@phdthesis{Letschert2019,
  author    = {Letschert, Sebastian},
  title     = {Quantitative Analysis of Membrane Components using Super-Resolution Microscopy},
  doi       = {10.25972/OPUS-16213},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162139},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The plasma membrane is one of the most thoroughly studied and at the same time most complex, diverse, and least understood cellular structures. Its function is determined by the molecular composition as well as the spatial arrangement of its components. Even after decades of extensive membrane research and the proposal of dozens of models and theories, the structural organization of plasma membranes remains largely unknown. Modern imaging tools such as super-resolution fluorescence microscopy are one of the most efficient techniques in life sciences and are widely used to study the spatial arrangement and quantitative behavior of biomolecules in fixed and living cells. In this work, direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) was used to investigate the structural distribution of mem-brane components with virtually molecular resolution. Key issues are different preparation and staining strategies for membrane imaging as well as localization-based quantitative analyses of membrane molecules. An essential precondition for the spatial and quantitative analysis of membrane components is the prevention of photoswitching artifacts in reconstructed localization microscopy images. Therefore, the impact of irradiation intensity, label density and photoswitching behavior on the distribution of plasma membrane and mitochondrial membrane proteins in dSTORM images was investigated. It is demonstrated that the combination of densely labeled plasma membranes and inappropriate photoswitching rates induces artificial membrane clusters. Moreover, inhomogeneous localization distributions induced by projections of three-dimensional membrane structures such as microvilli and vesicles are prone to generate artifacts in images of biological membranes. Alternative imaging techniques and ways to prevent artifacts in single-molecule localization microscopy are presented and extensively discussed. Another central topic addresses the spatial organization of glycosylated components covering the cell membrane. It is shown that a bioorthogonal chemical reporter system consisting of modified monosaccharide precursors and organic fluorophores can be used for specific labeling of membrane-associated glycoproteins and -lipids. The distribution of glycans was visualized by dSTORM showing a homogeneous molecule distribution on different mammalian cell lines without the presence of clusters. An absolute number of around five million glycans per cell was estimated and the results show that the combination of metabolic labeling, click chemistry, and single-molecule localization microscopy can be efficiently used to study cell surface glycoconjugates. In a third project, dSTORM was performed to investigate low-expressing receptors on cancer cells which can act as targets in personalized immunotherapy. Primary multiple myeloma cells derived from the bone marrow of several patients were analyzed for CD19 expression as potential target for chimeric antigen receptor (CAR)-modified T cells. Depending on the patient, 60-1,600 CD19 molecules per cell were quantified and functional in vitro tests demonstrate that the threshold for CD19 CAR T recognition is below 100 CD19 molecules per target cell. Results are compared with flow cytometry data, and the important roles of efficient labeling and appropriate control experiments are discussed.},
  subject      = {Fluoreszenzmikroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mueller2009,
  author    = {M{\"u}ller, Nicole},
  title     = {Entwicklung antigenabh{\"a}ngig aktivierbarer TNF-Ligand-Fusionsproteine},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36489},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Von TRAIL, FasL und APRIL, drei Mitgliedern der TNF-Liganden-Familie, ist bekannt, dass Trimerstabilit{\"a}t und Oligomerisierungsstatus maßgeblich das Rezeptoraktivierungspotential dieser Liganden beeinflussen. F{\"u}r die immunstimulatorischen TNF-Liganden CD27L, CD40L, OX40L, 41BBL und GITRL war hingegen vor der Durchf{\"u}hrung dieser Arbeit praktisch nicht bekannt, inwieweit Trimerbildung, Stabilisierung und Oligomerisierung wichtig f{\"u}r deren Aktitvit{\"a}t sind. Dies wurde in dieser Arbeit systematisch untersucht. CD40L besaß bereits als trimeres Molek{\"u}l eine hohe Aktivit{\"a}t, die durch sekund{\"a}re Oligomerisierung nur wenig gesteigert wurde. Die spezifische Aktivit{\"a}t konnte durch Stabilisierung mit Hilfe der Tenascin-C (TNC)-Trimerisierungsdom{\"a}ne nur geringf{\"u}gig gesteigert werden. CD27L war als l{\"o}sliches Flag-markiertes sowie als hexameres Fc-Protein selbst nach Quervernetzen nicht in der Lage, seinen Rezeptor CD27 zu binden und zu aktivieren. Die TNC-stabilisierte trimere Form des CD27L hingegen induzierte nach Oligomerisierung mit einem anti-Flag-Antik{\"o}rper ein starkes Signal. Trimerer OX40L und trimerer 41BBL konnten nur in oligomerisierter Form ihre Rezeptoren aktivieren, wobei die Aktivit{\"a}t der TNC-stabilisierten Form signifikant st{\"a}rker ausgepr{\"a}gt war. GITRL aktivierte seinen Rezeptor bereits als stabilisiertes Trimer und Hexamer, die Aktivit{\"a}t konnte durch Quervernetzen nur gering gesteigert werden. Zusammenfassend kann man sagen, dass CD27L, OX40L und 41BBL zu der Untergruppe der TNF-Ligandenfamilie geh{\"o}rt, f{\"u}r die eine Stabilisierung des trimeren Molek{\"u}ls und dessen Oligomerisierung n{\"o}tig sind, um eine starke Rezeptoraktivierung zu erm{\"o}glichen. Im Gegensatz dazu zeigten CD40L und GITRL bereits oligomerisierungsunabh{\"a}ngig eine hohe Aktivit{\"a}t. GITRL ben{\"o}tigte allerdings die Stabilisierung des trimeren Molek{\"u}ls durch die TNC-Dom{\"a}ne, um gute Aktivit{\"a}t zu zeigen. Im Weiteren wurden Antik{\"o}rperfragment (scFv-)-TNF-Ligand-Fusionsproteine konstruiert und untersucht, die ein Zelloberfl{\"a}chenantigen binden. Eine starke Zelloberfl{\"a}chenantigen-spezifische Aktivierung des jeweiligen Rezeptors konnte f{\"u}r scFv-41BBL und f{\"u}r scFv-OX40L gezeigt werden, wohingegen scFv-CD40L und scFv-GITRL bereits auf antigennegativen Zellen stark aktiv waren. scFv-CD27L war selbst auf antigenpositiven Zellen inaktiv. Verwendet man an Stelle des Antik{\"o}rperfragments eine extrazellul{\"a}re Proteinbindedom{\"a}ne, z.B. die eines TNF-Rezeptors, erh{\"a}lt man Fusionsproteine, die zum einen eine selektive Aktivierung der TNF-Ligandendom{\"a}ne und somit die Aktivierung des korrespondierenden Rezeptors auf der Zielzelle erm{\"o}glichen, zum anderen aber durch die Bindung an den membranst{\"a}ndigen Liganden dessen Aktitv{\"a}t neutralisieren k{\"o}nnen. F{\"u}r CD40-, RANK- und B7-2-FasL konnte der immobilisationabh{\"a}ngige Aktivierungseffekt auf entsprechenden Zelloberfl{\"a}chenmolek{\"u}l-exprimierenden Zellen gezeigt werden. Anhand von T47D-Zellen, die durch eine autokrine CD40L-CD40-Signalschleife vor Apoptose gesch{\"u}tzt sind, konnte gezeigt werden, dass durch die Bindung von CD40-FasL an membranst{\"a}ndigen CD40L die CD40L-CD40-Interaktion gest{\"o}rt und gleichzeitig Apoptose verst{\"a}rkt induziert werden kann. Das Prinzip der antigenabh{\"a}ngigen Aktivierung von TNF-Liganden k{\"o}nnte Anwendung in der Tumortherapie finden, da bei Verwendung entsprechender selektiv exprimierter Marker eine lokale Rezeptoraktivierung erreicht und so Nebenwirkungen minimiert werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Rekombinantes Protein},
  language  = {de}
}