@phdthesis{Karus2022,
  author    = {Karus, Christine},
  title     = {Untersuchung der Architektur von Proteinstrukturen des Ranvier-Schn{\"u}rrings mittels der super-hochaufl{\"o}senden Mikroskopiemethode dSTORM},
  doi       = {10.25972/OPUS-27456},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-274568},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Ranvier-Schn{\"u}rringe spielen eine entscheidende Rolle bei der schnellen Weiterleitung von elektrischen Impulsen in Nervenzellen. Bei bestimmten neurologischen Erkrankungen, den Neuropathien, kann es zu St{\"o}rungen in der ultrastrukturellen Organisation verschiedener Schn{\"u}rring-Proteine kommen (Doppler et al., 2018, Doppler et al., 2016). Eine detailliertere Kenntnis der genauen Anordnung dieser Schn{\"u}rring-Proteine und eventueller Abweichungen von dieser Anordnung im Krankheitsfall, k{\"o}nnte der Schl{\"u}ssel zu einer vereinfachten Diagnostik von bestimmten Neuropathie- Formen sein. Ziel meiner Arbeit war es daher, die Untersuchung der ultrastrukturellen Architektur der (para-)nodalen Adh{\"a}sionsproteine Neurofascin-155 und Caspr1 unter Verwendung der super-hochaufl{\"o}senden Mikroskopiemethode dSTORM (direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) an murinen Zupfnervenpr{\"a}paraten zu etablieren. Nach erster Optimierung der Probenpr{\"a}paration f{\"u}r die 2-Farben-dSTORM sowie der korrelationsbasierten Bildanalyse, konnte ich mittels modellbasierter Simulation die zugrundeliegende Molek{\"u}lorganisation identifizieren und mit Hilfe der Ergebnisse aus fr{\"u}heren Untersuchungen validieren. In einem translationalen Ansatz habe ich anschließend humane Zupfnervenpr{\"a}parate von 14 Probanden mit unterschiedlichen Formen einer Neuropathie mikroskopiert und ausgewertet, um die Anwendbarkeit dieses Ansatzes in der Diagnostik zu testen. Obgleich keine signifikanten Unterschiede zwischen physiologischem und pathologischem neurologischem Gewebe hinsichtlich Neurofascin-155 und Caspr1 festgestellt werden konnten, scheint der Ansatz grunds{\"a}tzlich dennoch vielversprechend zu sein, bedarf jedoch noch weiteren Anstrengungen hinsichtlich Probenpr{\"a}paration, Auswertungs- und Versuchsprotokollen und einer gr{\"o}ßeren Anzahl an humanen Biopsien mit homogenerem Krankheitsbild.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Waeldchen2020,
  author    = {W{\"a}ldchen, Sina},
  title     = {Super-Resolution-Mikroskopie zur Visualisierung und Quantifizierung von Glutamatrezeptoren und ADHS-assoziierten Proteinen},
  doi       = {10.25972/OPUS-19283},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-192834},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Die Entwicklung hochaufl{\"o}sender Fluoreszenzmikroskopiemethoden hat die Lichtmikroskopie revolutioniert. Einerseits erm{\"o}glicht die h{\"o}here erzielte r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung die Abbildung von Strukturen, die deutlich unterhalb der beugungsbedingten Aufl{\"o}sungsgrenze liegen. Andererseits erh{\"a}lt man durch Einzelmolek{\"u}llokalisationsmikroskopiemethoden wie dSTORM (Direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) Informationen, welche man f{\"u}r quantitative Analysen heranziehen kann. Aufgrund der sich dadurch bietenden neuen M{\"o}glichkeiten, hat sich die hochaufl{\"o}sende Fluoreszenzmikroskopie rasant entwickelt und kommt mittlerweile zur Untersuchung einer Vielzahl biologischer und medizinischer Fragestellungen zum Einsatz. Trotz dieses Erfolgs ist jedoch nicht zu verleugnen, dass auch diese neuen Methoden ihre Nachteile haben. Dazu z{\"a}hlt die Notwendigkeit relativ hoher Laserleistungen, welche Voraussetzung f{\"u}r hohe Aufl{\"o}sung ist und bei lebenden Proben zur Photosch{\"a}digung f{\"u}hren kann. Diese Arbeit widmet sich sowohl dem Thema der Photosch{\"a}digung durch Einzelmolek{\"u}llokalisationsmikroskopie, als auch der Anwendung von dSTORM und SIM (Structured Illumination Microscopy) zur Untersuchung neurobiologischer Fragestellungen auf Proteinebene. Zur Ermittlung der Photosch{\"a}digung wurden lebende Zellen unter typischen Bedingungen bestrahlt und anschließend f{\"u}r 20-24 h beobachtet. Als quantitatives Maß f{\"u}r den Grad der Photosch{\"a}digung wurde der Anteil sterbender Zellen bestimmt. Neben der zu erwartenden Intensit{\"a}ts- und Wellenl{\"a}ngenabh{\"a}ngigkeit, zeigte sich, dass die Schwere der Photosch{\"a}digung auch von vielen weiteren Faktoren abh{\"a}ngt und dass sich Einzelmolek{\"u}llokalisationsmikroskopie bei Ber{\"u}cksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse durchaus mit Lebendzellexperimenten vereinbaren l{\"a}sst. Ein weiteres Projekt diente der Untersuchung der A- und B-Typ-Glutamatrezeptoren an der neuromuskul{\"a}ren Synapse von Drosophila melanogaster mittels dSTORM. Dabei konnte eine ver{\"a}nderte Anordnung beider Rezeptortypen infolge synaptischer Plastizit{\"a}t beobachtet, sowie eine absolute Quantifizierung des A-Typ-Rezeptors durchgef{\"u}hrt werden. Im Mittelpunkt eines dritten Projekts standen Cadherin-13 (CDH13) sowie der Glucosetransporter Typ 3 (GluT3), welche beide mit der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivit{\"a}tsst{\"o}rung in Verbindung gebracht werden. CDH13 konnte mittels SIM in serotonergen Neuronen, sowie radi{\"a}ren Gliazellen der dorsalen Raphekerne des embryonalen Mausgehirns nachgewiesen werden. Die Rolle von GluT3 wurde in aus induzierten pluripotenten Stammzellen differenzierten Neuronen analysiert, welche verschiedene Kopienzahlvariation des f{\"u}r GluT3-codierenden SLC2A3-Gens aufwiesen. Die Proteine GluT3, Bassoon und Homer wurden mittels dSTORM relativ quantifiziert. W{\"a}hrend die Deletion des Gens zu einer erwartenden Verminderung von GluT3 auf Proteinebene f{\"u}hrte, hatte die Duplikation keinen Effekt auf die GluT3-Menge. F{\"u}r Bassoon und Homer zeigte sich weder durch die Deletion noch die Duplikation eine signifikante Ver{\"a}nderung.},
  subject      = {Mikroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Burgert2018,
  author    = {Burgert, Anne},
  title     = {Untersuchung von Sphingolipiden und anderen Membrankonjugaten mittels hochaufl{\"o}sender Fluoreszenzmikroskopie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145725},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Methoden der Fluoreszenz-Lokalisationsmikroskopie (engl. single-molecule localization microscopy, SMLM) erm{\"o}glichen es Molek{\"u}le zu quantifizieren und deren Verteilung zu analysieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Membranmolek{\"u}le auf unterschiedlichen eukaryotischen Zellen, aber auch auf Prokaryoten mit dSTORM (engl. direct stochastic optical reconstruction microscopy) oder PALM (engl.: photoactivated localization microscopy) aufgenommen und quantifiziert. Bevor jedoch diese hochaufl{\"o}sende fluoreszenzbasierte Technik f{\"u}r biologische Fragestellungen angewendet werden konnten, mussten zun{\"a}chst potentielle Artefakt-ausl{\"o}sende Quellen identifiziert und Strategien gefunden werden, um diese zu eliminieren. Eine m{\"o}gliche Artefakt-Quelle ist eine zu niedrige Photonenzahl, die von Fluorophoren emittiert wird. Werden zu wenige Photonen detektiert, kann die Lokalisation eines Fluorophors weniger pr{\"a}zise bestimmt werden. Dies kann zu einer falschen Abbildung von Strukturen f{\"u}hren oder zu falschen R{\"u}ckschl{\"u}ssen {\"u}ber die Verteilung von Molek{\"u}len. Eine M{\"o}glichkeit die Anzahl der emittierten Photonen zu erh{\"o}hen, ist chemische Additive als Triplettl{\"o}scher einzusetzen. Sie bewirken, dass die Fluorophore wieder in den Grundzustand relaxieren und somit wieder angeregt werden k{\"o}nnen. Es wurden verschiedene Additive, die in der Literatur als Triplettl{\"o}scher beschrieben sind, getestet. Dazu wurden zun{\"a}chst ihre Auswirkungen auf den Triplettzustand verschiedener Fluorophore (Alexa Fluor (Al) 488, 532 und 647 und Atto655) mit Hilfe von Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) untersucht. Cyclooctatetraen (COT) bewirkte dabei eine Abnahme der Triplettausbeute von Al488, Al532 und Al647 um ~ 40-60\%, bei Atto655 ver{\"a}nderte sie sich nicht. Obwohl die Ergebnisse der FCS-Messungen darauf hindeuten, dass COT in einer erh{\"o}hten Anzahl an emittierten Photonen resultiert, konnte dies bei dSTORM-Messungen nicht best{\"a}tigt werden. Hier hatte COT nur einen gr{\"o}ßeren positiven Effekt auf das Fluorophor Al647 (Zunahme um ~ 60\%). Eine Erkl{\"a}rung f{\"u}r diese Widerspr{\"u}chlichkeit zu den Ergebnissen aus den FCS-Messungen, k{\"o}nnte das Vorhandensein des Schaltpuffers bei dSTORM-Messungen sein. Dieser bewirkt den {\"U}bergang der Fluorophore in den Aus-Zustand bzw. entzieht dem Puffer Sauerstoff. Bei der Zugabe von 5 mM Kaliumiodid (KI) nahm die Triplettamplitude bei FCS-Messungen nur bei Al488 ab (um ~ 80\%). Eine geringe Steigerung (um ~ 10\%) der Intensit{\"a}t von Al488 mit KI konnte bei dSTORM-Messungen mit niedrigen Konzentrationen (~ 0,5 mM) erzielt werden. Bei einer Konzentration von 5 mM sank die Intensit{\"a}t jedoch wieder um 40\%. Deuteriumoxid (D2O) soll, anders als die Triplettl{\"o}scher, eine Verbesserung der Photonenausbeute dadurch bewirken, dass strahlungslose Relaxationsprozesse minimiert werden. Mit dSTORM-Messungen konnte gezeigt werden, dass Atto655 und Al647 in D2O zwar pro An-Zustand mehr Photonen emittieren als in Schaltpuffer ohne D2O, da die Fluorophore hier jedoch schneller bleichen, letztendlich die gleiche Anzahl an Photonen detektiert werden. Um die Anzahl an emittierten Photonen zu erh{\"o}hen, eignet sich also nur COT bei dSTORM-Messungen mit AL647 und KI in sehr geringen Konzentrationen bei Al488. D2O kann eingesetzt werden, wenn eine Probe schnell vermessen werden muss, wie zum Beispiel bei Lebendzellmessungen. Nicht nur eine zu niedrige Photonenzahl, auch eine zu geringe Photoschaltrate kann Artefakte bei dSTORM-Messungen erzeugen. Dies wurde anhand von verschiedenen biologischen Strukturen, die mit unterschiedlichen Anregungsintensit{\"a}ten aufgenommen wurden, deutlich gemacht. Besonders die Aufnahmen von Plasmamembranen sind anf{\"a}llig f{\"u}r die Generierung von Artefakten. Sie weisen viele inhomogene und lokal dichte Regionen auf. Wenn nun mehr als ein Emitter pro µm² gleichzeitig an ist, erzeugt das Auswertungsprogramm große artifizielle Cluster. Die hier durchgef{\"u}hrten Messungen machen deutlich, wie wichtig es ist, dSTORM-Bilder immer auf m{\"o}gliche Artefakte hin zu untersuchen, besonders wenn Molek{\"u}le quantifiziert werden sollen. Daf{\"u}r m{\"u}ssen die unbearbeiteten Rohdaten sorgf{\"a}ltig gesichtet werden und notfalls die Messungen mit einer h{\"o}heren Laserleistung wiederholt werden. Da dSTORM mittlerweile immer mehr zur Quantifizierung eingesetzt wird und Clusteranalysen durchgef{\"u}hrt werden, w{\"a}re es sinnvoll bei Ver{\"o}ffentlichungen die Rohdaten von entscheidenden Aufnahmen der {\"O}ffentlichkeit zur Verf{\"u}gung zu stellen. Die F{\"a}rbemethode ist ein weiterer Punkt, durch den Artefakte bei der Abbildung von Molek{\"u}len mittels SMLM entstehen k{\"o}nnen. H{\"a}ufig werden Antik{\"o}rper zum Markieren verwendet. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass m{\"o}glichst kleine Antik{\"o}rper oder Antik{\"o}rperfragmente verwendet werden, besonders wenn Clusteranalysen durchgef{\"u}hrt werden sollen. Anderenfalls leidet die Aufl{\"o}sung darunter, bzw. erh{\"o}ht sich die Gefahr der Kreuzvernetzung von Molek{\"u}len. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit, wurden Plasmamembran-Ceramide untersucht. Ceramide geh{\"o}ren zu den Sphingolipiden und regulieren diverse zellul{\"a}re Prozesse. Verschiedene Stimuli bewirken eine Aktivierung von Sphingomyelinasen (SMasen), die Ceramide in der Plasmamembran synthetisieren. Steigt die Konzentration von Ceramiden in der Plasmamembran an, kondensieren diese zu Ceramid-reichen Plattformen (CRPs). Bisher ist noch wenig {\"u}ber die Verteilung der Ceramide und die Gr{\"o}ße der CRPs bekannt. Sie wurden hier {\"u}ber IgG-Antik{\"o}rper in der Plasmamembran von Jurkat-, U2OS-, HBME- und prim{\"a}ren T-Zellen angef{\"a}rbt und erstmals mit dSTORM hochaufgel{\"o}st, um sie dann zu quantifizieren. Unabh{\"a}ngig von der Zelllinie befanden sich 50\% aller Ceramidmolek{\"u}le in ~ 75 nm großen CRPs. Im Mittel bestanden die CRPs aus ~ 20 Ceramiden. Mit Hilfe einer Titrationsreihe konnte ausgeschlossen werden, dass diese Cluster nur durch die Antik{\"o}rper-F{\"a}rbung artifiziell erzeugt wurden. Bei Inkubation der Zellen mit Bacillus cereus Sphingomyelinase (bSMase) stieg die Gesamtkonzentration der Ceramide in der Plasmamembran an, ebenso wie die Ceramidanzahl innerhalb der CRPs, außerdem die Anzahl und Gr{\"o}ße der CRPs. Dies k{\"o}nnte zu einer Ver{\"a}nderung der L{\"o}slichkeit von Membrankomponenten f{\"u}hren, was wiederum eine Akkumulation bestimmter Rezeptoren oder eine Kompartimentierung bestimmter Proteine erleichtern k{\"o}nnte. Die Anh{\"a}ufung der Ceramide in den CRPs k{\"o}nnte ebenfalls die lokale Interaktion mit anderen Membranmolek{\"u}len erleichtern und dadurch m{\"o}glicherweise die Reaktivit{\"a}t von Rezeptoren ver{\"a}ndern. Mittels Azid-modifizierten Ceramidanaloga und kupferfreier Click-Chemie wurden Plasmamembran-Ceramide auch in lebenden Jurkat-Zellen mit Hilfe konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie (CLSM, engl. confocal laser scanning microscopy) und Strukturierter Beleuchtungsmikroskopie (SIM, engl. structured illumination microscopy) untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Fetts{\"a}ure-Kettenl{\"a}nge und die Position des Azids bei den Ceramidanaloga eine entscheidende Rolle spielt, wie hoch das detektierte Signal in der Plasmamembran letztendlich ist. Die Versuche machen auch deutlich, dass die klickbaren Ceramidanaloga lebendzellkompatibel sind, sodass sie eine hervorragende M{\"o}glichkeit darstellen, zellul{\"a}re Reaktionen zu verfolgen. Es wurden hier nicht nur Ceramide in eukaryotischen Zellen analysiert, sondern auch in Bakterien. Neisseria meningitidis (N. meningitidis) sind gramnegative Bakterien, die im Menschen eine Sepsis oder eine Meningitis ausl{\"o}sen k{\"o}nnen. Es wurde mittels immunhistochemischen F{\"a}rbungen mit dem anti-Ceramid IgG-Antik{\"o}rper, aber auch mit den klickbaren Ceramidanaloga, ein Signal in der Membran erhalten, was mit dSTORM hochaufgel{\"o}st wurde. In anderen Bakterien wurden ebenfalls schon Sphingolipide nachgewiesen. Studien zu Ceramiden in N. meningitidis wurden bisher jedoch noch nicht ver{\"o}ffentlicht. Im Rahmen dieser Arbeit konnten erstmals Ergebnisse erhalten werden, die darauf hinweisen, dass N. meningitidis ebenfalls Ceramide besitzen k{\"o}nnten. In einem dritten Projekt wurde die Interaktion zwischen NK-Zellen und Aspergillus fumigatus untersucht. Der Schimmelpilz kann eine Invasive Aspergillose in immunsupprimierten Menschen ausl{\"o}sen, was zum Tod f{\"u}hren kann. Verschiedene Studien konnten schon zeigen, dass NK-Zellen eine wichtige Rolle bei der Bek{\"a}mpfung des Pilzes spielen. Der genaue Mechanismus ist jedoch noch unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass der NK-Zell-Marker CD56 entscheidend f{\"u}r die Pilzerkennung ist. Mit immunhistochemischen F{\"a}rbungen und LSM-, aber auch dSTORM-Messungen, konnte gezeigt werden, dass die normalerweise homogen verteilten CD56-Rezeptoren auf der Plasmamembran von NK-Zellen aktiv an die Interaktionsstelle zu A. fumigatus transportiert werden. Mit der Zeit akkumulieren hier immer mehr CD56-Proteine, w{\"a}hrend das Signal in der restlichen Membran immer weiter abnimmt. Es konnte erstmals CD56 als wichtiger Erkennungsrezeptor f{\"u}r A. fumigatus identifiziert werden. In dem letzten bearbeiteten Projekt, wurde die Bindung von Anti-N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor Enzephalitis Autoantik{\"o}rper an Neuronen untersucht. Bei einer Anti-NMDA-Rezeptor Enzephalitis bilden die Patienten Autoantik{\"o}rper gegen die NR1-Untereinheit ihrer eigenen postsynaptischen NMDA-Rezeptoren. Da die Krankheit oft sehr sp{\"a}t erkannt wird und die Behandlungsm{\"o}glichkeiten noch sehr eingeschr{\"a}nkt sind, f{\"u}hrt sie noch oft zum Tod. Sie wurde erst vor wenigen Jahren beschrieben, sodass der genaue Mechanismus noch unbekannt ist. Im Rahmen dieser Arbeit, konnten erste F{\"a}rbungen mit aufgereinigten Antik{\"o}rper aus Anti-NMDA-Rezeptor Enzephalitis Patienten an NMDA-Rezeptor-transfizierte HEK-Zellen und hippocampalen Maus-Neuronen durchgef{\"u}hrt und mit dSTORM hochaufgel{\"o}st werden. Mit den Messungen der HEK-Zellen konnte best{\"a}tigt werden, dass die Autoantik{\"o}rper an die NR1-Untereinheit der Rezeptoren binden. Es konnten erstmals auch die Bindung der Antik{\"o}rper an Neuronen hochaufgel{\"o}st werden. Dabei wurde sichtbar, dass die Antik{\"o}rper zum einen dicht gepackt in den Synapsen vorliegen, aber auch d{\"u}nner verteilt in den extrasynaptischen Regionen. Basierend auf der Ripley's H-Funktion konnten in den Synapsen große Cluster von ~ 90 nm Durchmesser und im Mittel ~ 500 Lokalisationen und extrasynaptisch kleinere Cluster mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ~ 70 nm und ~ 100 Lokalisationen ausgemacht werden. Diese ersten Ergebnisse legen den Grundstein f{\"u}r weitere Messungen, mit denen der Mechanismus der Krankheit untersucht werden kann.},
  subject      = {Ceramide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Memmel2015,
  author    = {Memmel, Elisabeth},
  title     = {Vom Glycochip zur lebenden Zelle - Studien zu Infektions- und Tumor-relevanten Kohlenhydrat-Erkennungsprozessen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115825},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Kohlenhydrat-Protein-Wechselwirkungen sind h{\"a}ufig entscheidend beteiligt an verschiedenen einer Infektion oder malignen Erkrankung zugrunde liegenden molekularen Erkennungs-prozessen, die zu Adh{\"a}sion, Zell-Zell-Interaktion sowie Immunreaktion und -toleranz f{\"u}hren. Trotz der hohen Relevanz f{\"u}r Diagnostik und Therapie dieser Erkrankungen sind die betreffenden Strukturen und Mechanismen bisher nur ungen{\"u}gend untersucht und verstanden. Ziel dieser stark interdisziplin{\"a}r angelegten Arbeit war es daher, Methoden der Fachbereiche Chemie und Pharmazie, Biologie und Medizin, aber auch Physik zu kombinieren, um Kohlenhydraterkennungsprozesse im Detail zu untersuchen und auf dieser Basis strukturell neuartige diagnostische und therapeutische Anwendungen zu entwerfen. Die hochkomplexe Zusammensetzung einer Zelloberfl{\"a}che wurde zun{\"a}chst auf ihren Glycan-anteil reduziert und stark vereinfacht auf der Oberfl{\"a}che sogenannter Glycochips imitiert. Die verwendeten Systeme auf Basis einer Gold- bzw. Glasoberfl{\"a}che erg{\"a}nzen sich optimal in ihrer Eignung f{\"u}r komplement{\"a}re analytische Methoden wie Massenspektrometrie sowie quantifizierbare Fluoreszenzspektroskopie. Der {\"U}bergang auf die lebende Zelloberfl{\"a}che gelang mit Hilfe des Metabolic Glyco-engineering, das die kovalente Pr{\"a}sentation definierter Motive durch eine Cycloaddition zwischen zwei bioorthogonalen Reaktionspartnern (z.B. Azid und Alkin) erm{\"o}glicht. Auf diese Weise wurden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Sauer (Universit{\"a}t W{\"u}rzburg) zun{\"a}chst die Dichte und Verteilung verschiedener Oberfl{\"a}chenglycane auf humanen Zellen mittels hochaufl{\"o}sender Fluoreszenzmikroskopie (dSTORM) bestimmt. Diese Parameter zeigten im Modell des Glycochips einen entscheidenden Einfluss auf Bindungsereignisse und multivalente Erkennung und z{\"a}hlen auch auf nat{\"u}rlichen Zelloberfl{\"a}chen - in engem Zusammenhang mit der lateralen und temporalen Dynamik der Motive - zu den wichtigen Faktoren molekularer Erkennungsprozesse. Die gezielte Modifikation zellul{\"a}rer Oberfl{\"a}chenglycane eignet sich aber auch selbst als Methode zur Beeinflussung molekularer Wechselwirkungsprozesse. Dies wurde anhand des humanpathogenen Bakteriums S. aureus gezeigt, dessen Adh{\"a}sion auf Epithelzellen der Blasenwand durch Metabolic Glycoengineering partiell unterdr{\"u}ckt werden konnte. In einem erg{\"a}nzenden Projekt wurden zwei potentielle Metabolite eines konventionellen Antibiotikums - des Nitroxolins - mit bakteriostatischer sowie antiadh{\"a}siver Wirksamkeit dargestellt. Diese dienten als Referenzsubstanzen zur Verifizierung der postulierten Struktur der Derivate, werden aber auch selbst auf ihr Wirkprofil hin untersucht. Gleichzeitig stehen sie zusammen mit der Grundverbindung zudem als Referenz f{\"u}r die Wirkst{\"a}rke potentieller neu entwickelter Antiadh{\"a}siva zur Verf{\"u}gung.},
  subject      = {Microarray},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Klein2014,
  author    = {Klein, Teresa},
  title     = {Lokalisationsmikroskopie f{\"u}r die Visualisierung zellul{\"a}rer Strukturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-99260},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die Einf{\"u}hrung der Fluoreszenzmikroskopie erm{\"o}glicht es, Strukturen in Zellen spezifisch und mit hohem Kontrast zu markieren und zu untersuchen. Da die Lichtmikroskopie jedoch in ihrer Aufl{\"o}sung begrenzt ist, bleiben Strukturinformationen auf molekularer Ebene verborgen. Diese als Beugungsgrenze bekannte Limitierung, kann mit modernen Verfahren umgangen werden. Die Lokalisationsmikroskopie nutzt hierf{\"u}r photoschaltbare Fluorophore, deren Fluoreszenz r{\"a}umlich und zeitlich separiert wird, um so einzelne Fluorophore mit Nanometer-Genauigkeit lokalisieren zu k{\"o}nnen. Aus tausenden Einzelmolek{\"u}l-Lokalisationen wird ein k{\"u}nstliches, hochaufgel{\"o}stes Bild rekonstruiert. Die hochaufl{\"o}sende Mikroskopie ist grade f{\"u}r die Lebendzell-Beobachtung ein wertvolles Werkzeug, um subzellul{\"a}re Strukturen und Proteindynamiken jenseits der Beugungsgrenze unter physiologischen Bedingungen untersuchen zu k{\"o}nnen. Als Marker k{\"o}nnen sowohl photoaktivierbare fluoreszierende Proteine als auch photoschaltbare organische Fluorophore eingesetzt werden. W{\"a}hrend die Markierung mit fluoreszierenden Proteinen einfach zu verwirklichen ist, haben organische Farbstoffe hingegen den Vorteil, dass sie auf Grund der h{\"o}heren Photonenausbeute eine pr{\"a}zisere Lokalisation erlauben. In lebenden Zellen wird die Markierung von Strukturen mit synthetischen Fluorophoren {\"u}ber sogenannte chemische Tags erm{\"o}glicht. Diese sind olypeptidsequenzen, die genetisch an das Zielprotein fusioniert werden und anschließend mit Farbstoff-gekoppelten Substraten gef{\"a}rbt werden. An der Modellstruktur des Histonproteins H2B werden in dieser Arbeit Farbstoffe in Kombination mit chemischen Tags identifiziert, die erfolgreich f{\"u}r die Hochaufl{\"o}sung mit direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) in lebenden Zellen eingesetzt werden k{\"o}nnen. F{\"u}r besonders geeignet erweisen sich die Farbstoffe Tetramethylrhodamin, 505 und Atto 655, womit der gesamte spektrale Bereich vertreten ist. Allerdings k{\"o}nnen unspezifische Bindung und Farbstoffaggregation ein Problem bei der effizienten Markierung in lebenden Zellen darstellen. Es wird gezeigt, dass die Beschichtung der Glasoberfl{\"a}che mit Glycin die unspezifische Adsorption der Fluorophore erfolgreich minimieren kann. Weiterhin wird der Einfluss des Anregungslichtes auf die lebende Zelle diskutiert. Es werden Wege beschrieben, um die Photosch{\"a}digung m{\"o}glichst gering zu halten, beispielsweise durch die Wahl eines Farbstoffs im rotem Anregungsbereich. Die M{\"o}glichkeit lebende Zellen mit photoschaltbaren organischen Fluorophoren spezifisch markieren zu k{\"o}nnen, stellt einen großen Gewinn f{\"u}r die Lokalisationsmikroskopie dar, bei der urspr{\"u}nglich farbstoffgekoppelte Antik{\"o}rper zum Einsatz kamen. Diese Markierungsmethode wird in dieser Arbeit eingesetzt, um das Aggregationsverhalten von Alzheimer verursachenden � -Amyloid Peptiden im Rahmen einer Kooperation zu untersuchen. Es werden anhand von HeLa Zellen verschiedene beugungsbegrenzte Morphologien der Aggregate aufgekl{\"a}rt. Dabei wird gezeigt, dass intrazellul{\"a}r vorhandene Peptide gr{\"o}ßere Aggregate formen als die im extrazellul{\"a}ren Bereich. In einer zweiten Kollaboration wird mit Hilfe des photoaktivierbaren Proteins mEos2 und photoactivated localization microscopy (PALM) die strukturelle Organisation zweier Flotillinproteine in der Membran von Bakterien untersucht. Diese Proteine bilden zwei Cluster mit unterschiedlichen Durchmessern, die mit Nanometer-Genauigkeit bestimmt werden konnten. Es wurde außerdem festgestellt, dass beide Proteine in unterschiedlichen Anzahlen im Bakterium vorliegen.},
  subject      = {Hochaufl{\"o}sendes Verfahren},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Loeschberger2014,
  author    = {L{\"o}schberger, Anna},
  title     = {Biologische Referenzstrukturen und Protokolloptimierung in der hochaufl{\"o}senden Fluoreszenzmikroskopie mit dSTORM},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-102630},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die Lokalisationsmikroskopie ist eine neue, vielversprechende Methode der hochaufl{\"o}senden Fluoreszenzmikroskopie. Sie erm{\"o}glicht detaillierte Einblicke in die Organisation und den strukturellen Aufbau von Zellen. Da die Vorbereitung der Proben und das Aufnehmen der Bilder im Vergleich zu herk{\"o}mmlichen Methoden h{\"o}here Anforderungen stellt, mussten ihr Potential und ihre Zuverl{\"a}ssigkeit erst noch {\"u}berzeugend gezeigt werden. Bis vor kurzem wurde das Aufl{\"o}sungsverm{\"o}gen vor allem an Mikrotubuli gezeigt, deren filament{\"o}se Struktur allerdings schon in konfokalen Bildern zu erkennen ist. Deswegen wurde in dieser Dissertation der Kernporenkomplex (NPC), dessen Struktur in der konventionellen Fluoreszenzmikroskopie nicht aufl{\"o}sbar ist, als Modellstruktur f{\"u}r die hochaufl{\"o}sende Fluoreszenzmikroskopie eingef{\"u}hrt. Dazu wurden Kernporenkomplexe aus Kernh{\"u}llen von Xenopus laevis Oocyten mit dSTORM (direct stochastic optical reconstruction microscopy), einer Methode der Lokalisationsmikroskopie, hochaufgel{\"o}st. Damit konnte nun erstmals die Achtfachsymmetrie dieses Proteinkomplexes lichtmikroskopisch dargestellt werden. Desweiteren konnte der Zentralkanal mit einem Durchmesser von ca. 40 nm aufgel{\"o}st werden. Die Daten eigneten sich außerdem f{\"u}r eine automatisierte Bildanalyse nach dem sogenannten "particle averaging" - einer aus der Elektronenmikroskopie bekannten Methode, um eine Durchschnittsstruktur zu ermitteln. Dar{\"u}ber hinaus wurden Zweifach-F{\"a}rbungen von NPCs benutzt, um verschiedene Ans{\"a}tze f{\"u}r Zweifarben-Aufnahmen mit dSTORM zu testen. Neben dem mittlerweile standardm{\"a}ßig benutzten, sequentiellen Ansatz mit zwei spektral getrennten Farbstoffen, wurde auch ein simultaner Ansatz mit zwei spektral {\"u}berlappenden Farbstoffen erfolgreich angewandt. Auch f{\"u}r 3D-Messungen mit den Ans{\"a}tzen Biplane und Astigmatismus eignete sich die Markierung der Kernh{\"u}lle. Hier wurden jedoch A6-Zellen benutzt und die Kr{\"u}mmung des Zellkerns {\"u}ber die gef{\"a}rbten Kernporen dargestellt. dSTORM-Messungen k{\"o}nnen nicht nur an fixierten, sondern auch in lebenden Zellen durchgef{\"u}hrt werden. Hierzu eignen sich vor allem sehr immobile Proteine, wie H2B oder Lamin C. Anhand von SNAP-Tag- und Halo-Tag-Konstrukten konnte gezeigt werden, dass sich kommerziell erh{\"a}ltliche, organische Farbstoffe auch in endogener zellul{\"a}rer Umgebung schalten lassen, wodurch Lebendzell-Aufnahmen mit dSTORM m{\"o}glich sind. Ein weiterer Teil dieser Arbeit befasst sich mit korrelativen Aufnahmen aus dSTORM und Rasterelektronenmikroskopie (SEM). Hierzu wurden Xenopus laevis Kernh{\"u}llen zuerst mit dSTORM hochaufgel{\"o}st und danach f{\"u}r die EM pr{\"a}pariert. Anschließend wurden zugeh{\"o}rige Bereiche am Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. Mit den erhaltenen korrelativen Bildern konnte gezeigt werden, dass sich dSTORM und SEM bei geeigneten Proben durchaus kombinieren lassen. Proteine k{\"o}nnen somit spezifisch markiert und im Rahmen ihrer strukturellen Umgebung mit nahezu molekularer Aufl{\"o}sung dargestellt werden. Da hochwertige Aufnahmen eine ausgereifte Probenpr{\"a}paration voraussetzen, darf deren Etablierung nicht zu kurz kommen. Unter dieser Pr{\"a}misse wurde ein optimiertes Markierungsprotokoll mit dem Namen ClickOx entwickelt. Mit ClickOx bleibt bei der kupferkatalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition die Feinstruktur von Aktinfilamenten, sowie die Fluoreszenz fluoreszierender Proteine, deutlich sichtbar erhalten. W{\"a}hrend bei den klassischen Click-Protokollen auf Grund der Entstehung von reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS) feine zellul{\"a}re Strukturen, wie Aktinfilamente, angegriffen oder zerst{\"o}rt werden, sch{\"u}tzt das neue Protokoll mit enzymatischem Sauerstoffentzug Proteine und somit Strukturen vor Reaktionen mit ROS. Das unterstreicht, wie wichtig es ist auch sogenannte "etablierte" Protokolle weiterzuentwickeln, denn bestimmte Nebeneffekte in Pr{\"a}parationen werden unter Umst{\"a}nden erstmals in der Hochaufl{\"o}sung sichtbar. Ein weiterer Aspekt war die Untersuchung des Einflusses von D1 auf die Chromatinorganisation. Mit verschiedenen mikroskopischen Methoden konnten Hinweise auf eine m{\"o}gliche DNA-Cross-Linking-F{\"a}higkeit dieses Proteins gesammelt werden. Hier wurde die Einzelmolek{\"u}linformation der dSTORM-Filme genutzt, um unterschiedliche Grade von DNA- bzw. Chromatin-Akkumulation zu vergleichen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass wildtypisches D1 DNA vernetzen kann. Dies erfolgt {\"u}ber die sogenannten AT-Haken-Motive. Sobald diese alle durch Mutation funktionsunf{\"a}hig gemacht werden - wie bei der verwendeten R10xG-Mutante - l{\"a}sst sich keine Akkumulation der DNA mehr beobachten. Neben der Chromatinaggregation durch D1-Expression konnte in FRAP-Experimenten gezeigt werden, dass nur die "echten" AT-Haken eine hohe Affinit{\"a}t zum Chromatin aufweisen, die sogenannten "potentiellen" hingegen nicht.},
  subject      = {Fluoreszenzmikroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Goehler2012,
  author    = {G{\"o}hler, Antonia},
  title     = {Untersuchung Karbohydrat-bindender Proteine mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-76665},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Das menschliche Genom verschl{\"u}sselt 30000 bis 40000 Proteine, von denen ein Großteil kovalent gebundene Karbohydrat-Gruppen an Asparagin-, Serin-, Threonin- oder Hydroxylysin-Resten tr{\"a}gt. Diese sogenannten Glykoproteine sind allgegenw{\"a}rtige Bestandteile der extrazellul{\"a}ren Matrix von Zelloberfl{\"a}chen. Sie steuern Zell-Zell- und Zell-Matrix-Kommunikationen, k{\"o}nnen bei der roteinfaltung helfen bzw. die Proteinstabilit{\"a}t erh{\"o}hen oder Immunantworten regulieren. Die Ausl{\"o}sung von biologischen Prozesse erfordert aber {\"U}bersetzer der zuckerbasierten Informationen. Solche Effektoren sind die Lektine, unter ihnen auch die Galektine. Galektine binden spezifisch β-Galaktosen, weisen strukturelle {\"U}bereinstimmungen in der Aminos{\"a}uresequenz ihrer Zuckererkennungsdom{\"a}nen (CRDs) auf und zeigen ein „jelly-roll"-Faltungsmuster, bestehend aus einem β-Sandwich mit zwei antiparallelen Faltbl{\"a}ttern. Strukturell werden die CRDs in drei verschiedenen, topologischen Formen pr{\"a}sentiert. Proto-Typen existieren als nicht-kovalent verkn{\"u}pfte Dimere der CRDs, Chimera-Typen besitzen neben der CRD eine Nicht-Lektin-Dom{\"a}ne und bei den Tandem-Repeat-Typen sind zwei verschiedene CRDs {\"u}ber ein kurzes Linker-Peptid kovalent verbunden. Galektine werden sowohl in normalem wie auch pathogenem Gewebe exprimiert und das zunehmende Wissen {\"u}ber die Beteiligung an verschiedenen Krankheiten und Tumorwachstum liefert die Motivation, strukturelle Aspekte und die Vernetzung von Lektinen detailliert, insbesondere im Hinblick auf ihre intrafamili{\"a}ren Unterschiede, zu untersuchen. Durch die Kombination verschiedener Spektroskopie-Techniken mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung, basierend auf der Verwendung von Fluorophoren (intrinsisch und extrinsisch), werden in dieser Arbeit die Eigenschaften von Galektinen n{\"a}her untersucht. Mit Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) und Anisotropie-Messungen wird gezeigt, dass eine Liganden-Bindung bei Proto-Typ-Galektinen mit einer Verringerung des hydrodynamischen Radius einhergeht. Bei Tandem-Repeat- und Chimera-Typen bleibt der Radius konstant. Daf{\"u}r skaliert die Diffusionskonstante von Tandem-Repeat-Typen anormal mit der molaren Masse. Die Anisotropie-Messungen werden parallel zu den FCS-Messungen durchgef{\"u}hrt, um einen Einfluss des Fluoreszenzmarkers auszuschließen. Mit Hilfe dieser Technik wird außerdem gezeigt, dass unterschiedliche Dissoziationskonstanten und Kinetiken f{\"u}r den Bindungsprozess innerhalb der Proto-Typ-Gruppe m{\"o}glichweise auf unterschiedliche Konformationsdynamiken zur{\"u}ckgehen. Der Vergleich von hGal-1 und cG-1B verdeutlicht, dass strukturelle {\"A}hnlichkeiten zwar ein identisches Bindungsverhalten hervorrufen k{\"o}nnen, der Oxidationsprozess der Proteine aber unterschiedlich ablaufen kann. Beide Methoden k{\"o}nnen so als sehr sensitive Techniken zur Untersuchung von Strukturmerkmalen bei Galektinen etabliert werden, wobei die {\"U}bertragbarkeit auf andere Glykoproteine gew{\"a}hrleistet ist. Weiterhin gilt Quervernetzung als eine der wichtigsten Eigenschaften von Galektinen, da durch die Vernetzung von Glykoproteinen auf der Zelloberfl{\"a}che Signalwege aktiviert und Immunantworten reguliert werden. Um die r{\"a}umliche organisation und Quervernetzung von hGal-1 auf den Oberfl{\"a}chen von Neuroblastomzellen nachzuweisen, eignet sich das hochaufl{\"o}sende Mikroskopieverfahren dSTORM sehr gut. Durch Verwendung des photoschaltbaren Fluorophors Alexa647 als spezifischem Marker f{\"u}r hGal-1, einem Standard-Weitfeld-Aufbau und verschiedenen Analyseverfahren, kann eine Clusterformation von hGal-1 auf der Zelloberfl{\"a}che best{\"a}tigt werden. hGal-1 bildet Cluster mit einem mittleren Durchmesser von 81±7 nm aus. Der Durchmesser ist unabh{\"a}ngig von der Konzentration, w{\"a}hrend die Anzahl der Cluster davon abh{\"a}ngt. F{\"u}r die Clusterausbildung ist ein Startpunkt, also eine minimale Dichte der Galektin-Molek{\"u}le, notwendig. Durch Blockierung der CRDs mit Laktose wird die Clusterbildung unterdr{\"u}ckt und die Spezifit{\"a}t der CRDs gegen{\"u}ber β-Galaktosen erneut herausgestellt. Anders als dimeres hGal-1 binden Monomere deutlich schlechter an die Membranrezeptoren. Es werden keine Cluster ausgebildet, eine Quervernetzung von Membranrezeptoren ist nicht m{\"o}glich. Außerdem kann es durch die Monomere zu einer vollst{\"a}ndigen Markierung und damit Abkugellung der Zellen kommen. M{\"o}glicherweise wird der Zelltod induziert. Hochaufl{\"o}sende Mikroskopieverfahren sind durch den Markierungsprozess limitiert. Die bioorthogonale Click-Chemie er{\"o}ffnet jedoch neue M{\"o}glichkeiten zur Markierung und Visualisierung von Biomolek{\"u}len, ohne die Notwenigkeit genetischer Manipulationen. Es werden modifizierte Zuckermolek{\"u}le in die Zellmembranen eingebaut, {\"u}ber eine 1,3-polare Cycloaddition mit einem Alkin markiert und ihre Verteilung mit Hilfe von dSTORM untersucht. Es wird nachgewiesen, dass die Zuckermolek{\"u}le in Clustern auftreten und Click-Chemie trotz dem Katalysator Kupfer an lebenden Zellen durchf{\"u}hrbar ist. Die Bewegung der Gesamtcluster wird mittels Mean Square Displacement aufgeschl{\"u}sselt und eine Diffusionskonstante f{\"u}r Cluster im Bereich von 40 - 250 nm bestimmt. Zusammenfassend stellt die Kombination verschiedener Spektroskopie-Techniken ein gutes Werkzeug zur Untersuchung von Karbohydrat-bindendenden Proteinen mit hoher r{\"a}umlicher und zeitlicher Aufl{\"o}sung dar und erm{\"o}glicht einen neuen Einblick in die Biologie der Galektine.},
  subject      = {Fluoreszenz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Pauli2012,
  author    = {Pauli, Martin},
  title     = {Bildgebung Aktiver Zonen : Lichtmikroskopische Methoden zur Darstellung pr{\"a}synaptischer AktiverZonen in lebendem und fixiertem Gewebe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77630},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war es, strukturelle Ver{\"a}nderungen pr{\"a}synaptischer Aktiver Zonen als m{\"o}gliches Korrelat synaptischer Plastizit{\"a}t zu detektieren. Damit soll die Hypothese getestet werden, dass strukturelle Plastizit{\"a}t Aktiver Zonen eine zentrale Rolle bei der Informationsverarbeitung im Gehirn und bei Lern- und Ged{\"a}chtnisprozessen spielt. Dazu war es notwendig Methoden zu etablieren, die die strukturelle Analyse Aktiver Zonen und deren Ver{\"a}nderung in vitalem Gewebe erm{\"o}glichen. Um die Untersuchungen in einem Gewebe mit plastischen Eigenschaften durchzuf{\"u}hren, wurden Methoden zur Herstellung organotypischer hippocampaler Hirnschnittkulturen etabliert, da hippokampale Moosfasersynapsen ausgepr{\"a}gte pr{\"a}synaptische Plastizit{\"a}t aufweisen (Bliss und Collingridge, 1993). Durch Einzelzellelektroporation wurde es m{\"o}glich, individuelle Neurone mit Transgenen zur Markierung der gesamten Zelle (DsRed) und synaptischer Substrukturen wie Aktive Zonen (z.B.: GFP-CAST, einem Fluorophor-markierten AZ-Protein) zu transfizieren. Mit konfokaler Bildgebung transfizierter Zellen konnten strukturierte Anreicherungen von GFP-CAST in Moosfaserboutons dargestellt werden. Konfokale Bildgebung von Doppelimmunfluoreszenzf{\"a}rbungen zur detaillierten Analyse der Proteinlokalisation zeigte ein diffraktionsbedingtes Aufl{\"o}sungsdefizit, das auch durch die Anwendung von STED-Mikroskopie nicht zufriedenstellend gel{\"o}st werden konnte. Um eine pr{\"a}zise Karte synaptischer Proteine zu erstellen, wurde hochaufl{\"o}sende Mikroskopie (dSTORM) mit einer lateralen r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung von 20 nm etabliert. Dabei erwiesen sich die ausgepr{\"a}gte Plastizit{\"a}t, die hohe Dichte an Aktiven Zonen und die variable Gestalt der Boutons im hippokampalen Pr{\"a}parat als problematisch. Aus diesem Grund wurde die elektronenmikroskopisch gut charakterisierte neuromuskul{\"a}re Endplatte mit ihrer symmetrischen molekularen Struktur als Pr{\"a}parat f{\"u}r dSTORM verwendet. An der Endplatte konnte die molekulare Organisation der Aktiven-Zonen-Proteine Piccolo und Bassoon dargestellt werden. Zudem konnten erstmals die M{\"u}ndungen postsynaptischer Falten lichtmikroskopisch aufgel{\"o}st werden. So gelang es Werkzeuge zu etablieren, die mit lichtmikroskopischen Methoden die Darstellung der Architektur Aktiver Zonen mit molekularer Aufl{\"o}sung erm{\"o}glichen. Die Herausforderung wird es sein, diese neue Dimension in funktionellem Kontext zu nutzen. Die experimentellen Grundlagen dazu wurden durch eine spezielle Badkammer und die Etablierung von Rollertubekulturen bereits gelegt. Dabei erm{\"o}glicht dSTORM die Adressierung quantitativer Fragestellungen bis hin zur Bestimmung der Molek{\"u}lanzahl.},
  subject      = {Hippokampus},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Vogel2011,
  author    = {Vogel, Benjamin},
  title     = {Organisation von Chromatin durch HMGA1 Proteine},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-65295},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {HMGA1 Proteine sind kleine, basische, Nicht-Histon Proteine, die in L{\"o}sung keine Struktur aufweisen, durch drei AT-Haken, als DNA-Bindungsmotive, gekennzeichnet sind und pr{\"a}ferentiell an die kleine Furche der DNA binden. Als differenziell exprimierte Architekturelemente des Chromatins erf{\"u}llen sie wichtige Funktionen bei der Regulation DNA abh{\"a}ngiger Prozesse in Zellen und w{\"a}hrend Entwicklungsprozessen. Aberrante Expressionen f{\"u}hren zu Entwicklungsdefekten und Krebs. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von HMGA1 Proteinen auf die Organisation des Chromatins untersucht. Als Modell diente dabei zun{\"a}chst die Differenzierung von C2C12 Muskelvorl{\"a}uferzellen. Wie in einer fr{\"u}heren Arbeit gezeigt wurde, ist die Herunterregulation von HMGA1a essentiell f{\"u}r den Eintritt von C2C12 Zellen in die Myogenese. Eine konstante {\"U}berexpression von HMGA1a-eGFP hingegen verhindert die Muskeldifferenzierung durch Beeinflussung der Expression myogenesespezifischer Gene und Etablierung einer stabilen Chromatinstruktur. Wie in der vorliegenden Arbeit herausgefunden wurde, nimmt die differenzielle HMGA1a Expression nicht nur Einfluss auf die Expression muskelspezifischer Gene, sondern auch auf die globale Zusammensetzung des Chromatins durch eine reduzierte Expression von H1 Histonen und einer aberranten Expression von HMGB1, HMGN1 und HP1 Proteinen. HMGA1a wurde zusammen mit ORC Proteinen eine Funktion bei der Definition von Replikationsurspr{\"u}ngen in eukaryotischen Zellen zugesprochen. ORC Proteine wurden auch als Komponenten des Heterochromatins und als Interaktionspartner von HP1α identifiziert. Hier konnte mit Hilfe von Co-Immunpr{\"a}zipitationen, Pull-down Assays und Verdr{\"a}ngungsexperimenten gezeigt werden, dass HMGA1 ein weiterer, direkter Interaktionspartner von ORC Proteinen im Heterochromatin ist und zusammen mit HP1α kooperiert. Pull-down-, Verdr{\"a}ngungs- und siRNA-Experimente zeigten zudem, dass HMGA1 zwar nicht direkt mit HP1α interagiert, die Kooperation der Proteine {\"u}ber ORC aber dennoch wichtig f{\"u}r die Aufrechterhaltung der Heterochromatinsstruktur ist. Damit erweisen sich HMGA1 Proteine als wichtige Stabilisierungsfaktoren des Heterochromatins. Bislang ging man davon aus, dass HMGA1 Molek{\"u}le linear, also eindimensional, an ein DNA Molek{\"u}l binden. Das Vorhandensein von drei DNA-Bindungsmotiven und die eher struktur- als sequenzabh{\"a}ngige Bindung an die DNA lassen vermuten, dass HMGA1 Proteine auch gleichzeitig an benachbarte DNA-Str{\"a}nge, also auch dreidimensional, binden k{\"o}nnten. Bekr{\"a}ftigt wurde diese Vermutung durch die Bildung von Chromatinaggregaten in Zellen die HMGA1a-eGFP {\"u}berexprimierten. Dies wurde mittels konfokaler und hochaufl{\"o}sender Mikroskopie (dSTORM) analysiert. Um das Potential einer DNA-Quervernetzung durch HMGA1 Proteine nachzuweisen, wurde eine neue Methode entwickelt. Mit Hilfe eines neuartigen DNA Cross-linking Assays wurde nachgewiesen, dass HMGA1 Proteine in der Lage sind, zwei individuelle DNA Str{\"a}nge zu vernetzen. Zudem wurde eine neue Dom{\"a}ne in HMGA1 entdeckt die maßgeblich zum Cross-linking beitr{\"a}gt. Elektronenmikroskopische Analysen best{\"a}tigten, dass HMGA1 Proteine in der Lage sind Kreuzungen und Schleifen in DNA Molek{\"u}len zu erzeugen. Diese Ergebnisse unterst{\"u}tzen die Vermutung, dass HMGA1 Proteine im Zellkern ein DNA Ger{\"u}st bilden k{\"o}nnen, das Einfluss auf die zelltypische Chromatinorganisation nimmt und dadurch DNA abh{\"a}ngige Prozesse beeinflusst. In wie weit eine HMGA1 induzierte DNA Quervernetzung in vivo zum Beispiel in Chromozentren von C2C12 Zellen oder in Krebszellen, in denen HMGA1 Proteine stark {\"u}berexprimiert sind, eine Rolle spielen, m{\"u}ssen k{\"u}nftige Untersuchungen zeigen. In dieser Arbeit konnte also gezeigt werden, dass HMGA1 Proteine die Chromatinstruktur auf drei Ebenen organisieren k{\"o}nnen: Durch Beeinflussung der Chromatinzusammensetzung durch Ver{\"a}nderung der Expression von Chromatinproteinen, durch Interaktion mit anderen Architekturelementen des Chromatins und durch Organisation eines potentiellen DNA Ger{\"u}sts.},
  subject      = {Chromatin},
  language  = {de}
}