@phdthesis{Siewert2021,
  author    = {Siewert, Aaron},
  title     = {Nucleotide analogs as rigid spin labels for DNA and RNA},
  doi       = {10.25972/OPUS-24765},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-247657},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Nucleic acids are one of the important classes of biomolecules together with carbohydrates, proteins and lipids. Both deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) are most well known for their respective roles in the storage and expression of genetic information. Over the course of the last decades, nucleic acids with a variety of other functions have been discovered in biological organisms or created artificially. Examples of these functional nucleic acids are riboswitches, aptamers and ribozymes. In order to gain information regarding their function, several analytical methods can be used. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy is one of several techniques which can be used to study nucleic acid structure and dynamics. However, EPR spectroscopy requires unpaired electrons and because nucleic acids themselves are not paramagnetic, the incorporation of spin labels which carry a radical is necessary. Here, three new spin labels for the analysis of nucleic acids by EPR spectroscopy are presented. All of them share two important design features. First, the paramagnetic center is located at a nitroxide, flanked by ethyl groups to prevent nitroxide degradation, for example during solid phase synthesis. Furthermore, they were designed with rigidity as an important quality, in order to be useful for applications like pulsed electron double resonance (PELDOR) spectroscopy, where independent motion of the spin labels relative to the macromolecule has a noticeable negative effect on the precision of the measurements. Benzi-spin is a spin label which differs from most previous examples of rigid spin labels in that rather than being based on a canonical nucleoside, with a specific base pairing partner, it is supposed to be a universal nucleoside which is sufficiently rigid for EPR measurements when placed opposite to a number of different nucleosides. Benzi-spin was successfully incorporated into a 20 nt oligonucleotide and its base pairing behavior with seven different nucleosides was examined by UV/VIS thermal denaturation and continuous wave (CW) EPR experiments. The results show only minor differences between the different nucleosides, thus confirming the ability of benzi-spin to act as a universally applicable spin label. Lumi-spin is derived from lumichrome. It features a rigid scaffold, as well as a free 2'-hydroxy group, which should make it well suited for PELDOR experiments once it is incorporated into RNA oligonucleotides. E{\c{C}}r is based on the {\c{C}} family of spin labels, which contains the most well known rigid spin labels for nucleic acids to this day. It is essentially a version of E{\c{C}}m with a free 2'-hydroxy group. It was converted to triphosphate E{\c{C}}rTP and used for primer extension experiments to test the viability of enzymatic incorporation of rigid spin labels into oligonucleotides as an alternative to solid-phase synthesis. Incorporation into DNA by Therminator III DNA polymerase in both single-nucleotide and full-length primer extensions was achieved. All three of these spin labels represent further additions to the expanding toolbox of EPR spectroscopy on nucleic acids and might prove valuable for future research.},
  subject      = {Nucleins{\"a}uren},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hoer2020,
  author    = {H{\"o}r, Jens},
  title     = {Discovery of RNA/protein complexes by Grad-seq},
  doi       = {10.25972/OPUS-21181},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-211811},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Complex formation between macromolecules constitutes the foundation of most cellular processes. Most known complexes are made up of two or more proteins interacting in order to build a functional entity and therefore enabling activities which the single proteins could otherwise not fulfill. With the increasing knowledge about noncoding RNAs (ncRNAs) it has become evident that, similar to proteins, many of them also need to form a complex to be functional. This functionalization is usually executed by specific or global RNA-binding proteins (RBPs) that are specialized binders of a certain class of ncRNAs. For instance, the enterobacterial global RBPs Hfq and ProQ together bind >80 \% of the known small regulatory RNAs (sRNAs), a class of ncRNAs involved in post-transcriptional regulation of gene expression. However, identification of RNA-protein interactions so far was performed individually by employing low-throughput biochemical methods and thereby hindered the discovery of such interactions, especially in less studied organisms such as Gram-positive bacteria. Using gradient profiling by sequencing (Grad-seq), the present thesis aimed to establish high-throughput, global RNA/protein complexome resources for Escherichia coli and Streptococcus pneumoniae in order to provide a new way to investigate RNA-protein as well as protein-protein interactions in these two important model organisms. In E. coli, Grad-seq revealed the sedimentation profiles of 4,095 (∼85 \% of total) transcripts and 2,145 (∼49 \% of total) proteins and with that reproduced its major ribonucleoprotein particles. Detailed analysis of the in-gradient distribution of the RNA and protein content uncovered two functionally unknown molecules—the ncRNA RyeG and the small protein YggL—to be ribosomeassociated. Characterization of RyeG revealed it to encode for a 48 aa long, toxic protein that drastically increases lag times when overexpressed. YggL was shown to be bound by the 50S subunit of the 70S ribosome, possibly indicating involvement of YggL in ribosome biogenesis or translation of specific mRNAs. S. pneumoniae Grad-seq detected 2,240 (∼88 \% of total) transcripts and 1,301 (∼62 \% of total) proteins, whose gradient migration patterns were successfully reconstructed, and thereby represents the first RNA/protein complexome resource of a Gram-positive organism. The dataset readily verified many conserved major complexes for the first time in S. pneumoniae and led to the discovery of a specific interaction between the 3'!5' exonuclease Cbf1 and the competence-regulating ciadependent sRNAs (csRNAs). Unexpectedly, trimming of the csRNAs by Cbf1 stabilized the former, thereby promoting their inhibitory function. cbf1 was further shown to be part of the late competence genes and as such to act as a negative regulator of competence.},
  subject      = {Multiproteinkomplex},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Steinmetzger2020,
  author    = {Steinmetzger, Christian},
  title     = {Fluorogenic Aptamers and Fluorescent Nucleoside Analogs as Probes for RNA Structure and Function},
  doi       = {10.25972/OPUS-20760},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-207604},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {RNA plays a key role in numerous cellular processes beyond the central dogma of molecular biology. Observing and understanding this wealth of functions, discovering new ones and engineering them into purpose-built tools requires a sensitive means of observation. Over the past decade, fluorogenic aptamers have emerged to fill this niche. These short oligonucleotides are generated by in vitro selection to specifically interact with small organic fluorophores and can be utilized as genetically encoded tags for RNAs of interest. The most versatile class of fluorogenic aptamers is based on derivatives of hydroxybenzylidene imidazolone (HBI), a conditional fluorophore mimicking the chromophore structure found in green and red fluorescent proteins. The respective aptamers are well-known by the "vegetable" nomenclature, including Spinach, Broccoli and Corn, and have found numerous applications for studying RNA function in vitro and in cells. Their success, however, is somewhat overshadowed by individual shortcomings such as a propensity for misfolding, dependence on unphysiologically high concentrations of magnesium ions or, in the case of Corn, dimerization that might affect the function of the tagged RNA. Moreover, most fluorogenic aptamers exhibit limited ligand promiscuity by design, thereby restricting their potential for spectral tuning to a narrow window of wavelengths. This thesis details the characterization of a new fluorogenic aptamer system nicknamed Chili. Chili is derived from an aptamer that was originally selected to bind 4-hydroxy-3,5-dimethoxy¬hydroxy-benzylidene imidazolone (DMHBI), resulting in a green fluorescent complex. Unlike other aptamers of its kind, Chili engages in a proton transfer cycle with the bound ligand, resulting in a remarkably large Stokes shift of more than 130 nm. By means of an empirical ligand optimization approach, several new DMHBI derivatives were found that bind to Chili with high affinity, furnishing complexes up to 7.5 times brighter compared to the parent ligand. In addition, Chili binds to π-extended DMHBI derivatives that confer fluorescence in the yellow-red region of the visible spectrum. The highest affinity and degree of fluorescence turn-on for both green and red fluorogenic ligands were achieved by the incorporation of a unique, positively charged substituent into the HBI scaffold. Supplemented by NMR spectroscopy, kinetic and thermodynamic studies showed that the binding site of Chili is loosely preorganized in the absence of ligand and likely forms a G-quadruplex upon ligand binding. To showcase future applications, Chili was incorporated into a FRET sensor for monitoring the cleavage of an RNA substrate by a 10-23 DNAzyme. Besides aptamers as macromolecular fluorescent complexes, fluorescent nucleobase analogs are powerful small isomorphic components of RNA suitable for studying structure and folding. Here, the highly emissive nucleobase analog 4-cyanoindole (4CI) was developed into a ribonucleoside (r4CI) for this purpose. A new phosphoramidite building block was synthesized to enable site-specific incorporation of 4CI into RNA. Thermal denaturation experiments confirmed that 4CI behaves as a universal nucleobase, i.e. without bias towards any particular hybridization partner. Photophysical characterization established r4CI as a generally useful fluorescent ribonucleoside analog. In this work, it was employed to gain further insight into the structure of the Chili aptamer. Using several 4CI-modified Chili-HBI complexes, a novel base-ligand FRET assay was established to obtain a set of combined distance and orientation restraints for the tertiary structure of the aptamer. In addition to their utility for interrogating structure and binding, supramolecular FRET pairs comprising a fluorescent nucleobase analog donor and an innately fluorogenic acceptor hold great promise for the construction of color-switchable RNA aptamer sensor devices.},
  subject      = {Aptamer},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Sauer2019,
  author    = {Sauer, Markus},
  title     = {DHX36 function in RNA G-quadruplex-mediated posttranscriptional gene regulation},
  doi       = {10.25972/OPUS-18395},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-183954},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The expression of genetic information into proteins is a key aspect of life. The efficient and exact regulation of this process is essential for the cell to produce the correct amounts of these effector molecules to a given situation. For this purpose, eukaryotic cells have developed many different levels of transcriptional and posttranscriptional gene regulation. These mechanisms themselves heavily rely on interactions of proteins with associated nucleic acids. In the case of posttranscriptional gene regulation an orchestrated interplay between RNA-binding proteins, messenger RNAs (mRNA), and non-coding RNAs is compulsory to achieve this important function. A pivotal factor hereby are RNA secondary structures. One of the most stable and diverse representatives is the G-quadruplex structure (G4) implicated in many cellular mechanisms, such as mRNA processing and translation. In protein biosynthesis, G4s often act as obstacles but can also assist in this process. However, their presence has to be tightly regulated, a task which is often fulfilled by helicases. One of the best characterized G4-resolving factors is the DEAH-box protein DHX36. The in vitro function of this helicase is extensively described and individual reports aimed to address diverse cellular functions as well. Nevertheless, a comprehensive and systems-wide study on the function of this specific helicase was missing, so far. The here-presented doctoral thesis provides a detailed view on the global cellular function of DHX36. The binding sites of this helicase were defined in a transcriptome-wide manner, a consensus binding motif was deviated, and RNA targets as well as the effect this helicase exerts on them were examined. In human embryonic kidney cells, DHX36 is a mainly cytoplasmic protein preferentially binding to G-rich and G4-forming sequence motifs on more than 4,500 mRNAs. Loss of DHX36 leads to increased target mRNA levels whereas ribosome occupancy on and protein output of these transcripts are reduced. Furthermore, DHX36 knockout leads to higher RNA G4 levels and concomitant stress reactions in the cell. I hypothesize that, upon loss of this helicase, translationally-incompetent structured DHX36 target mRNAs, prone to localize in stress granules, accumulate in the cell. The cell reacts with basal stress to avoid cytotoxic effects produced by these mis-regulated and structured transcripts.},
  subject      = {RNS},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bischler2018,
  author    = {Bischler, Thorsten David},
  title     = {Data mining and software development for RNA-seq-based approaches in bacteria},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-166108},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {RNA sequencing (RNA-seq) has in recent years become the preferred method for gene expression analysis and whole transcriptome annotation. While initial RNA-seq experiments focused on eukaryotic messenger RNAs (mRNAs), which can be purified from the cellular ribonucleic acid (RNA) pool with relative ease, more advanced protocols had to be developed for sequencing of microbial transcriptomes. The resulting RNA-seq data revealed an unexpected complexity of bacterial transcriptomes and the requirement for specific analysis methods, which in many cases is not covered by tools developed for processing of eukaryotic data. The aim of this thesis was the development and application of specific data analysis methods for different RNA-seq-based approaches used to gain insights into transcription and gene regulatory processes in prokaryotes. The differential RNA sequencing (dRNA-seq) approach allows for transcriptional start site (TSS) annotation by differentiating between primary transcripts with a 5'-triphosphate (5'-PPP) and processed transcripts with a 5'-monophosphate (5'-P). This method was applied in combination with an automated TSS annotation tool to generate global trancriptome maps for Escherichia coli (E. coli) and Helicobacter pylori (H. pylori). In the E. coli study we conducted different downstream analyses to gain a deeper understanding of the nature and properties of transcripts in our TSS map. Here, we focused especially on putative antisense RNAs (asRNAs), an RNA class transcribed from the opposite strand of known protein-coding genes with the potential to regulate corresponding sense transcripts. Besides providing a set of putative asRNAs and experimental validation of candidates via Northern analysis, we analyzed and discussed different sources of variation in RNA-seq data. The aim of the H. pylori study was to provide a detailed description of the dRNA-seq approach and its application to a bacterial model organism. It includes information on experimental protocols and requirements for data analysis to generate a genome-wide TSS map. We show how the included TSS can be used to identify and analyze transcriptome and regulatory features and discuss challenges in terms oflibrary preparation protocols, sequencing platforms, and data analysis including manual and automated TSS annotation. The TSS maps and associated transcriptome data from both H. pylori and E. coli were made available for visualization in an easily accessible online browser. Furthermore, a modified version of dRNA-seq was used to identify transcriptome targets of the RNA pyrophosphohydrolase (RppH) in H. pylori. RppH initiates 5'-end-dependent degradation of transcripts by converting the 5'-PPP of primary transcripts to a 5'-P. I developed an analysis method, which uses data from complementary DNA (cDNA) libraries specific for transcripts carrying a 5'-PPP, 5'-P or both, to specifically identify transcripts modified by RppH. For this, the method assessed the 5'-phosphorylation state and cellular concentration of transcripts in rppH deletion in comparison to strains with the intact gene. Several of the identified potential RppH targets were further validated via half-life measurements and quantification of their 5'-phosphorylation state in wild-type and mutant cells. Our findings suggest an important role for RppH in post-transcriptional gene regulationin H. pylori and related organisms. In addition, we applied two RNA-seq -based approaches, RNA immunoprecipitation followed by sequencing (RIP-seq) and cross-linking immunoprecipitation followed by sequencing (CLIP-seq), to identify transcripts bound by Hfq and CsrA, two RNA-binding proteins (RBPs) with an important role in post-transcriptional regulation. For RIP-seq -based identification of CsrA binding regions in Campylobacter jejuni(C. jejuni), we used annotation-based analysis and, in addition, a self-developed peak calling method based on a sliding window approach. Both methods revealed flaA mRNA, encoding the major flagellin, as the main target and functional analysis of identified targets showed a significant enrichment of genes involved in flagella biosynthesis. Further experimental analysis revealed the role of flaA mRNA in post-transcriptional regulation. In comparison to RIP-seq, CLIP-seq allows mapping of RBP binding sites with a higher resolution. To identify these sites an approach called "block-based peak calling" was developed and resulting peaks were used to identify sequence and structural constraints required for interaction of Hfq and CsrA with Salmonella transcripts. Overall, the different RNA-seq-based approaches described in this thesis together with their associated analyis pipelines extended our knowledge on the transcriptional repertoire and modes of post-transcriptional regulation in bacteria. The global TSS maps, including further characterized asRNA candidates, putative RppH targets, and identified RBP interactomes will likely trigger similar global studies in the same or different organisms or will be used as a resource for closer examination of these features.},
  subject      = {Bakterien},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Boehme2009,
  author    = {B{\"o}hme, Linda},
  title     = {Cellular response to double-stranded RNA in Chlamydia trachomatis-infected human host cells},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-46474},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Chlamydien sind Gram-negative, obligat-intrazellul{\"a}re Bakterien, die f{\"u}r ein weites Spektrum an relevanten Krankheiten verantwortlich sind. Auf Grund ihres zweiphasigen Entwicklungszyklusses sind Chlamydien von einer intakten Wirtszelle abh{\"a}ngig, um sich erfolgreich vermehren und im Organismus ausbreiten zu k{\"o}nnen. Daher haben Chlamydien anspruchsvolle Strategien entwickelt, um das Immunsystem des Wirtes auszuschalten oder den programmierten Zelltod ihrer Wirtszelle zu verhindern. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob eine Infektion mit C. trachomatis einen Einfluss auf die zellul{\"a}re Antwort auf dsRNA nehmen kann. Die Synthese von dsRNA ist ein charakteristisches Merkmal der Replikation von Viren, welche sowohl die Apoptose induzieren als auch das Immunsystem aktivieren kann. Um eine chlamydiale und virale Co-Infektion zu simulieren, wurden Chlamydien-infizierte Epithelzellen mit der synthetischen dsRNA Polyinosin-Polycytidins{\"a}ure (polyI:C) transfiziert. Im ersten Teil der Arbeit wurde untersucht, ob Chlamydien die durch dsRNA eingeleitete Apoptose verhindern k{\"o}nnen. Eine signifikante Reduktion der dsRNA-induzierten Apoptose konnte in infizierten Zellen beobachtet werden. Es zeigte sich, dass die Prozessierung der Initiator-Caspase-8 in infizierten Zellen unterblieb. Dies war von der fr{\"u}hen bakteriellen Proteinsynthese abh{\"a}ngig und f{\"u}r die dsRNA-vermittelte Apoptose spezifisch, da der durch TNFalpha bewirkte Zelltod nicht auf der Ebene der Caspase-8 verhindert werden konnte. Die Aktivierung von zellul{\"a}ren Faktoren, die bei der Apoptoseinduzierung eine wichtige Rolle spielen, beispielsweise PKR und RNase L, war in infizierten Zellen jedoch unver{\"a}ndert. Stattdessen konnte durch RNA Interferenz-vermittelte Depletion gezeigt werden, dass der zellul{\"a}re Caspase-8-Inhibitor cFlip eine entscheidende Rolle bei der chlamydialen Blockierung der dsRNA-vermittelten Apoptose spielt. Mittels Co-Immunopr{\"a}zipitation konnte ein erster Hinweis darauf gefunden werden, dass C. trachomatis eine Anreicherung von cFlip im dsRNA-induzierten Komplex von Caspase-8 und FADD bewirkt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde untersucht, ob Chlamydien die Immunantwort auf virale Infektionen beeinflussen, welche vor allem die Expression von Interferonen und Interleukinen beinhaltet. Es stellte sich heraus, dass die Aktivierung des Interferon regulatory factor 3 (IRF-3) und des zur Familie von NF-kappaB Trankriptionsfaktoren geh{\"o}renden p65, zwei zentralen Regulatoren der Immunantwort auf dsRNA, in infizierten Epithelzellen ver{\"a}ndert war. Die Degradation von IkappaB-alpha, des Inhibitors von NF-kappaB, war in infizierten Zellen beschleunigt, begleitet von einer Ver{\"a}nderung der Translokation des Transkriptionsfaktors in den Zellkern. Im Gegensatz dazu wurde die nukle{\"a}re Translokation von IRF-3 durch die Infektion signifikant verhindert. Die hier vorgestellten Daten zeigen erstmals, dass eine Infektion mit C. trachomatis die zellul{\"a}re Antwort auf dsRNA signifikant ver{\"a}ndern kann und implizieren einen Einfluss von chlamydialen Infektionen auf den Ausgang von viralen Superinfektionen.},
  subject      = {Chlamydia trachomatis},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Glaser2008,
  author    = {Glaser, Stefanie},
  title     = {Untersuchung des RNA-Kernexportes im Modellsystem Xenopus laevis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37474},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Der eukaryotische Initiationsfaktor 5A (eIF5A) ist evolution{\"a}r hoch konserviert und besitzt als einzig bislang bekanntes Protein die Aminos{\"a}uremodifikation Hypusin. Obwohl eIF5A ubiquit{\"a}r exprimiert wird, sind die zellul{\"a}ren Funktionen von eIF5A noch weitgehend unklar. Hypusininhibitoren konnten die Oberfl{\"a}chenexpression von CD83 die CD83 mRNA im Zellkern dendritischer Zellen anreichern und folglich die Oberfl{\"a}chenexpression von CD83 verhindern konnten, wurde eine Beteiligung von eIF5A beim nukleozytoplasmatischen Export der CD83 mRNA vermutet. Weiterhin ist bekannt, dass HuR, ein Protein der ELAV-Familie, an ein cis-aktives RNA-Element mit einer ausgepr{\"a}gten Sekund{\"a}rstruktur innerhalb der kodierenden Sequenz der CD83 mRNA bindet. W{\"a}hrend die Bindung von HuR an AU-reiche Elemente in der 3UTR bestimmter Transkripte zu deren Stabilisierung f{\"u}hrt, wird die Stabilit{\"a}t von CD83-Transkripten durch die Interaktion mit HuR jedoch nicht beeinflusst. In dieser Arbeit wurden Mikroinjektionsstudien in Xenopus laevis-Oozyten zum nukleozytoplasmatischen Export von CD83 mRNA durchgef{\"u}hrt. Es konnte gezeigt werden, dass die charakteristische Sekund{\"a}rstruktur des HuR-Response-Elements essentiell f{\"u}r den Kernexport von CD83-Transkripten ist. HuR wurde zudem als Bindungspartner von eIF5a identifiziert. Inhibitorische Antik{\"o}rper sowohl gegen HuR als auch eIF5A waren in der Lage, den Export von CD83-Transkripten zu inhibieren. W{\"a}hrend die meisten mRNAs durch den TAP/NXT1-vermittelten Exportweg in das Zytoplasma transportiert werden, transloziert CD83 mRNA CRM1-vermittelt, da der Export durch den CRM1-Inhibitor Leptomycin B gehemmt werden konnte. Oozytentypischer TFIIIA, ebenfalls ein Interaktionspartner von eIF5A, ist in jungen Xenopus-Oozyten sowohl bei der RNA-Polymerase III-abh{\"a}ngigen Transkription von 5S rRNA als auch am nukleozytoplasmatischem Export und der Lagerung von 5S rRNA im Zytoplasma beteiligt. Aufgrund der Parallele zwischen dem HIV-1-Rev vermittelten HIV-1-mRNA-Export und dem TFIIIA-vermittelten 5S rRNA-Export, wurde der Export von TFIIIA im Hinblick auf eine Beteiligung von eIF5A als Kofaktor analysiert. In Xenopus-Oozyten wurde TFIIIA an den nukleoplasmatischen Filamenten der Kernporenkomplexe detektiert. Weiterhin konnte durch den Einsatz des spezifischen CRM1-Inhibitors Leptomycin B best{\"a}tigt werden, dass TFIIIA, welches ein leucinreiches Kernexportsignal enth{\"a}lt, mittels CRM1 exportiert wird. Im Overlay-Blot-Assay konnte gezeigt werden, dass eIF5A mit TFIIIA interagiert. Außerdem deuten Mikroinjektionsexperimente darauf hin, dass eIF5A, wie beim HIV-1-Rev-vermittelten Export, auch beim TFIIIA-Export als essentieller Kofaktor involviert ist. Ein weiterer bekannter Bindungspartner von eIF5A ist Aktin, das im Zellkern an verschiedenen Exportprozessen sowie der RNA-Polymerase I-, II- und III-abh{\"a}ngigen Transkription beteiligt ist. Im Gegensatz zu Aktin wurde die Existenz des Aktinpartners Myosin im Zellkern erst vor kurzem realisiert. In dieser Arbeit konnten durch bioinformatische Analysen gezeigt werden, dass Kernmyosin IC bei Vertebraten weit verbreitet ist. Es wurde auch bei Xenopus laevis identifiziert. Im Vergleich zu Myosin IC fand sich ein zus{\"a}tzlicher Aminoterminus aus 16 Aminos{\"a}uren, welcher als Kernlokalisationssignal fungiert. In Oozyten von Xenopus laevis konnte Kernmyosin IC, {\"a}hnlich wie RNA-Polymerase II, an den lateralen Schleifen der Lampenb{\"u}rstenchromosomen dargestellt werden. Inhibierende Kernmyosinantik{\"o}rper f{\"u}hrten nach Mikroinjektion in den Zellkern von Xenopus-Oozyten zu einer kompletten Retraktion der meisten lateralen transkriptionsaktiven Schleifen sowie zu einer Verk{\"u}rzung der Chromosomenachsen. konnte Kernmyosin IC vor allem im Nukleoluskern detektiert werden, wo es partiell mit RNA-Polymerase I und Fibrillarin kolokalisierte. In amplifizierten Nukleolen f{\"u}hrte eine Transkriptionsinhibition mit Aktinomycin D zu einer Umverteilung des Kernmyosin IC zusammen mit der RNA-Polymerase I und der rDNA. Nach Injektion inhibierender Kernmyosinantik{\"o}rper kam es zu einem massiven architektonischen Umbau der Nukleolen. Im Gegensatz zu den Nukleolen von somatischen Xenopus-Zellen war ein BrUTP-Einbau in amplifizierte Nukleolen jedoch noch m{\"o}glich. Wie f{\"u}r Kernaktin bereits beschrieben, konnte auch Kernmyosin IC an den nukleoplasmatischen Filamenten der Kernporenkomplexe von Xenopus laevis-Ooyzten dargestellt werden. Da Aktin als essentieller Kofaktor an Exportprozessen beteiligt ist, sollte in Mikroinjektionsexperimenten auch eine Beteiligung von Kernmyosin IC beim Kernexport {\"u}berpr{\"u}ft werden. Antik{\"o}rper gegen ein Epitop in der Myosinkopfdom{\"a}ne des Kernmyosin IC (XNMIC \#42) waren im Gegensatz zu Antik{\"o}rpern, die den charakteristischen Aminoterminus aus 16 Aminos{\"a}uren erkennen (XNMIC \#54), in der Lage, einen CRM1-vermittelten Proteinexport zu inhibieren.},
  subject      = {RNS},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ivanov2005,
  author    = {Ivanov, Konstantin},
  title     = {Charakterisierung der Helikase- und Endonukleaseaktivit{\"a}ten des Humanen Coronavirus 229E und des SARS-Coronavirus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15863},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Humane Coronaviren sind wichtige Pathogene, die vor allem mit respiratorischen (z.B. SARS) und enteralen Erkrankungen assoziiert sind. Coronaviren besitzen das gr{\"o}ßte gegenw{\"a}rtig bekannte RNA-Genom aller Viren (ca. 30 Kilobasen). Die Replikation des Genoms und die Synthese zahlreicher subgenomischer RNAs, die die viralen Strukturproteine und einige akzessorische, vermutlich virulenzassoziierte, Proteine kodieren, erfolgt durch die virale Replikase. Die coronavirale Replikase ist ein Multienzym-Komplex, der durch die proteolytische Prozessierung großer Vorl{\"a}uferproteine (Polyproteine pp1a und pp1ab) entsteht und 16 virale Nichtstrukturproteine (nsp), aber auch einige zellul{\"a}re Proteine, beinhaltet. Obwohl die Charakterisierung der Funktionen der einzelnen Proteine und das Verst{\"a}ndnis der molekularen Grundlagen der coronaviralen Replikation noch in ihren Anf{\"a}ngen stecken, ist bereits jetzt klar, dass die an der Replikation beteiligten Mechanismen deutlich komplexer sind als bei den meisten anderen RNA-Viren. Man hofft, dass aus der Untersuchung der einzelnen an der Replikation beteiligten Proteine Erkenntnisse zu den Besonderheiten des Lebenszyklus dieser ungew{\"o}hnlich großen RNA-Viren abgeleitet werden k{\"o}nnen und dass sich daraus auch Ansatzpunkte f{\"u}r die Entwicklung von Inhibitoren einzelner Proteine/Enzyme ergeben, die f{\"u}r eine zuk{\"u}nftige antivirale Therapie genutzt werden k{\"o}nnten. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei enzymatische Aktivit{\"a}ten von Coronaviren, eine Helikase und eine Endonuklease, die Teil der coronaviralen Nichtstrukturproteine nsp13 bzw. nsp15 sind, in vitro untersucht. Zur Etablierung allgemeing{\"u}ltiger Prinzipien coronaviraler Enzymaktivit{\"a}ten wurden die homologen Proteine von HCoV-229E und SARS-CoV, also von Vertretern unterschiedlicher serologischer und genetischer Coronavirus-Gruppen, parallel untersucht und ihre Eigenschaften miteinander verglichen. Die nsp13-Helikase des SARSCoronavirus wurde als bakterielles Fusionsprotein exprimiert, und die nsp13-Helikase des humanen Coronavirus 229E wurde in Insektenzellen mittels baculoviraler Vektoren exprimiert. Beide Proteine zeigten Polynukleotid-stimulierbare NTPase- und 5'-3'-Helikase-Aktivit{\"a}ten. Dar{\"u}ber hinaus besaßen sie vergleichbare Hydrolyseaktivit{\"a}ten gegen{\"u}ber den 8 getesteten Ribound Desoxyribonukleosidtriphosphaten. Die Anwesenheit von poly(U) f{\"u}hrte zu einer 3-fachen Erh{\"o}hung der katalytischen Effizienz (kcat/Km) und einer etwa 100-fachen Steigerung der Hydrolysegeschwindigkeit (kcat). Es wurde am Beispiel von HCoV-229E-nsp13 gezeigt, dass Nukleins{\"a}uresubstrate mit hoher Affinit{\"a}t (K50 \&\#8776; 10-8 M), jedoch ohne erkennbare Pr{\"a}ferenz f{\"u}r einzel- oder doppelstr{\"a}ngige DNA- oder RNA-Substrate gebunden werden. Solch eine feste Bindung ist typisch f{\"u}r Enzyme, die prozessiv mit Nukleins{\"a}uren interagieren. Sie korreliert dar{\"u}ber hinaus mit der beobachteten effizienten Entwindung (Trennung) von RNA- und DNADuplexen mit langen, doppelstr{\"a}ngigen Bereichen von 500 Basenpaaren und mehr. Dies legt eine Funktion als replikative Helikase nahe, wie sie beispielweise bei der effektiven Entwindung doppelstr{\"a}ngiger replikativer Intermediate ben{\"o}tigt werden k{\"o}nnte. In dieser Arbeit wurde dar{\"u}ber hinaus eine neue enzymatische Aktivit{\"a}t coronaviraler Helikasen entdeckt. Die gefundene RNA-5'-Triphosphatase-Aktivit{\"a}t nutzt das aktive Zentrum der NTPase-Aktivit{\"a}t und katalysiert wahrscheinlich die erste Reaktion innerhalb der Synthese der Cap-Struktur am 5'- Ende viraler RNAs. Die sehr {\"a}hnlichen biochemischen Eigenschaften der HCoV-229E- und SARS-CoV-Helikasen lassen vermuten, dass die Enzymologie der viralen RNA-Synthese (trotz relativ geringer Sequenzidentit{\"a}t der beteiligten Enzyme) unter den Vertretern unterschiedlicher Gruppen von Coronaviren konserviert ist. Der zweite Teil der Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der biochemischen Charakterisierung des Nichtstrukturproteins nsp15, f{\"u}r das eine Endonuklease-Aktivit{\"a}t vorhergesagt worden war. Auch in diesem Fall wurden die entsprechenden Proteine von HCoV-229E und SARS-CoV charakterisiert. Beide (bakteriell exprimierten) Enzyme zeigten identische enzymatische Eigenschaften. In-vitro-Experimente best{\"a}tigten, dass diese Proteine eine Mn2+-abh{\"a}ngige RNA- (jedoch nicht DNA-) Endonukleaseaktivit{\"a}t besitzen. Sie spalten doppelstr{\"a}ngige RNA deutlich effektiver und spezifischer als einzelstr{\"a}ngige RNA. Die Enzyme spalten an Uridylat-Resten und erzeugen Produkte mit 2', 3'-Zyklophosphat-Enden. Bei doppelstr{\"a}ngigen RNA-Substraten wurde eine Spezifit{\"a}t f{\"u}r 5'-GU(U)-3' gefunden. Die Tatsache, dass diese Sequenz in den nidoviralen transkriptionsregulierenden Sequenzen (TRS) der Minusstr{\"a}nge konserviert ist und auch die Endonuklease bei allen Nidoviren konserviert ist, unterst{\"u}tzt die Hypothese, dass die Endonukleaseaktivit{\"a}t eine spezifische Funktion innerhalb der coronaviralen (nidoviralen) diskontinuierlichen Transkription besitzt.},
  subject      = {Coronaviren},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hofmann2002,
  author    = {Hofmann, Wilma},
  title     = {Die Rolle von eIF-5A und Kernaktin bei Kernexportprozessen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-2987},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Die retrovirale Replikation in der eukaryotischen Zelle erfordert den Export Intron-enthaltender Transkripte aus dem Kern ins Cytoplasma. Bei HIV-1 wird dieser nucleocytoplasmatische Transport durch den viralen Transaktivator Rev vermittelt. Rev ist ein Shuttle-Protein, das sowohl ein Kernimportsignal (NLS) als auch ein Leucin-reiches Kernexportsignal (NES) besitzt. Nach der Bindung von Rev an eine spezifische RNA Sekund{\"a}rstruktur, das sogenannte Rev Response Element (RRE) interagieren zellul{\"a}re Faktoren mit dem NES von Rev, wodurch der Kernexport vermittelt wird. Neben dem generellen Exportrezeptor CRM1 konnte auch der eukaryotische Initiationsfaktore 5A (eIF-5A) als ein Bindungspartner von Rev identifiziert werden. In dieser Arbeit konnte nun gezeigt werden, daß eIF-5A ein essentieller Faktor f{\"u}r den Rev-vermittelten RNA Export ist. Mikroinjektionen von eIF-5A-Antik{\"o}rpern und der eIF-5A-M14 Mutante in Kerne von Xenopus Oocyten, sowie Bindungsstudien in L{\"o}sung haben gezeigt, daß eIF-5A als ein Adapterprotein fungiert, das upstream des generellen Exportrezeptors CRM1 wirkt. eIF-5A bindet dabei an das Rev-NES und vermittelt dadurch eine effiziente Bindung dieses NES an CRM1, wodurch der effiziente Export des Rev/RNA-Komplexes stattfinden kann. Da die zellul{\"a}re Funktion von eIF-5A noch unbekannt war, wurden Overlay Blot Assays auf Xenopus Oocytenkernh{\"u}llen durchgef{\"u}hrt, um Kernproteine zu finden, die mit eIF-5A interagieren. Dies f{\"u}hrte zur Identifikation des Transkriptionsfaktors IIIA als einen Bindungspartner von eIF-5A. TFIIIA ist ein Exportfaktor f{\"u}r die Oocyten-Typ 5S rRNA in Amphibien Oocyten und besitzt wie Rev ein Leucin-reiches NES. Aufgrund einer Analyse dieses RNA Exportweges konnte nun gezeigt werden, daß eIF-5A auch in diesem spezifischen Exportweg als Adapter wirkt, der das NES des TFIIIA mit dem Exportrezeptor CRM1 verbindet und dadurch den Export des TFIIIA/5S rRNA-Komplexes vermittelt. Eine weitere zellul{\"a}re Funktion von eIF-5A konnte beim Export der CD83 mRNA in Dendritischen Zellen gefunden werden. Es konnte gezeigt werden, daß der Export der CD83 mRNA durch das RNA-bindende Protein HuR und durch den generellen Exportrezeptor CRM1 vermittelt wird. Durch den HuR Lignaden APRIL, der ein Rev-{\"a}hnliches, Leucin-reiches NES besitzt, wird dabei die Bindung an CRM1 vermittelt. Des weiteren konnte gezeigt werden, daß eIF-5A an diesem RNA Export beteiligt ist. Wie auch beim Rev-vermittelten RRE RNA Export und dem TFIIIA-vermittelten 5S rRNA Export wirkt eIF-5A als ein Adapter, der das NES des HuR-Liganden APRIL mit CRM1 verbindet, wodurch der Export des CD83 mRNA/HuR/APRIL Komplexes stattfinden kann. Neben TFIIIA und verschiedenen Nucleoporinen, konnte Kernaktin als ein weiterer Bindungspartner von eIF-5A identifiziert werden. In dieser Arbeit durchgef{\"u}hrte Mikroinjektionsexperimente mit Antik{\"o}rpern gegen Aktin sowie verschiedenen Aktin-bindende Drogen konnten zeigen, daß Kernaktin scheinbar generell in Exportprozesse involviert ist. Mit Hilfe verschiedener Aktin-bindender Proteine (Latrunculin B und Swinholide A) konnte gezeigt werden, daß eine l{\"o}sliche oder oligomere Form, nicht jedoch Aktinfilamente, funktionell an Kernexportprozessen beteiligt sind. Durch die Analyse Kernaktin-bindender Proteine konnten bereits die beiden Nucleoporine CAN/Nup214 und p62, die beide an Exportprozessen beteiligt sind, als Bindungspartner identifiziert werden. Außerdem ergaben sich h{\"o}chst interessante Hinweise auf die Beteiligung eines, bis jetzt noch nicht identifizierten, Kernproteins auf eine Beteiligung am Aktin-vermittelten Kernexport.},
  subject      = {Kernh{\"u}lle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Esch2001,
  author    = {Esch, Mandy},
  title     = {Novel Nucleic Acid Sensors for the Rapid Detection of Cryptosporidium Parvum},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-323},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {Recent advances in the development of immunoassays and nucleic acid assays have improved the performance and increased the sensitivity of sensors that are based on biochemical recognition. The new approaches taken by researchers include detecting pathogens by detecting their nucleic acids, using new nontoxic reporter entities for generating signals, and downscaling and miniaturizing sensors to micromigration and microfluidic formats. This dissertation connects some of these successful approaches, thereby leading to the development of novel nucleic acid sensors for rapid and easy detection of pathogens. The author's goal was to develop diagnostic tools that enable investigators to detect pathogens rapidly and on site. While the sensors can be used to detect any pathogen, the author first customized them for detecting particularly Cryptosporidium parvum, a pathogen whose detection is important, yet presents many challenges. Chapter 2 of this thesis presents a novel test-strip for the detection of C. parvum. The test-strip is designed to detect nucleic acids rather than proteins or other epitopes. While test strips are commonly used for sensors based on immunological recognition, this format is very new in applications in which nucleic acids are detected. Further, to indicate the presence or absence of a specific target on the test strip, dye-entrapped, oligonucleotide-tagged liposomes are employed. Using liposomes as reporter particles has advantages over using other reporter labels, because the cavity that the phospholipidic membranes of the liposomes form can be filled with up to 106 dye molecules. By using heterobifunctional linkers liposomes can be tagged with oligonucleotides, thereby enabling their use in nucleic acid hybridization assays. The developed test-strip provides an internal control. The limit of detection is 2.7 fmol/mL with a sample volume of 30 mL. In chapter 3 the detection of nucleic acids by means of oligonucleotide-tagged liposomes is scaled down to a microfluidic assay format. Because the application of biosensors to microfluidic formats is very new in the field of analytical chemistry, the first part of this chapter is devoted to developing the design and the method to fabricate the microchip devices. The performance of the microchips is then optimized by investigating the interactions of nucleic acids and liposomes with the material the chips consist of and by passivating the surface of the chips with blocking reagents. The developed microfluidic chip enabled us to reduce the sample volume needed for one assay to 12.5 mL. The limit of detection of this assay was determined to be 0.4 fmol/mL. Chapters 4 and 5 expand on the development of the microfluidic assay. A prototype microfluidic array that is able to detect multiple analytes in a single sample simultaneously is developed. Using such an array will enable investigators to detect pathogens that occur in the same environment, for example, C. parvum and Giardia duodenalis by conducting a single test. The array's ability to perform multiple sample analysis is shown by detecting different concentrations of target nucleic acids. Further, the author developed a microfluidic chip in which interdigitated microelectrode arrays (IDAs) that consist of closely spaced microelectrodes are integrated. The IDAs facilitate electrochemical detection of cryptosporidial RNA. Electrochemical detection schemes offer benefits of technical simplicity, speed, and sensitivity. In this project liposomes are filled with electrochemically active molecules and are then utilized to generate electrochemical signals. Chapter 6 explores the feasibility of liposomes for enhancing signals derived from nucleic acid hybridization in surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy. SPR spectroscopy offers advantages because nucleic acid hybridization can be monitored in real time and under homogeneous conditions because no washing steps are required. SPR spectroscopy is very sensitive and it can be expected that, in the future, SPR will be integrated into microfluidic nucleic acid sensors.},
  subject      = {Cryptosporidium},
  language  = {en}
}