@phdthesis{Schuster2021,
  author    = {Schuster, Sarah},
  title     = {Analysis of \(Trypanosoma\) \(brucei\) motility and the infection process in the tsetse fly vector},
  doi       = {10.25972/OPUS-19269},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-192691},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {African trypanosomes are protist pathogens that are infective for a wide spectrum of mammalian hosts. Motility has been shown to be essential for their survival and represents an important virulence factor. Trypanosoma brucei is transmitted by the bite of the bloodsucking tsetse fly, the only vector for these parasites. The voyage through the fly is complex and requires several migration, proliferation and differentiation steps, which take place in a defined order and in specific fly tissues. The first part of this doctoral thesis deals with the establishment of the trypanosome tsetse system as a new model for microswimmer analysis. There is an increasing interdisciplinary interest in microbial motility, but a lack of accessible model systems. Therefore, this work introduces the first enclosed in vivo host parasite system that is suitable for analysis of diverse microswimmer types in specific microenvironments. Several methods were used and adapted to gain unprecedented insights into trypanosome motion, the fly´s interior architecture and the physical interaction between host and parasite. This work provides a detailed overview on trypanosome motile behavior as a function of development in diverse host surroundings. In additional, the potential use of artificial environments is shown. This can be used to partly abstract the complex fly architecture and analyze trypanosome motion in defined nature inspired geometries. In the second part of the thesis, the infection of the tsetse fly is under investigation. Two different trypanosome forms exist in the blood: proliferative slender cells and cell cycle arrested stumpy cells. Previous literature states that stumpy cells are pre adapted to survive inside the fly, whereas slender cells die shortly after ingestion. However, infection experiments in our laboratory showed that slender cells were also potentially infective. During this work, infections were set up so as to minimize the possibility of stumpy cells being ingested, corroborating the observation that slender cells are able to infect flies. Using live cell microscopy and fluorescent reporter cell lines, a comparative analysis of the early development following infection with either slender or stumpy cells was performed. The experiments showed, for the first time, the survival of slender trypanosomes and their direct differentiation to the procyclic midgut stage, contradicting the current view in the field of research. Therefore, we can shift perspectives in trypanosome biology by proposing a revised life cycle model of T. brucei, where both bloodstream stages are infective for the vector.},
  subject      = {Motilit{\"a}t},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schmitt2010,
  author    = {Schmitt, Karin},
  title     = {Charakterisierung des BvgAS1,2-Regulons von Bordetella petrii},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53603},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Die Gattung Bordetella, die phylogenetisch in die Gruppe der β-Proteobakterien eingeordnet und zur Familie der Alcaligenaceae gez{\"a}hlt wird, umfasst nach heutigem Wissenstand neun Gram-negative Arten. Die klassischen Bordetella-Arten B. pertussis, B. parapertussis und B. bronchiseptica werden im sogenannten B. bronchiseptica-Cluster zusammengefasst. Der strikt humanpathogene Erreger B. pertussis stellt als Verursacher des Keuchhustens das wohl bedeutendste Mitglied der Gattung dar. B. parapertussis ist der Verursacher von respiratorischen Erkrankungen in Menschen und Schafen, w{\"a}hrend B. bronchiseptica f{\"u}r Atemwegserkrankungen in verschiedenen S{\"a}ugetieren verantwortlich gemacht wird. Zudem kann B. bronchiseptica f{\"u}r einen l{\"a}ngeren Zeitraum in der Umwelt {\"u}berleben. Die in den letzte Jahren identifizierten „neuen" Bordetella-Arten, B. avium, B. hinzii, B. holmesii, B. trematum und B. ansorpii, wurden alle human- oder tierassoziiert isoliert und besitzen unterschiedliches pathogenes Potential, das zum Teil noch n{\"a}her untersucht werden muss. Eine Ausnahme stellt der aus einer anaeroben dechlorinierten Flusssediment-Anreicherungskultur isolierte Keim B. petrii dar. Dieser ist bis zum heutigen Zeitpunkt der einzige Umweltkeim der Gattung Bordetella (von Wintzingerode, Schattke et al. 2001). In evolution{\"a}rer Hinsicht ist B. petrii besonders interessant, da er sowohl f{\"u}r orthologe Gene einiger Virulenzfaktoren der pathogenen Bordetellen kodiert, als auch die typischen Eigenschaften eines Umweltkeims aufweist und somit als Bindeglied zu fungieren scheint. Ein solcher Virulenzfaktor ist das BvgAS-System, das in den pathogenen Bordetellen den Hauptregulator der Virulenzgenexpression darstellt, aber in B. petrii strukturell komplexer aufgebaut ist. Neben dem auf Aminos{\"a}ureebene hoch konservierten Response Regulator bvgA, finden sich in B. petrii Gene f{\"u}r zwei Histidinkinasen, bvgS1 und bvgS2, sowie eine unabh{\"a}ngige hpt-Dom{\"a}ne. Eine periplasmatische Sensordom{\"a}ne fehlt in beiden Kinasen, und nur in BvgS1 konnte eine PAS-Dom{\"a}ne identifiziert werden. In den letzten Jahren wurden zunehmend B. petrii-Isolate aus den verschiedensten Habitaten isoliert, wie z.B. das Schwammisolate R521 (Sfanos, Harmody et al. 2005) und das klinisches Isolat aus einem Patienten mit mandibul{\"a}rer Osteomyelitis (Fry, Duncan et al. 2005). Im Rahmen dieser Arbeit wurde {\"u}ber einen PCR-Ansatz versucht, mit aus der Wildtypsequenz abgeleiteten Oligonukleotiden das BvgAS1,2-System der Isolate zu sequenzieren, aber nur im klinischen Isolat konnte ein orthologes Genfragment zum Response Regulator bvgA identifiziert werden. Ein Nachweis der Histidinkinasen sowie der hpt-Dom{\"a}ne schlug in allen untersuchten Isolaten fehl. Die vergleichenden Genomanalysen mittels DNA-Microarrays konnten aufgrund fehlender Hybridisierungen keine weiteren Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf DNA-Ebene zwischen den Isolaten und B. petrii DSM 12804 aufzeigen. B. petrii ist ein hoch variabler Umweltkeim, der sich an verschiedene Lebensbedingungen anpassen kann. Dies konnte auch durch die Isolation dreier ph{\"a}notypisch unterscheidbare Varianten w{\"a}hrend eines Langzeitwachstumsversuches gezeigt werden (Lechner 2008). Durch die Genomsequenzierung von B. petrii DSM 12804 konnten wenigsten sieben genomischen Inseln beschrieben werden (Gross, Guzman et al. 2008), die durch unterschiedliche Exzision f{\"u}r die Entstehung der Varianten und daraus resultierend f{\"u}r die Variabilit{\"a}t in B. petrii verantwortlich sind. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Gr{\"o}ße der einzelnen genomischen Inseln im Genom von B. petrii durch vergleichende Genomanalysen mittels DNA-Microarrays, mit Ausnahme von GI1, GI5 und GI6, im Vergleich zu den bioinformatischen Vorhersagen best{\"a}tigt werden. Diese Inseln zeigten in den Microarray-Analysen eine Vergr{\"o}ßerung bzw. Verkleinerung im Vergleich zu den zuvor beschrieben putativen Grenzen. Die große Instabilit{\"a}t des Genoms von B. petrii DSM 12804 konnte in dieser Arbeit auch durch Microarray-Analysen einzelner Klone aufgezeigt werden, die unterschiedliche Variationen im Bereich der genomischen Inseln aufwiesen. In den Analysen von B. petrii 12804 ΔbvgA bzw. ΔbvgAS konnten zus{\"a}tzlich zu den gezielten Manipulation im BvgAS1,2-Lokus weitere Deletionen im Bereich von bpet0196-0200, bpet4219-4235 und bpet4176 detektiert werden. Die Re-Integration dieser Genbereiche nach Klonierung einer BvgA-Komplementationsmutante deutet auf eine extrachromosomale plasmid-{\"a}hnliche Struktur dieser Bereiche hin. Dies konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend best{\"a}tigt werden und bleibt weiter zu untersuchen. Im Verlauf der evolution{\"a}ren Entwicklung der Bordetellen wurde das BvgAS-System, das urspr{\"u}nglich f{\"u}r die Adaption an Umweltbedingungen mit verschiedenen Sauerstoff-konzentrationen und/oder Temperaturen zust{\"a}ndig war, mit der Regulation der Expression der Virulenzgene verkn{\"u}pft (von Wintzingerode, Gerlach et al. 2002). In den Transkriptomanalysen zur Untersuchung der Funktionalit{\"a}t des BvgAS1,2-Systems in B. petrii konnte aufgezeigt werden, dass die Temperatur ein wichtiger Signalgeber f{\"u}r die Expression des Flagellen- und Chemotaxisoperons ist. In B. bronchiseptica wird die Motilit{\"a}t, bei Temperaturen unter 25°C, negativ durch das BvgAS-System reguliert. Auch in B. petrii konnte in den Untersuchungen eine negative Regulation der Flagellen- und Chemotaxisgene durch das BvgAS1,2-System unter diesen Bedingungen detektiert werden. Ob aber in B. petrii die gleiche hierarchische Struktur zur Regulation der Motilit{\"a}t besteht wie in B. bronchiseptica, bleibt zu untersuchen. Im Verlauf der Untersuchungen konnte dem BvgAS-Zwei-Komponentensystem in B. petrii auch eine Funktion im Energiestoffwechsel einger{\"a}umt werden, um auf wechselnde Sauerstoffbedingungen reagieren zu k{\"o}nnen. Die Messung des Sauerstoffgehaltes der Umgebung und damit eine Regulation der aeroben bzw. anaeroben Atmung erfolgt in B. petrii wahrscheinlich ebenfalls {\"u}ber das BvgAS1,2-System. Die in der Histidinkinase BvgS1 vorhergesagte PAS-Dom{\"a}ne scheint laut den Analysen f{\"u}r diesen Vorgang von großer Bedeutung zu sein. Desweiteren scheint das System auch die Zusammensetzung der Cytochromoxidase zur optimalen Anpassung an aerobe, mikroaerophile und anaerobe Bedingungen zu regulieren.},
  subject      = {Bordetella},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Niehus2004,
  author    = {Niehus, Eike},
  title     = {Untersuchungen zur Regulation Motilit{\"a}ts-assoziierter Gene in Helicobacter pylori},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11141},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Helicobacter pylori ist ein an seine {\"o}kologische Nische hochgradig angepasstes Bakterium, das den Magen von mehr als 50\% der Weltbev{\"o}lkerung chronisch besiedelt. Bei 10 bis 20\% der Infizierten k{\"o}nnen schwerere Krankheitsverl{\"a}ufe von Magengeschw{\"u}ren bis hin zu Karzinomen auftreten. Die Chemotaxis-gesteuerte Motilit{\"a}t von H. pylori, vermittelt durch ein B{\"u}ndel von 2-8 polaren Flagellen, ist f{\"u}r die Besiedelung und persistente Infektion des Wirtes essenziell. Mehr als 40 Komponenten des Flagellen- und Chemotaxissystems konnten mit Hilfe der beiden sequenzierten H. pylori-Genome identifiziert werden, wobei die Gene einzeln oder in kleinen transkriptionellen Einheiten {\"u}ber das gesamte Genom verteilt angeordnet sind. Mit der vorliegenden Arbeit sollte die Organisation und Vernetzung der transkriptionellen Regulation der Flagellenbiogenese und m{\"o}gliche Querverbindungen zu anderen zellul{\"a}ren Funktionen in H. pylori umfassend charakterisiert werden. H. pylori verf{\"u}gt {\"u}ber zwei unterschiedliche Flagellingene, flaA und flaB, deren Transkription von den beiden alternativen Sigma-Faktoren Sigma28 und Sigma54 kontrolliert wird. Um die transkriptionelle Regulation der beiden Gene in zwei unterschiedlichen Flagellenregulons zu untersuchen, wurde die Genexpression von flaA und flaB abh{\"a}ngig von der Wachstumsphase analysiert. Mit flaA- und flaB-Promotorfusionen wurde hier erstmalig ein sensitives, Biolumineszenz-basiertes Reportersystem f{\"u}r Expressionsstudien in H. pylori etabliert und genutzt. Die Transkriptmengen der beiden Flagellingene wurden weiterhin direkt mittels Northern Blot-Hybridisierungen und RT-PCR best{\"a}tigt. Es ergab sich eine Wachstumsphasen-abh{\"a}ngige, differentielle Regulation, bei der in {\"U}bereinstimmung mit der strukturellen Anordnung der Flagelline im Filament und der Zugeh{\"o}rigkeit der Gene zu zwei Regulationsklassen, das Verh{\"a}ltnis der flaA- zur flaB-Expression im Verlauf der Wachstumskurve stark anstieg. Um genomweite Analysen durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen, wurde in dieser Arbeit zun{\"a}chst eine Plattform zur Untersuchung von H. pylori mit DNA-Microarrays etabliert. Hierzu wurde in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut f{\"u}r Infektionsbiologie in Berlin ein PCR-Produkt-Microarray mit 1590 H. pylori-spezifischen Sonden produziert. Zus{\"a}tzlich wurde ein industriell gefertigter, Oligonukleotid-basierter, H. pylori-Microarray erstmalig verwendet und validiert. Mit Hilfe der Microarray- Technologie wurden verschiedene zentrale Regulatoren der H. pylori-Flagellenbiogenese zum ersten Mal auf genomweiter Ebene untersucht. Hierzu z{\"a}hlten die beiden alternativen Sigma-Faktoren FliA und RpoN, der Anti-Sigma28-Faktor FlgM, das RpoN-spezifische Zwei-Komponenten System FlgS/FlgR und die Flagellen-Basalk{\"o}rperkomponenten FlhA und FlhF. Bis auf die fliA- und flgM-Mutanten, die, in {\"U}bereinstimmung mit ihrer antagonistischen Funktion, Stummelflagellen bzw. eine leicht erh{\"o}hte Flagellenzahl aufwiesen, bewirkten die Mutationen in allen anderen untersuchten Genen einen flagellenlosen unbeweglichen Ph{\"a}notyp. Die Klassen 2 und 3 des H. pylori-Flagellenregulons konnten durch die Analysen des FliA- und des RpoNRegulons neu definiert und um zehn neue Gene erg{\"a}nzt werden. F{\"u}r FlhA und FlhF konnte eine Funktion als {\"u}bergeordnete Regulatoren der Klassen 2 und 3 des Flagellenregulons gezeigt werden. Des Weiteren wurden 24 Gene einer neuen regulatorischen Zwischenklasse zugeordnet. Diese Gene werden von mehr als einem Promotor kontrolliert und umfassen Flagellen- sowie Nicht-Flagellengene. Durch globale Untersuchungen von Doppelmutanten wurde die komplexe Einbindung des Anti-Sigma-Faktors FlgM in die FlhA- und FlhF-vermittelte transkriptionelle R{\"u}ckkopplung nachgewiesen. Basierend auf den Ergebnissen der Arbeit konnte ein neues Modell der Regulation der Flagellenbiogenese f{\"u}r H. pylori entwickelt werden. Es beinhaltet drei regulatorische Genklassen mit einer intermedi{\"a}ren Klasse, die von den drei H. pylori-Sigma-Faktoren Sigma80, Sigma54 und Sigma28 zusammen mit den assoziierten Regulatoren FlgS/FlgR und FlgM kontrolliert werden. FlgM vermittelt als Anti-Sigma28-Faktor die transkriptionelle R{\"u}ckkopplung auf die Klasse 3- und, im Zusammenspiel mit FlhA, auch auf die Klasse 2-Flagellengene. FlhF kontrolliert die Expression der Klasse 2-Flagellengene durch einen FlgM-unabh{\"a}ngigen, bislang ungekl{\"a}rten Mechanismus. Die Sigma80-abh{\"a}ngigen Klasse 1-Flagellengene werden, anders als bei vielen anderen Bakterien, mit Stoffwechselgenen koreguliert und beinhalten auch die Flagellenmotor- und Chemotaxisgene. Dies spiegelt die Anpassung von H. pylori an seine spezifische {\"o}kologische Nische wieder, mit der Notwendigkeit, w{\"a}hrend der gesamten Infektion die Motilit{\"a}t aufrecht zu erhalten.},
  subject      = {Helicobacter pylori},
  language  = {de}
}
@phdthesis{JimenezPearson2005,
  author    = {Jim{\´e}nez-Pearson, Mar{\´i}a-Antonieta},
  title     = {Characterization of the mechanisms of two-component signal transduction involved in motility and chemotaxis of Helicobacter pylori},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15698},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Flagellen-basierte Motilit{\"a}t und Chemotaxis stellen essentielle Pathogenit{\"a}tsfaktoren dar, die f{\"u}r die erfolgreiche Kolonisierung der Magenschleimhaut durch H. pylori notwendig sind. Die Mechanismen der Regulation der Flagellensynthese und das Chemotaxis-System von H. pylori weisen trotz einiger {\"A}hnlichkeiten fundamentale Unterschiede zu den Systemen anderer Bakterien auf. In H. pylori ist die Flagellensynthese durch eine komplex regulierte Kaskade kontrolliert, die Regulatorkomponenten wie das Zweikomponentensystem HP244/FlgR, die Sigma Faktoren 54 und 28 und den Sigma Faktor28-Antagonisten FlgM enth{\"a}lt. Das Signal, welches {\"u}ber die Histidinkinase des Zweikomponentensystems HP244/FlgR die Expression der Sigma Faktor54-abh{\"a}ngigen Klasse 2 Flagellengene reguliert, ist bisher noch nicht bekannt. Allerdings konnte mit HP137 ein Protein identifiziert werden, das im „yeast two-hybrid" System sowohl mit der korrespondierenden Kinase HP244 des Flagellenregulators FlgR, als auch mit der Flagellenkomponente FlgE´ interagiert (Rain et al., 2001). In dieser Arbeit wurde eine m{\"o}gliche Rolle von HP137 in einem R{\"u}ckkopplungsmechanismus untersucht, welcher die Aktivit{\"a}t der Histidinkinase in der Flagellenregulation kontrollieren k{\"o}nnte. Obwohl die Deletion des ORF hp137 zu einer unbeweglichen Mutante f{\"u}hrte, legen die erfolglosen Komplementations Experimente, sowie die Beobachtung, dass HP137 in vitro keinen bedeutenden Effekt auf die Aktivit{\"a}t der Histidinkinase HP244 hat nahe, dass HP137 weder in H. pylori noch im nahe verwandten C. jejuni direkt an der Flagellenregulation beteiligt ist. Das Chemotaxis-System von H. pylori unterscheidet sich vom gutuntersuchten Chemotaxis-System der Enterobakterien in einigen Aspekten. Zus{\"a}tzlich zu dem CheY Response Regulator Protein (CheY1) besitzt H. pylori eine weitere CheY-artige Receiver-Dom{\"a}ne (CheY2) welche C-terminal an die Histidinkinase CheA fusioniert ist. Zus{\"a}tzlich finden sich im Genom von H. pylori Gene, die f{\"u}r drei CheV Proteine kodieren die aus einer N-terminalen Dom{\"a}ne {\"a}hnlich CheW und einer C-terminalen Receiver Dom{\"a}ne bestehen, w{\"a}hrend man keine Orthologen zu den Genen cheB, cheR, and cheZ findet. Um einen Einblick in den Mechanismus zu erhalten, welcher die chemotaktische Reaktion von H. pylori kontrolliert, wurden Phosphotransferreaktionen zwischen den gereinigten Signalmodulen des Zweikomponentensystems in vitro untersucht. Durch in vitro-Phosphorylierungsexperimente wurde eine ATP-abh{\"a}ngige Autophosphorylierung der bifunktionellen Histidinkinase CheAY2 und von CheA´, welches ein verk{\"u}rztes Derivat von ChAY2 ohne Receiver-Dom{\"a}ne darstellt, nachgewiesen. CheA´ zeigt eine f{\"u}r an der Chemotaxis beteiligte Histidinkinasen typische Phosphorylierungskinetik mit einer ausgepr{\"a}gten exponentiellen Phase, w{\"a}hrend die Phosphorylierungskinetik von CheAY2 nur eine kurze exponentielle Phase aufweist, gefolgt von einer Phase in der die Hydrolyse von CheAY2~P {\"u}berwiegt. Es wurde gezeigt, dass die Anwesenheit einer der CheY2 Dom{\"a}ne die Stabilit{\"a}t der phosphorylierten P1 Dom{\"a}ne im CheA Teil des bifunktionellen Proteins beeinflusst. Außerdem wurde gezeigt, dass sowohl CheY1 als auch CheY2 durch CheAY2 phosphoryliert werden und dass die drei CheV Proteine die Histidinkinase CheA´~P dephosphorylieren, wenn auch mit einer im Vergleich zu CheY1 und CheY2 geringeren Affinit{\"a}t. Außerdem ist CheA´ in der Lage seine Phosphatgruppen auf CheY1 aus C. jejuni und CheY aus E. coli zu {\"u}bertragen. Retrophosphorylierungsexperimente weisen darauf hin, dass CheY1~P die Phosphatgruppe zur{\"u}ck auf die Histidinkinase CheAY2 {\"u}bertragen kann und dass die CheY2-Dom{\"a}ne in dem bifunktionellen Protein CheAY2 als „Phosphat Sink" agiert der den Phosphorylierungszustand und damit die Aktivit{\"a}t des frei diffundierbaren Proteins CheY1 reguliert, das vermutlich es mit dem Flagellenmotor interagiert. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die unabh{\"a}ngige Funktion der beiden Dom{\"a}nen CheA´ und CheY2 f{\"u}r eine normale chemotaktische Signalgebung in vivo nicht ausreicht. In dieser Arbeit wurden also Hinweise auf eine komplexe Kaskade Phosphat{\"u}bertragungsreaktionen im chemotaktischen System von H. pylori gefunden, welches {\"A}hnlichkeiten zu dem Syteme-Chemotaxis von S. meliloti aufweist an denen multiple CheY Proteine beteiligt sind. Die Rolle der CheV Proteine bleibt im Moment unklar, jedoch k{\"o}nnte es sein, dass sie an einer weiteren Feinregulierung der Phosphatgruppen{\"u}bertragungsreaktionen in diesem komplexen chemotaktischen System beteiligt sind},
  subject      = {Helicobacter pylori},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Heddergott2011,
  author    = {Heddergott, Niko},
  title     = {Zellbiologische Aspekte der Motilit{\"a}t von Trypanosoma brucei unter Ber{\"u}cksichtigung der Interaktion mit der Mikroumwelt},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56791},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Trypanosomen sind Protozoen, die Krankheiten bei Mensch und Tier verursachen, die unbehandelt infaust verlaufen. Die Zellen sind hoch motil, angetrieben von einem einzelst{\"a}ndigen Flagellum, welches entlang des Zellk{\"o}rpers angeheftet ist. Selbst in Zellkultur h{\"o}ren Trypanosomen niemals auf sich zu bewegen und eine Ablation funktioneller Bestandteile des Flagellarapparates ist letal f{\"u}r Blutstromformen. Es wurde gezeigt, dass Motilit{\"a}t notwendig ist f{\"u}r die Zellteilung, Organellenpositionierung und Infektiosit{\"a}t. Dies macht Trypanosomen zu besonders geeigneten Modellorganismen f{\"u}r die Untersuchung der Motilit{\"a}t. Dennoch ist erstaunlich wenig {\"u}ber die Motilit{\"a}t bei Trypanosomen bekannt. Dies gilt auch noch genereller f{\"u}r die Protozoen. Unl{\"a}ngst ist dieses Gebiet allerdings in den Fokus vieler Arbeiten ger{\"u}ckt, was bereits erstaunliche, neue Erkenntnisse hervorgebracht hat. Doch Vieles ist noch nicht abschliessend gekl{\"a}rt, so z.B. wie der Flagellarschlag genau reguliert wird, oder wie sich der Schlag des Flagellums entlang des Zellk{\"o}rpers ausbreitet. Die vorliegende Arbeit befasst sich besonders mit den Einfl{\"u}ssen, die die Mikroumgebung auf die Motilit{\"a}t von Blutstromform-Trypanosomen aus{\"u}bt. In ihrem nat{\"u}rlichen Lebensraum finden sich Trypanosomen in einer hoch komplexen Umgebung wieder. Dies gilt sowohl f{\"u}r den Blutkreislauf, als auch f{\"u}r den Gewebezwischenraum in ihrem S{\"a}ugerwirt. Die hohe Konzentration von Zellen, Gewebeverb{\"a}nden und extrazellul{\"a}ren Netzwerken k{\"o}nnte man als Ansammlung von Hindernissen f{\"u}r die Fortbewegung auffassen. Diese Arbeit zeigt dagegen, dass der Mechanismus der Bewegung eine Adaptation an genau diese Umweltbedingungen darstellt, so z.B. an die Viskosit{\"a}t von Blut. Es wird auch ein Bewegungsmodell vorgestellt, das erl{\"a}utert, worin diese Adaption besteht. Dies erkl{\"a}rt auch, warum die Mehrheit der Zellen einer Trypanosomenkultur eine ungerichtete Taumel-Bewegung aufweist in nieder-viskosem Medium, das keine solchen "Hindernisse" enth{\"a}lt. Die Zugabe von Methylcellulose in einer Konzentration von ca. 0,5\% (w/v) erwies sich als geeigneter Ersatz von Blut, um optimale Bedingungen f{\"u}r gerichtetes Schwimmen von Blutstromform Trypanosomen zu erreichen. Zus{\"a}tzlich wurden in dieser Arbeit unterschiedliche Arten von Hindernissen, wie Mikroperlen (Beads) oder molekulare Netzwerke, sowie artifizielle, geordnete Mikrostrukturen verwendet, um die Interaktion mit einer festen Matrix zu untersuchen. In deren Anwesenheit war sowohl die Schwimmgeschwindigkeit, als auch der Anteil an persistent schwimmenden Trypanosomen erh{\"o}ht. Zellen, die frei schwimmend in Fl{\"u}ssigkeiten vorkommen (wie Euglena oder Chlamydomonas), werden effizient durch einen planaren Schlag des Flagellums angetrieben. Trypanosomen hingegen mussten sich evolution{\"a}r an eine komplexe Umgebung anpassen, die mit einer zu raumgreifenden Welle interferieren w{\"u}rde. Der dreidimensionale Flagellarschlag des, an die Zelloberfl{\"a}che angehefteten, Flagellums erlaubt den Trypanosomen eine effiziente Fortbewegung durch die Interaktion mit Objekten in jedweder Richtung gleichermassen. Trypanosomen erreichen dies durch eine hydrodynamisch verursachte Rotation ihres Zellk{\"o}rpers entlang ihrer L{\"a}ngsachse, entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Einfluss der Mikroumgebung wurde in fr{\"u}heren Untersuchungen bisher vernachl{\"a}ssigt, ist zum Verst{\"a}ndnis der Motilit{\"a}t von T. brucei jedoch unerl{\"a}sslich. Ein weiterer, bisher nicht untersuchter Aspekt der Beeinflussung der Motilit{\"a}t durch die Umwelt sind hydrodynamische Str{\"o}mungseffekte, denen Trypanosomen im kardiovaskul{\"a}ren System ausgesetzt sind. Diese wurden in dieser Arbeit mittels Mikrofluidik untersucht. Um unser Verst{\"a}ndnis der Motilit{\"a}t von Trypanosomen von 2D, wie {\"u}blich in der Motilit{\"a}tsanalyse mittels Lebend-Zell-Mikroskopie, auf drei Dimensionen auszudehnen, wurde als bildgebendes Verfahren auch die Holographie eingesetzt. Mikrofluidik und Holographie sind beides aufkommende Techniken mit großem Anwendungspotential in der Biologie, die zuvor noch nie f{\"u}r die Motilit{\"a}tsanalyse von Trypanosomen eingesetzt worden waren. Dies erforderte daher interdisziplin{\"a}re Kooperationen. Zus{\"a}tzlich wurde in dieser Arbeit auch ein vollst{\"a}ndig automatisiertes und Software-gesteuertes Fluoreszenzmikroskopiesystem entwickelt, das in der Lage ist, einzelne Zellen durch entsprechende Steuerung des Mikroskoptisches autonom zu verfolgen und somit eine Bewegungsanalyse in Echtzeit erm{\"o}glicht, ohne weitere Benutzerinteraktion. Letztendlich konnte dadurch auch die Bewegung der schlagenden Flagelle und des gesamten Zellk{\"o}rpers mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung mittels Hochgeschwindigkeits-Fluoreszenzmikroskopie aufgekl{\"a}rt werden.},
  subject      = {Trypanosoma brucei},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Groneberg2011,
  author    = {Groneberg, Dieter},
  title     = {Funktion der NO-sensitiven Guanylyl-Cyclase in der glatten Muskulatur},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-67689},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Die Stickstoffmonoxid (NO)-cGMP-Signalkaskade spielt eine entscheidende Rolle in der Kontrolle des glatten Muskeltonus. NO ist einer der wichtigsten vaskul{\"a}ren Faktoren f{\"u}r die Relaxation der Blutgef{\"a}ße sowie f{\"u}r die Regulation des Blutdruckes und fungiert ebenfalls als wichtigster inhibitorischer Neurotransmitter im gastrointestinalen Trakt. Es wirkt haupts{\"a}chlich {\"u}ber die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC), die aus zwei Untereinheiten aufgebaut ist (α und ß). Deletion der ß1-Untereinheit in M{\"a}usen f{\"u}hrt zu einem vollst{\"a}ndigen NO-GC-Knockout (GCKO). GCKO-M{\"a}use zeigen keine NO-induzierte Relaxation der vaskul{\"a}ren und gastrointestinalen glatten Muskulatur. Die M{\"a}use zeigen eine arterielle Hypertonie und eine verl{\"a}ngerte Magen-Darm-Transportzeit, die in eine gastrointestinale Dysfunktion m{\"u}ndet. Allerdings erlaubt eine vollst{\"a}ndige Deletion der NO-GC in den M{\"a}usen keine Identifikation des Zell- bzw. Gewebe-Typs, der f{\"u}r den erh{\"o}hten Blutdruck und die gastrointestinale Dysfunktion verantwortlich ist. Um die relative Beteiligung der glatten Muskelzellen an der Hypertonie und der gest{\"o}rten Darm-Motilit{\"a}t zu bestimmen, wurden Glattmuskel-spezifische Knockout-M{\"a}use f{\"u}r die ß1-Untereinheit der NO-GC (SM-GCKO) generiert. Die SM-GCKO-M{\"a}use entwickelten im Verlauf der Deletion eine arterielle Hypertonie in Kombination mit einem Verlust der NO-induzierten Glattmuskelrelaxation. Diese Daten zeigen, dass die Deletion der NO-GC in den glatten Muskelzellen v{\"o}llig ausreichend ist, eine Hypertonie zu erzeugen. {\"U}berraschenderweise ist die Darm-Motilit{\"a}t der SM-GCKO-M{\"a}use im Vergleich zu den WT-M{\"a}usen unver{\"a}ndert. In gastrointestinaler Muskulatur exprimieren neben den glatten Muskelzellen auch die interstitiellen Zellen von Cajal (ICC) die NO-GC. Mithilfe einer Cre-spezifischen Maus f{\"u}r ICC wurde eine Mauslinie generiert, der die NO-GC in beiden Zelltypen fehlt. Der gastrointestinale Ph{\"a}notyp dieser Doppel-Knockouts {\"a}hnelt dem der totalen GCKO-Tiere: Die nitrerge Relaxation fehlt und die Magen-Darm-Transportzeit ist verl{\"a}ngert. Zusammenfassend f{\"u}hrt eine Deletion der NO-GC in glatten Muskelzellen und gleichzeitig in den ICC zu einer vollst{\"a}ndigen Unterbrechung der nitrergen Relaxation in GI Trakt.},
  subject      = {Knockout <Molekulargenetik>},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Beck2019,
  author    = {Beck, Katharina},
  title     = {Die nitrerge Neurotransmission im Gastrointestinaltrakt der Maus},
  doi       = {10.25972/OPUS-15989},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159896},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) ist ein zentrales Enzym der NO/cGMP-Signalkaskade, das {\"u}ber die Aktivierung von NO zur Bildung des second messangers cGMP f{\"u}hrt. Die NO-GC setzt sich aus zwei Untereinheiten zusammen, sodass zwei Isoformen des Enzyms gebildet werden k{\"o}nnen (α1β1 und α2β1). Da die genaue Verteilung der beiden Isoformen im Colon nicht bekannt ist, wurde diese im ersten Teil dieser Arbeit charakterisiert. Immunhistochemie und In-situ-Hybridisierung zeigten die Expression beider Isoformen sowohl in der glatten Muskelschicht als auch in der Submukosa und Lamina propria. Dabei war die α1β1-Isoform ubiquit{\"a}r, die α2β1-Isoform dagegen haupts{\"a}chlich im Bereich des myenterischen Plexus vorzufinden. In der glatten Muskelschicht des Colons ist die NO-GC in glatten Muskelzellen (SMC), interstitiellen Zellen von Cajal (ICC) sowie Fibroblasten-{\"a}hnliche Zellen (FLC) exprimiert und haupts{\"a}chlich in die Modulation der gastrointestinalen Motilit{\"a}t involviert. Zur spezifischen Charakterisierung der Funktion der NO-GC in den einzelnen Zelltypen wurden Knockout-M{\"a}use generiert, denen die NO-GC global (GCKO) oder spezifisch in SMC (SMC-GCKO), ICC (ICC-GCKO) oder beiden Zelltypen (SMC/ICC-GCKO) fehlt. Anhand dieser Mausmodelle sollten im zweiten Teil dieser Arbeit die modulatorischen Effekte der NO-GC auf die spontanen Kontraktionen des Colons bestimmt werden. Zur Charakterisierung der spontanen Kontraktionen der zirkul{\"a}ren Muskelschicht wurden Myographiestudien mit 2,5 mm langen Colonringen durchgef{\"u}hrt. Hierbei konnten drei verschiedene Kontraktionen gemessen werden: Kleine, hochfrequente Ripples, mittlere Kontraktionen und große Kontraktionen. Die detaillierte Analyse der einzelnen Kontraktionen zeigte einerseits eine NO-unabh{\"a}ngige Regulation der Ripples, andererseits eine NO-abh{\"a}ngige Modulation der mittleren und großen Kontraktionen {\"u}ber die NO-GC in SMC und ICC. Die NO-GC in SMC beeinflusst die Kontraktionen vermutlich vor allem {\"u}ber die Regulation des Muskeltonus der zirkul{\"a}ren Muskelschicht. Die NO-GC in ICC dagegen modifiziert die spontanen Kontraktionen m{\"o}glicherweise {\"u}ber eine Ver{\"a}nderung der Schrittmacheraktivit{\"a}t. Allerdings f{\"u}hrt erst ein Funktionsverlust des NO/cGMP-Signalweges in beiden Zelltypen zu einem sichtbar ver{\"a}nderten Kontraktionsmuster, das dem von globalen Knockout-Tieren glich. Dies weist auf eine kompensatorische Wirkung der NO-GC im jeweils anderen Zelltyp hin. Zur Analyse der propulsiven Kontraktionen entlang des gesamten Colons wurden Videoaufnahmen der Darmbewegungen in Kontraktionsmusterkarten transformiert. Zudem wurde der Darm durchsp{\"u}lt und die Ausflusstropfen aufgezeichnet, um die Effektivit{\"a}t der Kontraktionen beurteilen zu k{\"o}nnen. Hierbei zeigte sich, dass eine Beeintr{\"a}chtigung des NO/cGMP-Signalweges eine verminderte Effektivit{\"a}t der Kontraktionen zur Folge hat und vermutlich durch eine beeintr{\"a}chtige Synchronisation der Kontraktionen erkl{\"a}rt werden kann. In diesem Regulationsmechanismus konnte vor allem der NO-GC in SMC eine {\"u}bergeordnete Rolle zugewiesen werden. Der dritte Teil der Arbeit thematisierte den Befund, dass SMC-GCKO-Tiere ca. 5 Monate nach Tamoxifen-Behandlung Entartungen der Mukosa entwickelten. Diese Entartung war lediglich in Tamoxifen-induzierten Knockout-Tieren vorzufinden. Histologische Analysen identifizierten die Entartungen als tubulovill{\"o}ses Adenom. Die Genexpressionsanalyse von Mukosafalten von SMC-GCKO- und heterozygoten Kontrolltieren zeigte eine Vielzahl von Genen, welche spezifisch bei colorectalem Karzinom differenziell exprimiert sind. Einer dieser Faktoren war der BMP-Antagonist Gremlin1. Dieser Faktor erschien von besonderem Interesse, da er in Zellen der Lamina muscularis mucosae und kryptennahen Myofibroblasten exprimiert wird. Immunhistochemische Analysen ließen vermuten, dass diese Zellen sowohl die NO-GC als auch die Cre-Rekombinase unter dem SMMHC-Promotor exprimieren. Diese Arbeit liefert demnach Hinweise darauf, dass die NO-GC einen wichtigen Regulator innerhalb der Stammzellnische bildet. Die Deletion der NO-GC f{\"u}hrt vermutlich zu einer verst{\"a}rkten Bildung bzw. Sekretion von Gremlin1, was die Hom{\"o}ostase der mukosalen Erneuerung st{\"o}rt und somit zur Entwicklung von Adenomen f{\"u}hrt.},
  subject      = {Gastrointestinaltrakt},
  language  = {de}
}