@phdthesis{Wolter2014,
  author    = {Wolter, Steve},
  title     = {Single-molecule localization algorithms in super-resolution microscopy},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-109370},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Lokalisationsmikroskopie ist eine Methodenklasse der superaufl{\"o}senden Fluoreszenzmikroskopie, deren Methoden sich durch stochastische zeitliche Isolation der Fluoreszenzemission auszeichnen. Das Blinkverhalten von Fluorophoren wird so ver{\"a}ndert, dass gleichzeitige Aktivierung von einander nahen Fluorophoren unwahrscheinlich ist. Bekannte okalisationsmikroskopische Methoden umfassen dSTORM, STORM, PALM, FPALM, oder GSDIM. Lokalisationsmikroskopie ist von hohem biologischem Interesse, weil sie die Aufl{\"o}sung des Fluoreszenzmikroskops bei minimalem technischem Aufwand um eine Gr{\"o}ßenordnung verbessert. Der verbundene Rechenaufwand ist allerdings erheblich, da Millionen von Fluoreszenzemissionen einzeln mit Nanometergenauigkeit lokalisiert werden m{\"u}ssen. Der Rechen- und Implementationsaufwand dieser Auswertung hat die Verbreitung der superaufl{\"o}senden Mikroskopie lange verz{\"o}gert. Diese Arbeit beschreibt meine algorithmische Grundstruktur f{\"u}r die Auswertung lokalisationsmikroskopischer Daten. Die Echtzeitf{\"a}higkeit, d.h. eine Auswertegeschwindigkeit oberhalb der Datenaufnahmegeschwindigkeit an normalen Messaufbauten, meines neuartigen und quelloffenen Programms wird demonstriert. Die Geschwindigkeit wird auf verbrauchermarktg{\"a}ngigen Prozessoren erreicht und dadurch spezialisierte Rechenzentren oder der Einsatz von Grafikkarten vermieden. Die Berechnung wird mit dem allgemein anerkannten Gaussschen Punktantwortmodell und einem Rauschmodell auf Basis der gr{\"o}ßten Poissonschen Wahrscheinlichkeit durchgef{\"u}hrt. Die algorithmische Grundstruktur wird erweitert, um robuste und optimale Zweifarbenauswertung zu realisieren und damit korrelative Mikroskopie zwischen verschiedenen Proteinen und Strukturen zu erm{\"o}glichen. Durch den Einsatz von kubischen Basissplines wird die Auswertung von dreidimensionalen Proben vereinfacht und stabilisiert, um pr{\"a}zisem Abbilden von mikrometerdicken Proben n{\"a}her zu kommen. Das Grenzverhalten von Lokalisationsalgorithmen bei hohen Emissionsdichten wird untersucht. Abschließend werden Algorithmen f{\"u}r die Anwendung der Lokalisationsmikroskopie auf verbreitete Probleme der Biologie aufgezeigt. Zellul{\"a}re Bewegung und Motilit{\"a}t werden anhand der in vitro Bewegung von Myosin-Aktin-Filamenten studiert. Lebendzellbildgebung mit hellen und stabilen organischen Fluorophoren wird mittels SNAP-tag-Fusionsproteinen realisiert. Die Analyse des Aufbaus von Proteinklumpen zeigt, wie Lokalisationsmikroskopie neue quantitative Ans{\"a}tze jenseits reiner Bildgebung bietet.},
  subject      = {Fluoreszenzmikroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{OkgebHofmann2014,
  author    = {Ok [geb. Hofmann], Claudia Barbara},
  title     = {Isoform-spezifische Analyse der PI3-Kinase (Klasse I) im Multiplen Myelom},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-108466},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Das Multiple Myelom (MM) ist eine unheilbare Erkrankung, die aus einer klonalen Proliferation maligner Plasmazellen im Knochenmark hervorgeht. Dabei liegt ein komplexes Signalnetzwerk vor, das zum {\"U}berleben und Wachstum der MM-Zellen f{\"u}hrt. Das MM ist durch eine enorme genetische und ph{\"a}notypische Heterogenit{\"a}t gekennzeichnet. Die konstitutive Aktivierung des PI3K/Akt-Signalwegs spielt bei ungef{\"a}hr der H{\"a}lfte der Patienten mit MM eine wichtige Rolle f{\"u}r das {\"U}berleben der MM-Zellen und ist daher ein potentieller therapeutischer Ansatzpunkt. Isoform-spezifische Untersuchungen der katalytischen Untereinheiten der Klasse I-PI3K (p110α, p110β, p110γ, p110δ) sollten zur Erkenntnis f{\"u}hren, welche dieser Isoformen f{\"u}r das MM Zell{\"u}berleben wichtig sind, um spezifischere Behandlungen mit m{\"o}glichst geringen Nebenwirkungen zu erlauben. Daf{\"u}r wurden zun{\"a}chst Isoform-spezifische Knockdown-Experimente mit MM Zelllinien durchgef{\"u}hrt und sowohl deren {\"U}berleben als auch die Aktivierung der nachgeschalteten Komponenten im PI3K Signalweg untersucht. Zur Verifizierung der Ergebnisse wurden sowohl MM Zelllinien als auch Prim{\"a}rzellen mit Isoform-spezifischen PI3K-Inhibitoren behandelt (BYL 719 f{\"u}r p110α, TGX 221 f{\"u}r p110β, CAY10505 f{\"u}r p110γ und CAL 101 f{\"u}r p110δ) und in gleicher Weise untersucht. In beiden Versuchsans{\"a}tzen stellte sich die katalytische Untereinheit p110α als wichtigste Isoform f{\"u}r das {\"U}berleben von MM Zellen mit konstitutiv phosphoryliertem Akt Signal heraus. Weder der Knockdown noch die pharmakologische Inhibition der anderen drei Isoformen (p110β, p110γ, p110δ) f{\"u}hrten in MM-Zelllinien zur Beeintr{\"a}chtigung des Zell{\"u}berlebens. Auch reagierten die Prim{\"a}rzellen von MM Patienten gr{\"o}ßtenteils nicht mit Apoptose auf eine Behandlung mit TGX 221, CAY10505 oder CAL 101. Aufbauend auf der postulierten Bedeutung von p110α, wurde der daf{\"u}r spezifische Inhibitor BYL 719 mit bereits klinisch etablierten Therapeutika in Kombination verwendet, woraus eine im Vergleich zur Einzelbehandlung verst{\"a}rkte Apoptose resultierte. Insgesamt deuten diese Daten darauf hin, dass PI3K/p110α eine therapeutisch nutzbare Zielstruktur zur Behandlung des Multiplen Myeloms darstellt. Daher scheinen weitergehende pr{\"a}-klinische Studien mit p110α Inhibitoren erfolgversprechend.},
  subject      = {Phosphatidylinositolkinase <Phosphatidylinositol-3-Kinase>},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Zdzieblo2014,
  author    = {Zdzieblo, Daniela},
  title     = {Das Polycomb group Protein PCGF6 ist ein neuer und essentieller Faktor der iPS Reprogrammierung und kann in Kombination mit Oct4, Klf4 und c-Myc den Transkriptionsfaktor Sox2 ersetzen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-106870},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Embryonale Stammzellen (ESCs) sind durch zwei charakteristische Eigenschaften definiert. Neben einer kontinuierlichen Selbsterneuerungskapazit{\"a}t weisen ESCs die F{\"a}higkeit auf, in alle Zelltypen der drei Keimbl{\"a}tter differenzieren zu k{\"o}nnen. Diese Eigenschaften werden unter anderem durch ein Netzwerk wichtiger Pluripotenzfaktoren als auch durch epigenetische Mechanismen reguliert, welche die Transkription von Pluripotenz- und Differenzierungsgenen kontrollieren. In murinen ESCs sind an der Repression von Differenzierungsgenen auch Polycomb group (PcG) Proteine beteiligt. Diese Proteine bauen zwei Chromatin-modifizierende Komplexe auf, die als Polycomb repressive complex 1 bzw. 2 (PRC1 bzw. PRC2) bezeichnet werden. Nach dem klassischen Modell der Polycombfunktion, katalysieren PRC1 und PRC2 gemeinsam zwei charakteristische Histonmodifikationen, die zur Repression PRC-spezifischer Zielgene beitragen. Zahlreiche Studien in den letzten Jahren belegen, dass der Proteinaufbau der PRC1 Komplexe stark variieren kann, wobei die Familie der Polycomb group RING finger (Pcgf) Proteine eine wichtige Rolle spielt. In diesem Zusammenhang definieren einzelne Pcgf Paraloge (Pcgf1 - 6) verschiedene PRC1 Varianten (PRC1.1 - 1.6), die Komplex-spezifische Bindestellen im Genom aufweisen. Diese Erkenntnisse lassen auf unterschiedliche Mechanismen der PRC1 Varianten und Pcgf Paralog-spezifische Funktionen schließen, die zum jetzigen Zeitpunkt nur wenig erforscht sind. F{\"u}r manche Pcgf Paraloge sind wichtige Rollen in verschiedenen Stammzelltypen und w{\"a}hrend der iPS Reprogrammierung bekannt. Pcgf1 (Nspc1), Pcgf2 (Mel18) und Pcgf4 (Bmi1) zeigen eine Funktion in verschiedenen adulten Stammzellen. Pcgf4 spielt dar{\"u}ber hinaus eine wichtige Rolle in der murinen iPS Reprogrammierung. F{\"u}r Pcgf6 (Mblr) wird eine Pluripotenz-assoziierte Funktion angenommen, denn Pcgf6 ist das einzige Pcgf Paralog, das eine erh{\"o}hte Expression in murinen ESCs aufweist, die jedoch im Verlauf der ESC-Differenzierung absinkt. Außerdem zeigen murine Pcgf6 KD ESCs eine verminderte Expression der Pluripotenzgene Oct4, Sox2 und Nanog, eine De-Repression mesodermaler und Testes-spezifischer Gene als auch eine erh{\"o}hte Tendenz zur h{\"a}matopoetischen Differenzierung. Wie genau Pcgf6 an der Regulation dieser Prozesse in murinen ESCs beteiligt ist, ist nicht bekannt. In der hier vorliegenden Dissertation wurde die Funktion von Pcgf6 in der murinen iPS Reprogrammierung untersucht. Da bereits f{\"u}r Pcgf4 eine Rolle in der Reprogrammierung somatischer Zellen gezeigt wurde und Pcgf6 eine erh{\"o}hte Expression in ESCs aufweist, wurde auch f{\"u}r Pcgf6 eine Funktion in der iPS Reprogrammierung angenommen. Zun{\"a}chst konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Pcgf6 w{\"a}hrend der iPS Reprogrammierung verst{\"a}rkt exprimiert wird und in iPS Zellen eine ESC-{\"a}hnliche Expression aufweist. Dar{\"u}ber hinaus konnte Pcgf6 in Kombination mit Oct4, Klf4 und c-Myc spezifisch den Transkriptionsfaktor Sox2 in der iPS Reprogrammierung ersetzen. Zudem wurden f{\"u}r OPKM-induzierte iPS Zellen charakteristische Eigenschaften pluripotenter Zellen nachgewiesen. Außerdem konnte eine Rolle von Pcgf6 als Enhancer-Faktor f{\"u}r die iPS Reprogrammierung ausgeschlossen werden, da die {\"U}berexpression von Pcgf6 zusammen mit den OSKM Faktoren keine additiven Effekte auf die Reprogrammierungseffizienz erzielte. Im Gegensatz dazu f{\"u}hrte der Knockdown (KD) von Pcgf6 in embryonalen Mausfibroblasten (MEFs) zu verminderten Effizienzen nach OSKM Reprogrammierung. Dar{\"u}ber hinaus handelte es sich bei der Mehrheit der AP+ Kolonien, die unter Pcgf6 KD Konditionen entstanden, um partiell-reprogrammierte iPS Zellen. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse der hier vorliegenden Arbeit, dass Pcgf6 ein neuer und essentieller Faktor der iPS Reprogrammierung ist, der in Kombination mit Oct4, Klf4 und c-Myc spezifisch den Transkriptionsfaktor Sox2 ersetzen kann.},
  subject      = {Stammzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kampka2014,
  author    = {Kampka, Justyna},
  title     = {Funktionelle Analyse der Histon-Demethylase UTX in h{\"a}matopoetisch differenzierenden murinen ES-Zellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-108058},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Murine embryonale Stammzellen (ES-Zellen) stellen mit ihrem Selbsterneuerungs- und Differenzierungspotenzial einen einzigartigen Zelltyp f{\"u}r die Grundlagenforschung und angewandte Wissenschaften dar. Auf Grund ihrer F{\"a}higkeit, in vitro die embryonale Entwicklung eines Organismus nachzuahmen, sind sie f{\"u}r die Untersuchung der Zell-Differenzierung, wie z.B. der embryonalen H{\"a}matopoese geeignet. W{\"a}hrend der ES-Zell-Selbsterneuerung und -Differenzierung spielen epigenetischen Modifikationen, unter anderem Histon-Methylierungen, eine wichtige Rolle. Transkriptionell aktivierende (H3K4me2/3, di- bzw. trimethyliertes Lysin 4 an Histon 3) und reprimierende (H3K27me2/3; di- bzw. trimethyliertes Lysin 27 an Histon 3) Histon-Methylierungs-Muster und die epigenetische Gen-Regulierung werden unter anderem durch die entgegenwirkenden PcG- und MLL-Protein-Komplexe koordiniert. Die H3K27me2/3-spezifische Demethylase UTX/KDM6A ist eine Komponente des MLL-Komplexes und somit an aktivierenden Gen-Regulationsmechanismen beteiligt. Im Rahmen dieser Arbeit war es mein Ziel zu untersuchen, inwieweit UTX f{\"u}r die Aufrechterhaltung der ES-Zell-Pluripotenz und f{\"u}r die ES-Zell-Differenzierung, insbesondere die h{\"a}matopoetische Differenzierung, von Bedeutung ist. Meine Daten zeigten, dass UTX in undifferenzierten ES-Zellen, w{\"a}hrend der ES-Zell-Differenzierung und in adulten Geweben ubiquit{\"a}r exprimiert ist. Um Aufschluss {\"u}ber die UTX-Funktion zu bekommen, wurde UTX in ES-Zellen mittels RNA-Interferenz und Gene-Targeting gezielt ablatiert. Genexpressions-Analysen zeigten, dass die Expression von Pluripotenzgenen, genauso wie die Zellproliferation und die Verteilung der Zellzyklus-Phasen in ES-Zellen durch den Verlust von UTX unbeeinflusst blieben, w{\"a}hrend globale H3K4me3- sowie H3K27me3-Level reduziert waren. W{\"a}hrend der ES-Zell-Differenzierung konnte ich eine verminderte Induktion der mesodermalen und h{\"a}matopoetischen Marker Flk1, Brachyury, Runx1 und Gata1 beobachten. Zudem war die Expression von UTY, dem auf dem Y-Chromosom kodierten UTX-Homolog, in ES-Zellen und w{\"a}hrend der Differenzierung runterreguliert, was auf eine Regulierung durch UTX schließen l{\"a}sst. Des Weiteren zeigten UTX-Knockdown und -Knockout-Zellen in funktionellen h{\"a}matopoetischen in vitro Assays eine verminderte F{\"a}higkeit, Blast-Kolonien und h{\"a}matopoetische Vorl{\"a}uferzellen zu generieren. Interessanterweise zeigten ChIP-Analysen in differenzierenden wt und UTX-Knockout-EBs unver{\"a}nderte H3K27me3-Level an Promotoren der h{\"a}matopoetischen Gene, was auf eine Demethylase-unabh{\"a}ngige Funktion von UTX w{\"a}hrend der fr{\"u}hen H{\"a}matopoese hindeutet. Um die Funktion von UTX w{\"a}hrend der Entwicklung in vivo, insbesondere w{\"a}hrend der embryonalen H{\"a}matopoese, untersuchen zu k{\"o}nnen, habe ich eine konditionelle UTX-Knockout-Maus hergestellt, die f{\"u}r eine gezielte UTX-Deletion im h{\"a}matopoetischen System verwendet wird. Zusammenfassend zeigen meine Daten, dass UTX f{\"u}r die ES-Zell-Proliferation und -Pluripotenz unbedeutend ist und die Reduzierung der H3K27-Trimethylierung auch bei fehlendem UTX weiterhin herbeigef{\"u}hrt werden kann. Im Gegensatz dazu {\"u}bernimmt UTX eine entscheidende Rolle w{\"a}hrend der mesodermalen und h{\"a}matopoetischen ES-Zell-Differenzierung, vermutlich {\"u}ber eine Histon-Demethylase-unabh{\"a}ngige Funktion.},
  subject      = {H{\"a}matopoese},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Varagnolo2014,
  author    = {Varagnolo, Linda},
  title     = {PRC2 inhibition counteracts the culture-associated loss of engraftment potential of human cord blood-derived hematopoietic stem/progenitor cells},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-108073},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Cord blood hematopoietic stem cells (CB-HSCs) are an outstanding source for the treatment of a variety of malignant and non-malignant disorders. However, the low amount of cells collected per donor is often insufficient for treatment of adult patients. In order to make sufficient numbers of CB-HSCs available for adults, expansion is required. Different approaches were described for HSC expansion, however these approaches are impeded by the loss of engrafting potential during ex vivo culture. Little is known about the underlying molecular mechanisms. Epigenetic mechanisms play essential roles in controlling stem cell potential and fate decisions and epigenetic strategies are considered for HSC expansion. Therefore, this study aimed to characterize global and local epigenotypes during the expansion of human CB-CD34+, a well established CB progenitor cell type, to better understand the molecular mechanisms leading to the culture-associated loss of engrafting potential. Human CB-CD34+ cells were cultured using 2 different cytokine cocktails: the STF cocktail containing SCF, TPO, FGF-1 and the STFIA cocktail, which combines STF with Angiopoietin-like 5 (Angptl5) and Insulin-like growth factor-binding protein 2 (IGFBP2). The latter expands CB-HSCs ex vivo. Subsequently, the NOD-scid gamma (NSG) mouse model was used to study the engraftment potential of expanded cells. Engraftment potential achieved by fresh CB-CD34+ cells was maintained when CB-CD34+ cells were expanded under STFIA but not under STF conditions. To explore global chromatin changes in freshly isolated and expanded CB-CD34+ cells, levels of the activating H3K4me3 and the repressive H3K27me3 histone marks were determined by chromatin flow cytometry and Western blot analyses. For analysis of genome-wide chromatin changes following ex vivo expansion, transcriptome profiling by microarray and chromatin immunoprecipitation combined with deep sequencing (ChIP-seq) were performed. Additionally, local chromatin transitions were monitored by ChIP analyses on promoter regions of developmental and self-renewal factors. On a global level, freshly isolated CD34+ and CD34- cells differed in H3K4me3 and H3K27me3 levels. After 7 days of expansion, CD34+ and CD34- cells adopted similar levels of active and repressive marks. Expanding the cells without IGFBP2 and Angptl5 led to a higher global H3K27me3 level. ChIP-seq analyses revealed a cytokine cocktail-dependent redistribution of H3K27me3 profiles. Chemical inhibition of the H3K27 methyltransferase EZH2 counteracted the culture-associated loss of NSG engraftment potential. Collectively, the data presented in this study revealed that by adding epigeneticly active compounds in the culture media we observed changes on a chromatin level which counteracted the loss of engraftment potential. H3K27me3 rather than H3K4me3 may be critical to establish a specific engraftment supporting transcriptional program. Furthermore, I identified a critical function for the Polycomb repressive complex 2-component EZH2 in the loss of engraftment potential during the in vitro expansion of HPSCs. Taken together this thesis provides a better molecular understanding of chromatin changes upon expansion of CB-HSPCs and opens up new perspectives for epigenetic ex vivo expansion strategies.},
  subject      = {Epigenetik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hofstetter2014,
  author    = {Hofstetter, Christine},
  title     = {Inhibition of H3K27me-Specific Demethylase Activity During Murine ES cell Differentiation Induces DNA Damage Response},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107023},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Stem cells are defined by their capacity to self-renew and their potential to differentiate into multiple cell lineages. Pluripotent embryonic stem (ES) cells can renew indefinitely while keeping the potential to differentiate into any of the three germ layers (ectoderm, endoderm or mesoderm). For decades, ES cells are in the focus of research because of these unique features. When ES cells differentiate they form spheroid aggregates termed "embryoid bodies" (EBs). These EBs mimic post- implantation embryonic development and therefore facilitate the understanding of developmented mechanisms. During ES cell differentiation, de-repression or repression of genes accompanies the changes in chromatin structure. In ES cells, several mechanisms are involved in the regulation of the chromatin architecture, including post-translational modifications of histones. Post-translational histone methylation marks became one of the best- investigated epigenetic modifications, and they are essential for maintaining pluripotency. Until the first histone demethylase KDM1A was discovered in 2004 histone modifications were considered to be irreversible. Since then, a great number of histone demethylases have been identified. Their activity is linked to gene regulation as well as to stem cell self-renewal and differentiation. KDM6A and KDM6B are H3K27me3/2-specific histone demethylases, which are known to play a central role in the regulation of posterior development by regulating HOX gene expression. So far less is known about the molecular function of KDM6A or KDM6B in undifferentiated and differentiating ES cells. In order to completely abrogate KDM6A and KDM6B demethylase activity in undifferentiated and differentiating ES cells, a specific inhibitor (GSK-J4) was employed. Treatment with GSK-J4 had no effect on the viability or proliferation on ES cells. However, in the presence of GSK-J4 ES cell differentiation was completely abrogated with cells arrested in G1-phase and an increased rate of apoptosis. Global transcriptome analyses in early-differentiating ES cells revealed that only a limited set of genes were differentially regulated in response to GSK-J4 treatment with more genes up- regulated than down-regulated. Many of the up-regulated genes are linked to DNA damage response (DDR). In agreement with this, DNA damage was found in EBs incubated with GSK-J4. A co-localization of H3K27me3 or KDM6B with γH2AX foci, marking DNA breaks, could be excluded. However, differentiating Eed knockout (KO) ES cells, which are devoid of the H3K27me3 mark, showed an attenuated GSK-J4- induced DDR. Finally, hematopoietic differentiation in the presence of GSK-J4 resulted in a reduced colony-forming potential. This leads to the conclusion that differentiation in the presence of GSK-J4 is also restricted to hematopoietic differentiation. In conclusion, my results show that the enzymatic activity of KDM6A and KDM6B is not essential for maintaining the pluripotent state of ES cells. In contrast, the enzymatic activity of both proteins is indispensable for ES cell and hematopoietic differentiation. Additionally KDM6A and KDM6B enzymatic inhibition in differentiating ES cells leads to increased DNA damage with an activated DDR. Therefore, KDM6A and KDM6B are associated with DNA damage and in DDR in differentiating ES cells.},
  subject      = {Embryonale Stammzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schulze2014,
  author    = {Schulze, Katja},
  title     = {Automatisierte Klassifizierung und Viabilit{\"a}tsanalyse von Phytoplankton},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107174},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Zentrales Ziel dieser Arbeit war es, Methoden der Mikroskopie, Bildverarbeitung und Bilderkennung f{\"u}r die Charakterisierungen verschiedener Phyotplankter zu nutzen, um deren Analyse zu verbessern und zu vereinfachen. Der erste Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Analyse von Phytoplanktongemeinschaften, die im Rahmen der {\"U}berpr{\"u}fung der S{\"u}ßwasserqualit{\"a}t als Marker dienen. Die konventionelle Analyse ist dabei sehr aufwendig, da diese noch immer vollst{\"a}ndig von Hand durchgef{\"u}hrt wird und hierf{\"u}r speziell ausgebildetes Personal eingesetzt werden muss. Ziel war es, ein System zur automatischen Erkennung aufzubauen, um die Analyse vereinfachen zu k{\"o}nnen. Mit Hilfe von automatischer Mikroskopie war es m{\"o}glich Plankter unterschiedlicher Ausdehnung durch die Integration mehrerer Sch{\"a}rfeebenen besser in einem Bild aufzunehmen. Weiterhin wurden verschiedene Fluoreszenzeigenschaften in die Analyse integriert. Mit einem f{\"u}r ImageJ erstellten Plugin k{\"o}nnen Organismen vom Hintergrund der Aufnahmen abgetrennt und eine Vielzahl von Merkmalen berechnet werden. {\"U}ber das Training von neuralen Netzen wird die Unterscheidung von verschieden Gruppen von Planktontaxa m{\"o}glich. Zudem k{\"o}nnen weitere Taxa einfach in die Analyse integriert und die Erkennung erweitert werden. Die erste Analyse von Mischproben, bestehend aus 10 verschiedenen Taxa, zeigte dabei eine durchschnittliche Erkennungsrate von 94.7\% und eine durchschnittliche Falsch-Positiv Rate von 5.5\%. Im Vergleich mit bestehenden Systemen konnte die Erkennungsrate verbessert und die Falsch Positiv Rate deutlich gesenkt werde. Bei einer Erweiterung des Datensatzes auf 22 Taxa wurde darauf geachtet, Arten zu verwenden, die verschiedene Stadien in ihrem Wachstum durchlaufen oder h{\"o}here {\"A}hnlichkeiten zu den bereits vorhandenen Arten aufweisen, um evtl. Schwachstellen des Systemes erkennen zu k{\"o}nnen. Hier ergab sich eine gute Erkennungsrate (86.8\%), bei der der Ausschluss von nicht-planktonischen Partikeln (11.9\%) weiterhin verbessert war. Der Vergleich mit weiteren Klassifikationsverfahren zeigte, dass neuronale Netze anderen Verfahren bei dieser Problemstellung {\"u}berlegen sind. {\"A}hnlich gute Klassifikationsraten konnten durch Support Vektor Maschinen erzielt werden. Allerdings waren diese bei der Unterscheidung von unbekannten Partikeln dem neuralen Netz deutlich unterlegen. Der zweite Abschnitt stellt die Entwicklung einer einfachen Methode zur Viabilit{\"a}tsanalyse von Cyanobakterien, bei der keine weitere Behandlung der Proben notwendig ist, dar. Dabei wird die rote Chlorophyll - Autofluoreszenz als Marker f{\"u}r lebende Zellen und eine gr{\"u}ne unspezifische Fluoreszenz als Marker f{\"u}r tote Zellen genutzt. Der Assay wurde mit dem Modellorganismus Synechocystis sp. PCC 6803 etabliert und validiert. Die Auswahl eines geeigeneten Filtersets erm{\"o}glicht es beide Signale gleichzeitig anzuregen und zu beobachten und somit direkt zwischen lebendenden und toten Zellen zu unterscheiden. Die Ergebnisse zur Etablierung des Assays konnten durch Ausplattieren, Chlorophyllbestimmung und Bestimmung des Absorbtionsspektrums best{\"a}tigt werden. Durch den Einsatz von automatisierter Mikroskopie und einem neu erstellten ImageJ Plugin wurde eine sehr genaue und schnelle Analyse der Proben m{\"o}glich. Der Einsatz beim Monitoring einer mutagenisierten Kultur zur Erh{\"o}hung der Temperaturtoleranz erm{\"o}glichte genaue und zeitnahe Einblicke in den Zustand der Kultur. Weitere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Kombination mit Absorptionsspektren es erm{\"o}glichen k{\"o}nnen bessere Einblicke in die Vitalit{\"a}t der Kultur zu erhalten.},
  subject      = {Bilderkennnung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fischer2014,
  author    = {Fischer, Peter},
  title     = {Untersuchungen zum Einfluss der Anzahl primordialer Keimzellen auf die Geschlechtsbestimmung von Medaka, Oryzias latipes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-106846},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die primordialen Keimzellen (PGCs) sind die einzigen Zellen des Embryos, die die genetische Information von einer Generation an die n{\"a}chste weiter geben k{\"o}nnen. Es wurde gezeigt, dass in allen bislang untersuchten Knochenfischen die Anzahl der Urgeschlechtszellen w{\"a}hrend der Embryonalentwicklung der erste sichtbare Unterschied zwischen M{\"a}nnchen und Weibchen ist. Daraus ergibt sich die Frage, ob die Anzahl der primordialen Keimzellen das Geschlecht bestimmt, oder ob die somatischen Zellen je nach sexueller Identit{\"a}t die Urgeschlechtszellen zur Proliferation anregen. Um zu untersuchen, wie die Anzahl der Urgeschlechtszellen mit der Geschlechtsdetermination zusammenh{\"a}ngt, habe ich in dieser Arbeit die Anzahl der Urgeschlechtszellen manipuliert und deren Schicksal im Verlauf der Embryonalentwicklung verfolgt. Weiterhin untersuchte ich, in wieweit die Temperatur einen Einfluss auf die Geschlechtsbestimmung hat und ob sie Auswirkungen auf die Anzahl und die Wanderung der Urgeschlechtszellen hat beim Medaka hat. Durch meine Experimente, in denen ich die Fische w{\"a}hrend der Embryonalentwicklung bei verschiedenen Temperaturen hielt, konnte ich zeigen, dass beim Medaka der genetische Geschlechtsbestimmungsmechanismus durch erh{\"o}hte Temperatur {\"u}berschrieben werden kann. Die Temperaturerh{\"o}hung in der Embryonalentwicklung f{\"u}hrt zu einer Weibchen­-zu­-M{\"a}nnchen Geschlechtsumkehr. Dabei wird die Anzahl der primordialen Keimzellen im Vergleich zu den Kontrollen reduziert. Zudem wird durch die h{\"o}here Temperatur das autosomale dmrt1a viel fr{\"u}her angeschaltet, wa sauf einen alternativenSignalweg deutet, der die m{\"a}nnliche Geschlechtsentwicklung in XX geschlechtsumgewandelten Tieren steuert.},
  subject      = {Geschlechtsbestimmung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{ZeeshangebMajeed2014,
  author    = {Zeeshan [geb. Majeed], Saman},
  title     = {Implementation of Bioinformatics Methods for miRNA and Metabolic Modelling},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-102900},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Dynamic interactions and their changes are at the forefront of current research in bioinformatics and systems biology. This thesis focusses on two particular dynamic aspects of cellular adaptation: miRNA and metabolites. miRNAs have an established role in hematopoiesis and megakaryocytopoiesis, and platelet miRNAs have potential as tools for understanding basic mechanisms of platelet function. The thesis highlights the possible role of miRNAs in regulating protein translation in platelet lifespan with relevance to platelet apoptosis and identifying involved pathways and potential key regulatory molecules. Furthermore, corresponding miRNA/target mRNAs in murine platelets are identified. Moreover, key miRNAs involved in aortic aneurysm are predicted by similar techniques. The clinical relevance of miRNAs as biomarkers, targets, resulting later translational therapeutics, and tissue specific restrictors of genes expression in cardiovascular diseases is also discussed. In a second part of thesis we highlight the importance of scientific software solution development in metabolic modelling and how it can be helpful in bioinformatics tool development along with software feature analysis such as performed on metabolic flux analysis applications. We proposed the "Butterfly" approach to implement efficiently scientific software programming. Using this approach, software applications were developed for quantitative Metabolic Flux Analysis and efficient Mass Isotopomer Distribution Analysis (MIDA) in metabolic modelling as well as for data management. "LS-MIDA" allows easy and efficient MIDA analysis and, with a more powerful algorithm and database, the software "Isotopo" allows efficient analysis of metabolic flows, for instance in pathogenic bacteria (Salmonella, Listeria). All three approaches have been published (see Appendices).},
  subject      = {miRNS},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Krueger2014,
  author    = {Kr{\"u}ger, Alice},
  title     = {Die Entwicklung regenerativer Implantatmatrices auf der Basis von Kollagen Typ I zur Anwendung bei degenerativen Bandscheibenerkrankungen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-106504},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Degenerative Bandscheibenerkrankungen wie Protrusionen oder vorgefallenes Nukle-usgewebe f{\"u}hren h{\"a}ufig zu chronischen Schmerzen und schr{\"a}nken die Bewegungsmo-bilit{\"a}t sehr ein. Operative Behandlungsm{\"o}glichkeiten wie die Nukleotomie oder die Fusion von Wirbelk{\"o}rpern stellen traumatische Eingriffe in das komplexe System der Wirbels{\"a}ule dar. Biologische Verfahren, durch die eine Regeneration des gesch{\"a}digten Gewebes erzielt werden kann, sind klinisch bisher nicht etabliert. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Herstellung und Testung regenerativer azellul{\"a}-rer Implantatmatrices auf der Basis von Kollagen Typ I, die den degenerierten Nukleus pulposus ersetzen sollen. Insbesondere eine H{\"o}henminderung der Bandscheibe kann zu Anschlussdegenerationen benachbarter Segmente f{\"u}hren. Dies soll durch die Implan-tatmatrix ausgeglichen werden. Nach der Konstruktion und dem Bau eines Reaktors aus dem Hochleistungskunststoff Polytetrafluorethylen (PTFE), der allen Anforderungen eines CE-Konformit{\"a}tsbewertungsverfahrens entspricht, wird eine hoch verdichtete Kollagen Typ I Matrix mit einer St{\"a}rke von 1 mm hergestellt. Diese kann {\"u}ber den Pro-zess der Lyophilisation auf 0,6 mm weiter reduziert werden. Es gelingt, die Matrix in einer Edelstahlh{\"u}lse zu platzieren, {\"u}ber die mit Hilfe eines passgenauen F{\"u}hrungssta-bes die endoskopische Implantation in die Nukleuskavit{\"a}t erfolgen soll. Im Rahmen der Interkorporellen Fusionstage des Diakonie Klinikums Stuttgart wird das operative Handling an einem humanem Pr{\"a}parat simuliert. Die Implantation erfolgt offen {\"u}ber einen transforaminalen Zugang in zwei nukleotomierte Segmente der lumbalen Wir-bels{\"a}ule. Die anwesenden Wirbels{\"a}ulenchirurgen beurteilen die M{\"o}glichkeit der endo-skopischen Applikation als positiv und machbar. Durch den Zusatz des Polysaccharids Hyalurons{\"a}ure gelingt es, die Quelleigenschaften der hoch verdichteten Matrix zu steigern, so dass diese wie natives Nukleusgewebe in der Lage ist, Fl{\"u}ssigkeit in Ruhe wieder aufzunehmen. Das Quellpotential und die da-mit einhergehende Volumenzunahme nach Kompression sind f{\"u}r ein Nukleusersatzma-terial essentiell. Die hier verwendete Hyalurons{\"a}ure geht jedoch im offenen System der in vitro Inkubation innerhalb von 11 Tagen verloren. Dennoch zeigen sich weitere Vorteile gegen{\"u}ber der Matrix ohne Hyalurons{\"a}ure-Zusatz innerhalb der Testungen heraus. Diese sind neben dem erh{\"o}hten Quellpotential z. B. eine gesteigerte Rate der Zellproliferation der verwendeten bovinen und humanen Bandscheibenzellen (bBSZ und hBSZ) sowie humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC), die {\"u}ber die Be-stimmung der Zellzahl und Viabilit{\"a}t ermittelt wird. Zudem zeigt sich eine gesteigerte mechanische Stabilit{\"a}t, die {\"u}ber die Spannungs-Kompressions-Messungen evaluiert wird. {\"U}ber Lebend-/ Totf{\"a}rbungen und Zytotoxizit{\"a}tstests an Monolayerkulturen kann zudem nachgewiesen werden, dass die notwendige Endsterilisation durch γ-Bestrahlung zu keinen zytotoxischen Ver{\"a}nderungen der Matrix f{\"u}hrt. Da die verdich-tete Implantatmatrix azellul{\"a}r als Medizinprodukt der Klasse III eingesetzt werden soll, wird als erg{\"a}nzende Matrix zur F{\"u}llung kleinster Hohlr{\"a}ume die zun{\"a}chst fl{\"u}ssige ChondroFillerliquid Matrix (ein Knorpelersatzmaterial der Firma Amedrix GmbH, Esslin-gen) durch den Zusatz von Hyalurons{\"a}ure modifiziert und in der Zellkultur getestet. Da es sich hierbei um ein Zweikammerspritzensystem handelt, ist die Verwendung von Additiva wie z. B. Stammzellen technisch m{\"o}glich. Die Ermittlung der maximalen Inku-bationszeit von Zellen in verschieden konzentrierten hyperosmotischen Neutralisations-l{\"o}sungen ergibt eine Dauer von 5 min, bis irreversible Zellsch{\"a}den auftreten. In Migra-tionsversuchen kann gezeigt werden, dass die ChondroFillerliquid Matrix als Konektiv zwischen nativem Nukleusgewebe und verdichteter Implantatmatrix fungiert. Des Wei-teren synthetisieren bBSZ, hBSZ und hMSC sulfatierte Glykosaminoglykane und behal-ten dabei ihr charakteristisches Genexpressionsprofil. Die chondrogene Differenzie-rung durch die Verwendung eines chondrogenen Differenzierungsmediums gelingt bei den hMSC bereits nach einer Kultivierungsdauer von 14 d. Die Zellverteilung in den Implantatmatrices und deren Morphologie entspricht dem nativen Nukleusgewebe. Die biomechanische Testung an einem international anerkannten Modellsystem f{\"u}r humane Wirbels{\"a}ulen - der Kalbswirbels{\"a}ule - ergibt, dass die Nukleotomie zu einer Erh{\"o}hung des Range of Motion (RoM) in alle Richtungen nach Flexion/Extension, Seit-neigung rechts/links und axiale Rotation rechts/links sowie zu einer H{\"o}henreduktion des Segments im Vergleich zum Intaktzustand f{\"u}hrt. Nach der Implantation der ver-dichteten Implantatmatrix wird der RoM deutlich reduziert. Das Segment weist dadurch eine hohe Steifigkeit {\"a}hnlich dem Intaktzustand auf. Die H{\"o}henreduktion kann durch die Implantation beinahe vollst{\"a}ndig wieder ausgeglichen werden. Im Rahmen der zyklischen Dauerbelastungen treten jedoch Implantatextrusionen auf. Zudem nimmt die Steifigkeit deutlich ab, der RoM hingegen wieder zu. Da das bovine Modell jedoch nicht der in vivo Situation entspricht und beispielsweise eine zunehmende In-tegration des Implantats durch Einwachsen nicht erm{\"o}glicht, ist die hohe Extrusionsra-te als nicht realistisch zu werten. Klinische Studien am Tier und Mensch m{\"u}ssen zeigen, inwieweit derartige Extrusionen ohne die Verwendung eines Anulusverschlußsystems auftreten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, einen geeigneten Reaktor zu ent-wickeln und mit diesem eine biokompatible, stabile und quellf{\"a}hige Matrix herzustel-len, die den H{\"o}henverlust nach einer Nukleotomie auszugleichen vermag. Die modifi-zierte ChondroFillerliquid Matrix stellt eine ideale Erg{\"a}nzung dar, da {\"u}ber diese Zellen oder andere Additiva verabreicht werden k{\"o}nnen und deren konektive Wirkung die Zellbesiedlung der azellul{\"a}ren Matrix beg{\"u}nstigt.},
  subject      = {Bandscheibenkrankheit},
  language  = {de}
}