Mechanismen einer Krankheit untersuchen und Therapien testen. Auch als präklinische Modelle bekannt.

Anticholinergika

Eine Klasse von Medikamenten, die oft wirksam sind, um das Zittern der Parkinson-Krankheit zu reduzieren. Sie wirken, indem sie die Wirkung von Acetylcholin, einem Neurotransmitter im Gehirn, blockieren. Da Acetylcholin jedoch an Gedächtnis, Lernen und Denken beteiligt ist, können Anticholinergika kognitive Nebenwirkungen wie Verwirrung oder Demenz hervorrufen.

Antioxidans

Eine chemische Verbindung oder Substanz, die die Oxidation hemmt – Schäden an Zellmembranen, Proteinen oder genetischem Material durch freie Radikale (die gleiche chemische Reaktion, die Eisen zum Rosten bringt). Einige Studien haben oxidative Schäden mit der Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht.

Antiparkinson-Medikamente

Ein Arzneimittel zur Behandlung der Parkinson-Krankheit. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of medication.

Ataxia

A movement disorder marked by loss of balance and decreased muscle coordination during voluntary movements.

Athetosis

A movement disorder sometimes confused with Parkinson's disease that manifests in low, repetitive, involuntary, writhing movements of the arms, legs, hands, and neck that are often especially severe in the fingers and hands.

Autonomic dysfunction

Any problem with the functioning of the autonomic nervous system, which controls unconscious body functions that affect the bladder, bowels, sweating, sexual function and blood pressure.

Basal ganglia

A region deep within the brain consisting of large clusters of neurons responsible for voluntary movements such as walking and movement coordination. Many of the symptoms of Parkinson's disease are brought on by loss of or damage to dopamine neurons in this region, which encompasses the striatum, the subthalamic nucleus, and the substantia nigra.

Bilateral surgery

Surgery performed on both sides of the brain.

Biomarker

Specific, measurable physical traits used to determine or indicate the effects or progress of a disease or condition. For example, high blood pressure is a biomarker of potential cardiovascular disease. No validated biomarker of Parkinson's disease currently exists.

Blut-Hirn-Schranke

A thin layer of tightly packed cells separating the central nervous system from the body's blood stream. This layer is crucial to protecting the brain from foreign substances, but also blocks some potentially therapeutic treatments from entering the brain via orally administered drugs.

Bradykinesia

One of the cardinal clinical features of Parkinson's disease, the slowing down and loss of spontaneous and voluntary movement. Aus dem Griechischen brady, slow, and kinesia, movement.

Cell replacement therapy

A strategy aiming to replace cells damaged or lost by disease or injury with healthy new cells. Cell replacement in Parkinson's aims to replace with new cells the dopamine-producing cells in the brain that are progressively lost through Parkinsons's disease.

Zentrales Nervensystem

Central nervous system (CNS) is a term referring to the brain and spinal cord.

Chorea

A general term for movement disorders that can be confused with Parkinson's disease, which are characterized by involuntary, random, jerking movements of muscles in the body, face, or extremities.

Klinische Versuche

Organized medical studies that test the effectiveness of various treatments, such as drugs or surgery, in human beings.

Coenzyme Q10

The most common form of Coenzyme Q, a vitamin-like antioxidant. Results of the first placebo-controlled, multicenter clinical trial of the compound, published in October 2002, suggested that it might slow disease progression in patients with early-stage Parkinson's disease. The results have yet to be confirmed in a larger study.

Cognitive dysfunction

The loss of intellectual functions (such as thinking, remembering, and reasoning) of sufficient severity to interfere with daily functioning. Der Begriff cognitive dysfunction includes dementia and executive dysfunction, and may also encompass changes in personality, mood, and behavior. Cognitive dysfunction in Parkinson's disease typically does not respond to dopamine replacement therapy and ranges from mild impairment to dementia.

Compulsions

Irresistible impulses to act, regardless of the rationality of the motivation, or acts performed in response to such impulses. Some compulsive behaviors, such as compulsive gambling, hypersexuality, binge eating and shopping, have been associated with dopamine agonists used to treat Parkinson's disease, though this association has not been conclusively established.

COMT inhibitor

A drug that blocks an enzyme (catchol-O-methyltransferase) that breaks down dopamine. COMT inhibitors include entacapone and tolcapone. Tolcapone has been known to cause serious liver problems and has been withdrawn from the Canadian and European markets.

Creatine

A naturally occurring amino acid that helps to supply energy to muscle cells. A preliminary clinical trial in 200 Parkinson's patients, published in February 2006, suggested that creatine may slow the progression of PD and may therefore merit additional study. A much larger study is underway to further evaluate the potential neuroprotective effects of creatine.

CT-Scan

CT (Computed Tomography) scan is a technique that uses a series of X-rays to create image "slices" of the body from different orientations to create a two-dimensional cross sectional images of the body. Manchmal genannt CAT scan, for Cmputed Axial Tomography.

Deep brain stimulation

Deep Brain Stimulation (DBS) is a surgical procedure that uses a surgically implanted, battery-operated medical device called a neurostimulator - similar to a heart pacemaker and approximately the size of a stopwatch - to deliver electrical stimulation to targeted areas in the brain that control movement, blocking the abnormal nerve signals that cause tremor and PD symptoms. At present, the procedure is used primarily for patients whose symptoms cannot be satisfactorily controlled with medications. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of DBS and late stage treatments.

Demenz

A decline in memory and/or intellectual functioning severe enough to interfere with social or occupational functioning. Some Parkinson's patients experience dementia, generally at later stages of disease progression. This symptom does not typically respond to dopamine replacement therapy.

Depression

A mental state, and non-dopamine-responsive symptom of Parkinson's disease, characterized by feelings of despondency and a lack of ability to initiate activity. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of emotion.

Entwicklungsbiologie

The study of the process by which organisms grow and develop. Developmental biology studies in Parkinson's disease hold potential to identify therapeutic targets and new cell replacement strategies.

Diagnose

Identification or naming of a disease by its signs and symptoms.

Disequilibrium

Unsteadiness or balance problems. A common problem in Parkinson's disease.

A gene of unknown function implicated in rare inherited cases of Parkinson's disease.

Dopamine

A neurotransmitter chemical produced in the brain that helps control movement, balance, and walking. Lack of dopamine is the primary cause of Parkinson's motor symptoms.

Dopamine agonist

A class of drugs commonly prescribed in Parkinson's disease that bind to dopamine receptors and mimic dopamine's actions in the brain. Dopamine agonists stimulate dopamine receptors and produce dopamine-like effects.

Dopamine-non-responsive

Refers to symptoms of Parkinson's disease characterized by a lack of improvement when treated with current dopamine-replacement therapies. These symptoms include cognitive dysfunction, postural instability and gait dysfunction, sleep disorders, speech disorders, depression, and others.

Dysarthrie

Slurred or otherwise impaired speech. A common problem in Parkinson's disease.

Dyskinesia

Involuntary, uncontrollable, and often excessive movements that are a common side effect of levodopa treatment for Parkinson's disease. These movements can be lurching, dance-like or jerky, and are distinct from the rhythmic tremor commonly associated with Parkinson's disease. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of dyskinesia and dystonia.

Dysphagia

Difficulty swallowing. A common problem in Parkinson's that increases the risk of inhaling food or liquids into the airways, which in its later stages can lead to a condition known as "aspiration pneumonia."

Dystonie

A movement disorder that may be confused with Parkinson's disease. Dystonia is characterized by abnormal and awkward posture or sustained movements of a hand, foot, or other part of the body may be accompanied by rigidity and twisting. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of dyskinesia and dystonia.

Embryonische Stammzellen

Primitive (undifferentiated) cells from the embryo that have the potential to become a wide variety of specialized cell types. Embryonic stem cells are derived from embryos that develop from eggs that have been fertilized in an in vitro fertilization clinic and then donated for research purposes with informed consent of the donors. See what patients on our Patient Council have to share on the topic of stem cells.

Umfeld

The non-genetic surroundings, conditions or influences that affect an organism. These can be divided into physical, biological, social, cultural, and other factors and may play a role in the onset of various diseases, including Parkinson's disease. Environmental factors that have been inconclusively linked to Parkinson's disease risk include exposure to various pesticides and metals.

Enzyme

A protein that catalyzes or speeds up chemical reactions. Enzymes are critical to a wide range of healthy cell activities, and alterations in their function may play a role in Parkinson's disease.

Epidemiologie

The study of the patterns, causes, and control of disease in groups of people. Epidemiological studies can be used to better understand potential causes of Parkinson's disease.

Essential tremor

A movement disorder that may be confused with Parkinson's disease. A fast tremor that is most pronounced when performing an action such as writing or bringing a hand to a target - as opposed to the resting tremor of Parkinson's disease, which is most pronounced when the limb is at rest.

Exzitotoxizität

Overstimulation of nerve cells by nerve impulses. Excitotoxicity often leads to cell damage or death, and may play a role in Parkinson's disease.

Executive dysfunction

Difficulty sustaining "executive functions," higher-order processes that enable us to plan, sequence, initiate, and sustain our behavior toward a given goal, incorporating feedback and making adjustments along the way. Executive functions include aspects of memory, attention, problem solving, and multitasking. Some people with Parkinson's experience executive dysfunction or other forms of cognitive impairment, which do not respond to dopamine replacement therapy.

Übung

Physical activity undertaken in order to maintain or improve health. A growing body of evidence suggests that exercise may play an important role in treatment regimens for Parkinson's disease, and may even slow or stop disease progression. Research is ongoing to understand whether and how exercise confers neuroprotection. Please see [add topic page] for more information on discussing an individualized exercise plan with your doctor.

Facial masking

A symptom experienced by some people with Parkinson's, in which the face is immobile with reduced blinking.

Familial Parkinson's disease

A rare form of Parkinson's disease that runs in families, in which genetics is believed to play an important role. This form of Parkinson's disease may account for less than five percent of Parkinson's cases worldwide.

Ermüdung

A common, poorly understood symptom of Parkinson's disease a state in which one feels tired or exhausted, and the capacity for normal work or activity is reduced.

Festination

An involuntary quickening of steps and shuffling after starting to walk. Festination is a common feature of Parkinson's disease.

Einfrieren

Abrupt and temporary inability of Parkinson's patients to move that frequently occurs when beginning to walk or at a boundary such as a door or when exiting a car.

Gait dysfunction

Abbreviation for "Glial cell-derived neurotrophic factor." GDNF is part of a family of naturally occurring human growth factors (also known as trophic factors) known to nourish and foster the growth and development of dopamine-generating neurons. Several therapeutic approaches involving GDNF are currently under development.

Gentherapie

A novel approach to treat, cure or prevent disease by changing the expression of a person's genes. In Parkinson's disease, this research primarily seeks to repair or restore the function of dopaminergic neurons in the brain. As of February 2012, several gene therapy trials for Parkinson's disease are either ongoing or have been completed.

Genetic predisposition

Any inherited genetic pattern that may make some individuals more prone than others to certain health conditions, disorders or diseases. For more information see genetics as a priority area.

Genetik

The branch of biology that deals with heredity, especially the mechanisms of hereditary transmission via DNA and the variation of inherited characteristics (genes) among similar or related organisms. For more information see genetics as a priority area.

Globus pallidus

A structure made up of nerve cells located deep in the brain affecting movement, balance, and walking. It is often used as a target for surgical procedures in Parkinson's disease, including DBS and pallidotomy.

Heterogeneity

The variable appearance of a condition the heterogeneity of Parkinson's disease refers to the fact that its symptoms and appearance vary widely from patient to patient. Aus dem Lateinischen hetero, different, and genus, kind.

Hypokinesia

A clinical term for the slow or diminished movement associated with Parkinson's disease. Aus dem Griechischen hypo, less, and kinesia, movement.

Hypomimia

A clinical term for the Parkinson's symptom more commonly known as facial masking - an immobile face with reduced blinking. Aus dem Griechischen hypo, less, and mimia, imitation or expression.

Bildgebung

Any method used to produce a picture of internal body structures.

Induced Pluripotent Stem (iPS) Cells

Cells engineered from adult skin cells that share many of the physical, growth and genetic features typically found in embryonic stem cells. First engineered in 2007, these cells can differentiate to produce other tissue types, including what appear at first glance to be cells similar to dopamine neurons (the cells of interest to Parkinson's scientists). While a great deal more research is required, iPS cells are generating excitement in the scientific community because of their potential to achieve the same goals as human embryonic stem cells and therapeutic cloning without engendering political or ethical controversy.

Entzündung

The nonspecific immune response that occurs in reaction to any type of bodily injury. The reactions produced during inflammation and repair may be harmful or helpful. Work is ongoing to understand the role of inflammation in Parkinson's disease.

Läsion

An area of cell damage or cell death.

Levodopa

Also called L-dopa, the most commonly administered drug to treat Parkinson's symptoms. Levodopa helps restore levels of dopamine, a chemical messenger in the brain responsible for smooth, coordinated movement and other motor and cognitive functions.

Lewy bodies

Abnormal protein clumps that accumulate in dead or dying dopamine-producing cells of the substantia nigra in Parkinson's disease. At autopsy, the presence of Lewy bodies is used to confirm a Parkinson's diagnosis.

LRRK2

A gene implicated in up to one percent of Parkinson's disease cases. LRRK2 functions as a kinase, an enzyme that modifies the function of proteins. For more information see LRRK2 as a priority area.

Abbreviation for "Mesencephalic Astrocyte-derived Neurotrophic Factor." MANF is a trophic factor that is still in the beginning stages of preclinical study. Early data suggests MANF is as effective as GDNF in reducing behavioral deficits in preclinical or animal Parkinson's disease models. However, there is still a lot of work to do before we can fully assess the potential of MANF to effectively treat Parkinson's in people with the disease.

Microelectrodes

Thin metallic tubes inserted into the brain and guided by stereotactic methods. They are connected to the operating room computer and used to measure the electrical signal from brain cells during surgical procedures, such as pallidotomy.

Mikroskopie

Small, cramped handwriting that is a symptom for many Parkinson's patients.

Mild cognitive impairment

Mild cognitive impairment, also known as MCI, ia a decline in memory and/or intellectual functioning that is not as severe as dementia. MCI occurs frequently in Parkinson's disease and may progress to dementia in some patients.

Mitochondrial dysfunction

Mitochondria are the "power plants" of the cell, generating energy needed for cell activity. Reduced or incorrect mitochondrial function has been implicated in oxidative stress that may play a role in Parkinson's disease.

Monoaminoxidase-Hemmer

Monoamine oxidase inhibitors (MAO) are drugs that enhance the effect of dopamine by preventing enzymes from breaking them down. Some studies suggest that MAO inhibitors may slow the progression of Parkinson's disease but this has not been proven in the clinic.

Movement disorders

Conditions including Parkinson's disease, many neurodegenerative, that prevent normal movement. Some are characterized by lack (or "poverty") of movement, some by excessive movement. Besides Parkinson's, conditions categorized as movement disorders include essential tremor, multiple system atrophy, progressive supranuclear palsy, Huntington's disease, Tourette's syndrome and cerebral palsy.

Movement disorders specialist

A neurologist with specific training in the subspecialty of movement disorders. Movement disorders specialists typically follow a greater number of patients with movement disorders, and are thus more experienced in the use of the various medications (and their combinations) as compared to a general neurologist, internist or general practitioner.

Abbreviation for "Magnetic Resonance Imagin." MRI is a procedure in which radio waves and a powerful magnet linked to a computer are used to create detailed pictures of areas inside the body. These pictures can show the difference between normal and diseased tissue. MRI makes better images of organs and soft tissue than other scanning techniques, such as CT (computed tomography) scan or x-ray. MRI is especially useful for imaging the brain, spine, the soft tissue of joints, and the inside of bones.

Multiple System Atrophy

A movement disorder that may be confused with Parkinson's disease. It is a degenerative condition characterized by low blood pressure when standing. It may lead to parkinsonism, rigidity, ataxia, fainting, or incontinence. Also known as Shy-Drager Syndrome.

Neurobehavioral

Having to do with the way the brain affects emotion, behavior, and learning. Parkinson's disease can include several neurobehavioral symptoms including depression and anxiety.

Neurodegeneration

The slow and progressive death (degeneration) of certain brain systems in conditions such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease and Lou Gehrig's disease (ALS).

Neurologist

A physician specializing in diseases and disorders of the brain, spinal cord, nerves, and muscles, including stroke, Parkinson's disease, epilepsy, Alzheimer's disease, and muscular dystrophy.

Neuron

A nerve cell used to transmit information within the central nervous system. Parkinson's disease involves death of and/or damage to dopamine neurons.

Neuropharmakologie

The branch of health science concerned with the study of the effects of drugs on the nervous system.

Neuroprotective

Providing protection to or stimulating the regrowth of any part of the body's nervous system. No currently available treatment for Parkinson's disease has been proven to provide a neuroprotective or neuroregenerative effect all available Parkinson's disease treatments are symptomatic, meaning that they mask the symptoms while the underlying disease continues to progress.

Neuroregenerative

Neurosurgeon

A doctor who operates on the brain and central nervous system.

Neurotransmitter

A specialized chemical messenger (e.g. dopamine, norepinephrine, serotonin) that sends messages from one nerve cell to another. Most neurotransmitters play different roles throughout the body, many of which are not yet known.

Neurturin

A naturally occurring human growth factor (or trophic factor) in the same family as GDNF, known to nourish and foster the growth of dopamine-generating neurons.

Nikotin

An alkaloid (nitrogen-containing chemical) made by the tobacco plant or produced synthetically that is one of the major chemicals in cigarettes. Epidemiological data have linked cigarette smoking to protection against Parkinson's onset. However, because of the grave health risks associated with smoking, no responsible physician would recommend it as a means of preventing Parkinson's disease.

Non-motor symptoms

Poorly understood symptoms of Parkinson's that affect body systems other than movement. These include cognitive impairment, sleep problems and depression. These typically do not respond to dopamine replacement therapy. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of non-motor-symptoms.

NURR1

A gene that plays an important role in the early development and maintenance of dopamine neurons.

Olfactory dysfunction

A reduced or impaired ability to detect odors, which can be an early sign of Parkinson's disease. Researchers are studying olfactory dysfunction as a possible avenue toward a biomarker, or molecular fingerprint, of Parkinson's disease.

On-Off phenomenon

Sudden loss of activity of levodopa lasting minutes to hours after a brief period of effectiveness. The term also sometimes refers to a cyclical response to medication where the patient can function adequately at times but is too stiff and immobile to function at other times.

Pallidotomy

A surgical procedure in which lesions are produced in the globus pallidus region of the brain in an effort to lessen Parkinson's symptoms such as tremors, rigidity, and bradykinesia. Pallidotomy has become less commonly performed with the establishment of deep brain stimulation (DBS) surgery as a safe and effective surgical intervention for Parkinson's disease.

Lähmung

Antiquated term for paralysis or an uncontrollable shaking of the body. When he discovered Parkinson's disease, Dr. James Parkinson named it "the shaking palsy."

Parkin

A gene, mutations in which have been associated with a familial form of Parkinson's disease. How loss of function of parkin leads to dopaminergic cell death is unclear. The current prevailing hypothesis is that the normal function of parkin is to help degrade one or more proteins that are toxic to dopaminergic neurons.

Parkinson's disease

Parkinson's disease is a chronic, degenerative neurological disorder that affects one in 100 people over age 60. While the average age at onset is 60, people have been diagnosed as young as 18. There is no objective test, or biomarker, for Parkinson's disease, so the rate of misdiagnosis can be relatively high, especially when the diagnosis is made by a non-specialist. Estimates of the number of people living with the disease therefore vary, but recent research indicates that at least one million people in the United States, and more than five million worldwide, have Parkinson's disease.

Parkinsonism

Generic term referring to slowness and mobility problems that result from or look like Parkinson's disease. Several conditions that are not actually Parkinson's disease, including multiple system atrophy and progressive supranuclear palsy, as well as a number of medications, can result in parkinsonism and a misdiagnosis of Parkinson's disease.

Patient registry

A database used to record cases of diseases of public health importance. Registries are a valuable epidemiological resource that can be used to calculate and monitor incidence rates and risk, as well as trends in incidence and mortality.

Periphäres Nervensystem

Peripheral nervous system (PNS) is a term referring to the nerves that lie outside of the central nervous system (brain and spinal cord). The PNS connects the central nervous system to organs, limbs, and skin.

PET scan

PET (Positron Emission Tomography) scan is a procedure in which a small amount of a radioactive drug is injected into a vein, and a scanner is used to make detailed, computerized pictures of areas inside the body where the drug is used. This technique can be used to monitor and produce pictures of metabolic or biochemical activity in the brain. A variety of radioactive drugs are used to produce pictures that provide information about different biological systems.

Physiotherapie

The use of exercises and physical activities to help condition muscles and restore strength and movement. Similar to exercise, certain forms of physical therapy may be useful to maintain balance and flexibility as part of an overall Parkinson's disease treatment regimen.

Pill-rolling

Alternating movements of the thumb and forefinger that give the appearance of rolling a small object between the fingers a characteristic slow tremor in the fingers of Parkinson's patients.

PINK1

A gene of unknown function implicated in rare cases of Parkinson's disease.

Postencephalitic parkinsonism

A Parkinson's-like illness, cases of which followed the worldwide flu epidemic of 1918 also called von Economo encephalitis.

Postural instability

Uncontrollable problems with standing or walking, or impaired balance and coordination, which are symptoms of Parkinson's disease for some patients and do not respond to dopamine replacement therapy.

Preclinical models

Prognose

The expected future course of an illness.

Progressive Supranuclear Palsy

Progressive Supranuclear Palsy (PSP) is a movement disorder that can be mistaken for Parkinson's disease. PSP is a degenerative disease of unknown cause characterized by problems looking up and down, frequent falls and parkinsonism. It does not consistently respond to dopamine replacement therapy.

Protein handling

Process by which cells regulate the expression, localization and degradation of proteins. Mishandling of proteins is of interest to Parkinson's researchers because it has been inconclusively linked to Parkinson's disease.

Abbreviation for "People with Parkinson's" or "Person with Parkinson's."

Resting tremor

One of the cardinal clinical features of Parkinson's disease, an unwanted and uncontrollable movement that affects a limb when it is at rest and stops for the duration of a voluntary movement.

Steifigkeit

Abnormal stiffness in a limb or other body part. One of the cardinal clinical features of Parkinson's disease, rigidity is often most apparent when an examiner moves a patient's limb.

Ribonucleic acid, the chemical responsible for carrying instructions from DNA for the synthesis of proteins enabling various life-enabling functions in body cells.

RNA-Interferenz

RNA interference (RNAi) is a mechanism in which certain genes in an organism are "silenced" (turned off, so that their normal effects do not occur) by the introduction of small fragments of RNA whose sequence matches that of the gene in question. Researchers can use RNAi to test the functions of genes they are studying, and it may also form the basis of novel therapies to treat disease.

Serotonin

A brain neurotransmitter that may be deficient in some cases of depression and whose potential role in Parkinson's disease is under investigation.

Sinemet

The brand name of the most commonly prescribed version of the drug levodopa, consisting of a combination of levodopa and carbidopa. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of medication.

Sleep disorders

Chronic troubles with the amount, duration or quality of sleep an individual experiences. Some people with Parkinson's experience sleep disorders as a symptom. This symptom typically does not respond to dopamine replacement therapy.

Somatic cell nuclear transfer

Somatic cell nuclear transfer (SCNT) is a technique in which a nucleus from a patient's body cell, such as a skin cell, is introduced into an unfertilized egg from which the original genetic material has been removed. The egg is then used to produce a blastocyst whose stem cells could be used to create tissue that would be compatible with that of the patient. This is called "therapeutic cloning."

Sprachstörungen

Symptoms that affect up to 90 percent of individuals with Parkinson's disease at some time in the course of their disease, and that commonly include reduced volume, monopitch, hoarseness, a breathy voice quality and/or imprecise articulation. Parkinson's disease-associated speech disorders often can be alleviated by a specialized physical therapy regimen.

Sporadic Parkinson's disease

The most common form of Parkinson's disease, accounting for upwards of 95 percent of cases, and arising from causes likely to include a combination of genetic and environmental factors. Sporadic Parkinson's disease is sometimes called idiopathic, meaning that the cause is unknown. Sporadic Parkinson's disease does not run in families, unlike other (much rarer) forms of Parkinson's disease.

Stammzellen

Very immature cells with potential to differentiate into a wide variety of cells, including neurons. In addition, see what patients on our Patient Council have to share on the topic of stem cells.

Stereotactic

Refers to use of precise coordinates to identify deep structures of the brain. The coordinates may be obtained by fitting a patient's head with a special frame and conducting a CT scan or MRI. The position of the brain structures relative to the frame permits precise, three-dimensional localization of the deep brain structures. Stereotactic techniques are often used for surgical interventions such as DBS and gene therapy.

Striatum

The largest component of the basal ganglia, the striatum controls movement, balance, and walking. It is sometimes called the corpus striatum. Loss of dopamine in the striatum is responsible for many of the symptoms of Parkinson's disease.

Substantia nigra

From the Latin for "black substance," the substantia nigra is a part of the basal ganglia that is rich in dopamine-producing nerve cells and the black pigment neuromelanin. In Parkinson's disease the loss of nerve cells from this region leads to a dopamine deficit and subsequently to Parkinson's symptoms.

Subthalamic nucleus

Subthalamic nucleus (STN) is a nerve center near the substantia nigra. The STN may be targeted for deep brain stimulation (DBS) to reduce Parkinson's symptoms.

Support groups

Many people find that support groups are tremendously effective in helping them cope with the day-to-day realities of having Parkinson's disease. Support groups come in different formats - from large, formal meetings to smaller "living-room" get-togethers - and you may not be equally comfortable or get the same benefit from all. If you don't like the first group you find, look for another that will suit you better. If you can't find any you like in your area, consider starting one. If you are unsatisfied with the available options, it is likely that you're not the only one feeling that way. For more information see what patients on our Patient Council have to share on the topic of support groups.

Surgical therapies

Brain surgery that can supplant or supplement drug therapies for Parkinson's disease in some patients. Deep brain stimulation (DBS) is currently the most common surgery for Parkinson's disease. Other less frequently performed procedures include surgical lesion of the subthalamic nucleus and of the internal segment of the globus pallidus, a procedure known as pallidotomy. Gene therapy is another approach that involves brain surgery. As in all aspects of their treatment regimen, patients considering surgery should work closely with their individual physicians to assess the risks and potential benefits of surgical intervention.

Schlucken

The reflexive muscular contraction that causes substances to pass from the mouth through the esophagus and into the body. Some people with advanced Parkinson's disease develop difficulty swallowing (also called dysphagia), which may become severe enough to require a change in diet.

Symptomatic

  1. Of or pertaining to the symptoms of a disease.
  2. A term used by people with Parkinson's to describe the state in which they are strongly affected by the symptoms of their Parkinson's disease, and in which their medication or treatment regimen is providing little relief.
  3. Pertaining to treatments that affect the symptoms of a disease, but not the underlying actions that cause the disease to progress. All currently available treatments for Parkinson's disease are symptomatic, meaning that they mask symptoms while the disease continues to progress.

Symptome

Any of a variety of changes in the body or its functions that indicate disease or phases of disease.

Thalamotomy

A surgical procedure, now less commonly performed than it once was, in which cells in the thalamus are destroyed in an effort to eradicate debilitating tremors.

Thalamus

A mass of gray matter (nerve cells) located deep in the brain that is responsible for motor control and serves as a relay center for sensory signals.


The MLA annual meeting generates a wealth of recorded electronic content, including plenary videos, content for session programs, and posters. These files are available to registrants, including online conference registrants, as soon as the meeting is over. A year after each annual meeting and conference, MLA makes electronic content available to all MLA members.

The proceedings of the MLA annual meeting are published as an online-only supplement to the January issue of the Journal of the Medical Library Association jedes Jahr. Questions about the annual meeting proceedings should be directed to the proceedings editors.


Checkpoints in the cell cycle

Although it is the cyclins and CDKs that manage when eukaryotic cells enter each phase, the system relies on checkpoints like the one discovered by Pardee to ensure that all systems are ready before launching into the most critical phases of the cycle – DNA synthesis, and following that, mitosis. The cell cycle control system keeps the life cycle moving forward in an orderly manner, sort of like the mechanical timer on a washing machine ensures that clothes are washed, rinsed, and spun dry in the correct order. The cell cycle control system, like a washing machine timer, is automatic, unidirectional, and dependent on signal inputs at certain checkpoints to keep the process moving forward (Figure 9).

Figure 9: Checkpoints ensure that the cell cycle can be halted if damage or errors are detected.

Tim Hunt, who discovered the cyclins, won the Nobel Prize in medicine 2001, together with Paul Nurse, who discovered the cyclin-dependent kinases (CDKs). They also shared the prize with Leland Hartwell, who pioneered the research into the checkpoints of the cell cycle.

The network of proteins that make up the cell cycle control system manage an extremely complex series of operations that allow the cells in our bodies – and those in all the plants and animals around us – to grow and sustain life. From the careful replication of DNA that becomes the blueprint of life for new daughter cells to the final cleave that pinches one cell into two during cytokinesis, every phase must go off without a hitch – millions and millions of times during the life of an organism. Most the time the process goes smoothly. However, occasionally errors occur or the cell cycle control systems get damaged. When this happens, the result can be disastrous for the cell and can even lead to cancer. In fact, because the main feature of a cancer cell is constant unrestrained growth, cancer is often referred to as a disease of the cell cycle.

Zusammenfassung

Die Zellteilung ist ein enorm komplexer Prozess, der im Leben eines Organismus millionenfach ablaufen muss. Dieses Modul erklärt den Unterschied zwischen binärer Spaltung und dem Zellteilungszyklus. Die Stadien der Zellteilung werden erforscht und Forschungsarbeiten, die zu unserem Verständnis des Prozesses beigetragen haben, werden beschrieben.

Schlüssel Konzepte

Die meisten Zellen, aus denen höhere Organismen bestehen, wie Wirbeltiere und Blütenpflanzen, vermehren sich über einen Prozess, der als Zellteilung bezeichnet wird.

Bei der Zellteilung erstellt eine Zelle eine Kopie ihrer DNA und teilt sich dann in zwei identische Zellen auf – jede mit ihrer eigenen DNA-Kopie, die in einen Zellkern eingehüllt ist.

Der Begriff Mitose bezieht sich speziell auf den Prozess, bei dem sich der Kern der Elternzelle vor der Zellteilung in zwei identische Kerne aufspaltet.


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