@phdthesis{BathePeters2022,
  author    = {Bathe-Peters, Marc},
  title     = {Spectroscopic approaches for the localization and dynamics of β\(_1\)- and β\(_2\)-adrenergic receptors in cardiomyocytes},
  doi       = {10.25972/OPUS-25812},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-258126},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {In the heart the β\(_1\)-adrenergic receptor (AR) and the β\(_2\)-AR, two prototypical G protein-coupled receptors (GPCRs), are both activated by the same hormones, namely adrenaline and noradrenaline. Both receptors couple to stimulatory G\(_s\) proteins, mediate an increase in cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and influence the contractility and frequency of the heart upon stimulation. However, activation of the β\(_1\)-AR, not the β\(_2\)-AR, lead to other additional effects, such as changes in gene transcription resulting in cardiac hypertrophy, leading to speculations on how distinct effects can arise from receptors coupled to the same downstream signaling pathway. In this thesis the question of whether this distinct behavior may originate from a differential localization of these two receptors in adult cardiomyocytes is addressed. Therefore, fluorescence spectroscopy tools are developed and implemented in order to elucidate the presence and dynamics of these endogenous receptors at the outer plasma membrane as well as on the T-tubular network of intact adult cardiomyocytes. This allows the visualization of confined localization and diffusion of the β\(_2\)-AR to the T-tubular network at endogenous expression. In contrast, the β\(_1\)-AR is found diffusing at both the outer plasma membrane and the T-tubules. Upon overexpression of the β\(_2\)-AR in adult transgenic cardiomyocytes, the receptors experience a loss of this compartmentalization and are also found at the cell surface. These data suggest that distinct signaling and functional effects can be controlled by specific cell surface targeting of the receptor subtypes. The tools at the basis of this thesis work are a fluorescent adrenergic antagonist in combination of fluorescence fluctuation spectroscopy to monitor the localization and dynamics of the lowly expressed adrenergic receptors. Along the way to optimizing these approaches, I worked on combining widefield and confocal imaging in one setup, as well as implementing a stable autofocus mechanism using electrically tunable lenses.},
  subject      = {G-Protein gekoppelte Rezeptoren},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wagner2015,
  author    = {Wagner, Julia},
  title     = {Untersuchung von Rezeptoren und G-Proteinen mittels Einzelmolek{\"u}lfluoreszenztechniken},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-118281},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden Einzelmolek{\"u}ltechniken zur Untersuchung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) und G-Proteinen in der Zellmembran lebender Zellen etabliert und angewendet. GPCR stellen die gr{\"o}ßte Familie membrangebundener Rezeptoren dar und leiten Signale {\"u}ber heterotrimere G-Proteine in das Zellinnere weiter. Auch wenn j{\"u}ngst sowohl inaktive, als auch aktive Konformationen von GPCR und G-Proteinen mittels R{\"o}ntgenstrukturanalyse aufgel{\"o}st werden konnten, sind die Dynamiken ihrer Aktivierung und Deaktivierung bisher nur bruchst{\"u}ckhaft bekannt. In der Vergangenheit wurden die Schritte der Signalkaskade, beginnend mit der Bindung des Rezeptorliganden bis hin zur Bildung von sekund{\"a}ren Botenstoffen, erfolgreich mit Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer-Techniken aufgekl{\"a}rt. Diesen experimentell bestimmten Aktivierungszeiten stehen Daten aus Modellierungsstudien gegen{\"u}ber, die sehr viel schnellere Konformations{\"a}nderungen vorhersagen, welche bereits in Studien mittels Kernspinresonanzspektroskopie nachgewiesen werden konnten. Folglich ist anzunehmen, dass die Zeitdom{\"a}ne, innerhalb der die Aktivierung der GPCR stattfindet, sehr breit gef{\"a}chert ist. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war es, diese mehrere Gr{\"o}ßenordnungen umfassenden Zeitskalen der GPCR-Aktivierung, welche in der Literatur beschrieben werden, mittels bildgebender Einzelmolek{\"u}lverfolgung (SPT) und Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) zu untersuchen. Beide Verfahren liefern durch Einzelmolek{\"u}lspuren oder Korrelationskurven eine Art Fingerabdruck des dynamischen Verhaltens des untersuchten Systems, was jeweils mit Vor- und Nachteilen verbunden ist. Die St{\"a}rke der Techniken zeigte sich bei dem vorliegenden Projekt vor allem in ihrer Kombination: Die klassische FCS bietet die M{\"o}glichkeit, Dynamiken {\"u}ber einen weiten Zeitraum von Mikrosekunden bis Sekunden auszuwerten, allerdings nur innerhalb eines kleinen, optisch definierten Detektionsvolumens. Die bildgebende Einzelmolek{\"u}lverfolgung liefert hingegen ein großes Sichtfeld und erm{\"o}glicht somit die parallele Analyse vieler Einzelmolek{\"u}lereignisse {\"u}ber die Zelle verteilt, jedoch auf Kosten der Zeitaufl{\"o}sung. Durch die Anwendung von SPT und FCS konnte in dieser Arbeit ein Zeitbereich der Rezeptor- (und G-Protein-) Dynamiken von Mikrosekunden bis Sekunden gefunden und diskutiert werden. Um die selektive Anregung der Plasmamembran zu gew{\"a}hrleisten, wurde die Interne Totalreflexionsfluoreszenzanregung verwendet. Diese eignet sich ideal als Grundlage f{\"u}r die sp{\"a}tere Analyse mittels SPT und FCS, welche komplement{\"a}r nutzbar sind und mit dem gleichen zellul{\"a}ren Assay und unter Verwendung der gleichen Fluoreszenzmarker betrieben werden k{\"o}nnen. Die Studie am Beispiel der α2A- und β2-adrenergen Rezeptoren sowie des Gαi1-Proteins demonstrierte das enorme Potential dieser Einzelmolek{\"u}ltechniken f{\"u}r die Untersuchung von GPCR und skizziert die Komplexit{\"a}t deren Dynamik, wie sie auch durch neueste Modellierungsstudien vorhergesagt wird.},
  subject      = {G-Protein-gekoppelte Rezeptoren},
  language  = {de}
}