@phdthesis{Kraich2008,
  author    = {Kraich, Michael},
  title     = {Strukturelle und funktionelle Untersuchungen der Interaktion zwischen Ligand und Rezeptor im Interleukin-4- und Interleukin-13-System},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-27655},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Interleukin-4 (IL-4) und Interleukin-13 (IL-13) sind bedeutende Regulatorproteine des Immunsystems. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und dem Verlauf von allergischen Erkrankungen, wie z.B. Asthma. Um ihre Signale in die Zielzelle zu transduzieren, kann von beiden Zytokinen der gleiche Zelloberfl{\"a}chenrezeptor verwendet werden, wodurch sich die {\"u}berlappenden, biologischen Funktionen erkl{\"a}ren lassen. Dieser gemeinsam genutzte Rezeptor ist aus den beiden Untereinheiten IL-4Ralpha; und IL-13Ralpha1 aufgebaut. Da IL-4 und IL-13 auf Aminos{\"a}ureebene nur etwa 25\% Sequenzidentit{\"a}t besitzen und stark unterschiedliche Affinit{\"a}ten zu den beiden Rezeptorketten besitzen, stellt sich die Frage, durch welchen molekularen Erkennungsmechanismus, die Affinit{\"a}t und die Spezifit{\"a}t der Ligand-Rezeptor-Interaktion unabh{\"a}ngig voneinander reguliert werden kann. In dieser Arbeit gelang es, rekombinante Expressions- und Aufreinigungsstrategien f{\"u}r IL-13 und die extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}nen der Rezeptorketten IL-13Ralpha1 und IL-13Ralpha2 zu entwickeln. Dadurch war es m{\"o}gliche, eine breite Mutations-/Interaktionsanalyse der IL-13Ralpha1-Kette durchzuf{\"u}hren.Es konnte gezeigt werden, dass die N-terminale FnIII-{\"a}hnliche Dom{\"a}ne von IL-13Ralpha1 sowohl an der Bindung von IL-13 als auch an der Interaktion mit IL-4 beteiligt ist. Im funktionellen Bindeepitop der IL-13Ralpha1-Kette wurden die Aminos{\"a}urereste Arg84, Phe253 und Tyr321 als Hauptbindungsdeterminanten f{\"u}r die Interaktion mit IL-13 identifiziert. Durch die Interaktionsstudien der IL-13Ralpha1-Varianten mit IL-4 wurde gezeigt, dass diese Hauptbindungsdeterminanten auch f{\"u}r die niederaffine Bindung von IL-4 von gr{\"o}ßter Bedeutung sind. Die funktionellen Bindeepitope f{\"u}r IL-4 und IL-13 auf der IL-13Ralpha1-Kette sind nahezu identisch und {\"u}berlappen in einem großen Bereich. Aufgrund der Ergebnisse aus der Mutagenesestudie war es m{\"o}glich, ein Strukturmodell der extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}ne der IL-13Ralpha1-Kette zu erstellen. Darin wird eine neuartige Orientierung der N-terminalen FnIII-Dom{\"a}ne und deren Beteiligung an der Ligandeninteraktion dargestellt. Mit Hilfe des Strukturmodells gelang es, neue Aminos{\"a}urerest auf der Oberfl{\"a}che von IL-13 zu identifizieren, die an der Bindung zu IL-13Ralpha1 beteiligt sind, was die Relevanz des Strukturmodells weiter unterstreicht. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurde versucht, den molekularen Mechanismus aufzukl{\"a}ren, durch den es den superagonistischen IL-4-Varianten T13D und F82D gelingt, mit dreifach h{\"o}herer Affinit{\"a}t an die IL-4Ralpha-Kette zu binden, als wildtypischer Ligand. Durch strukturelle und funktionelle Untersuchungen wurde gezeigt, dass der Affinit{\"a}tssteigerung ein indirekter Mechanismus zugrunde liegt, bei dem eine Konformations{\"a}nderung und die Fixierung der Arg85-Seitenkette von IL-4 zur Ausbildung von zus{\"a}tzlichen Ligand-Rezeptor-Interaktionen f{\"u}hrt. Das Bindeepitop zwischen IL-4 und der IL-4Ralpha-Kette besitzt eine modulare Architektur aus drei unabh{\"a}ngig voneinander agierenden Interaktionsclustern. Bei der Interaktion von wildtypischem IL-4 mit IL-4Ralpha tragen nur zwei dieser Cluster in signifikanter Weise zur freien Bindeenergie bei. Im Falle der superagonistischen IL-4-Varianten ist jedoch auch das dritte Cluster an der Generierung von zus{\"a}tzlicher, freier Bindeenergie beteiligt, wodurch die Affinit{\"a}t zwischen Ligand und Rezeptor erh{\"o}ht wird. Damit stellt der modulare Aufbau der Interaktionsfl{\"a}che zwischen IL-4 und der IL-4Ralpha-Kette m{\"o}glicherweise einen Mechanismus dar, {\"u}ber den Proteine die Affinit{\"a}t von Wechselwirkungen {\"u}ber einen großen Bereicht variieren k{\"o}nnen, ohne dabei Spezifit{\"a}t einzub{\"u}ssen. Da IL-4 und IL-13 als interessante Zielmolek{\"u}le f{\"u}r die Therapie von allergischen und asthmatischen Erkrankungen erkannt worden sind, k{\"o}nnen die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Informationen {\"u}ber den Bindemechanismus und die Einblicke in den molekularen Charakter der Interaktion zwischen den beiden Zytokinen und ihren spezifischen Rezeptorketten dabei helfen, neuartige und hoch spezifische, inhibitorische Molek{\"u}le zu entwickeln.},
  subject      = {Renaturierung <Biochemie>},
  language  = {de}
}
@article{SchusterKruegerSubotaetal.2017,
  author    = {Schuster, Sarah and Kr{\"u}ger, Timothy and Subota, Ines and Thusek, Sina and Rotureau, Brice and Beilhack, Andreas and Engstler, Markus},
  title     = {Developmental adaptations of trypanosome motility to the tsetse fly host environments unravel a multifaceted in vivo microswimmer system},
  series = {eLife},
  volume    = {6},
  journal   = {eLife},
  doi       = {10.7554/eLife.27656},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158662},
  pages     = {e27656},
  year      = {2017},
  abstract  = {The highly motile and versatile protozoan pathogen Trypanosoma brucei undergoes a complex life cycle in the tsetse fly. Here we introduce the host insect as an expedient model environment for microswimmer research, as it allows examination of microbial motion within a diversified, secluded and yet microscopically tractable space. During their week-long journey through the different microenvironments of the fly´s interior organs, the incessantly swimming trypanosomes cross various barriers and confined surroundings, with concurrently occurring major changes of parasite cell architecture. Multicolour light sheet fluorescence microscopy provided information about tsetse tissue topology with unprecedented resolution and allowed the first 3D analysis of the infection process. High-speed fluorescence microscopy illuminated the versatile behaviour of trypanosome developmental stages, ranging from solitary motion and near-wall swimming to collective motility in synchronised swarms and in confinement. We correlate the microenvironments and trypanosome morphologies to high-speed motility data, which paves the way for cross-disciplinary microswimmer research in a naturally evolved environment.},
  language  = {en}
}
@article{HempelmannHartlebvanStraatenetal.2021,
  author    = {Hempelmann, Alexander and Hartleb, Laura and van Straaten, Monique and Hashemi, Hamidreza and Zeelen, Johan P. and Bongers, Kevin and Papavasiliou, F. Nina and Engstler, Markus and Stebbins, C. Erec and Jones, Nicola G.},
  title     = {Nanobody-mediated macromolecular crowding induces membrane fission and remodeling in the African trypanosome},
  series = {Cell Reports},
  volume    = {37},
  journal   = {Cell Reports},
  number    = {5},
  doi       = {10.1016/j.celrep.2021.109923},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-270285},
  year      = {2021},
  abstract  = {The dense variant surface glycoprotein (VSG) coat of African trypanosomes represents the primary host-pathogen interface. Antigenic variation prevents clearing of the pathogen by employing a large repertoire of antigenically distinct VSG genes, thus neutralizing the host's antibody response. To explore the epitope space of VSGs, we generate anti-VSG nanobodies and combine high-resolution structural analysis of VSG-nanobody complexes with binding assays on living cells, revealing that these camelid antibodies bind deeply inside the coat. One nanobody causes rapid loss of cellular motility, possibly due to blockage of VSG mobility on the coat, whose rapid endocytosis and exocytosis are mechanistically linked to Trypanosoma brucei propulsion and whose density is required for survival. Electron microscopy studies demonstrate that this loss of motility is accompanied by rapid formation and shedding of nanovesicles and nanotubes, suggesting that increased protein crowding on the dense membrane can be a driving force for membrane fission in living cells.},
  language  = {en}
}