@phdthesis{Grebinyk2021,
  author    = {Grebinyk, Anna},
  title     = {Synergistic Chemo- and Photodynamic Treatment of Cancer Cells with C\(_{60}\) Fullerene Nanocomplexes},
  doi       = {10.25972/OPUS-22207},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-222075},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Recent progress in nanotechnology has attracted interest to a biomedical application of the carbon nanoparticle C60 fullerene (C60) due to its unique structure and versatile biological activity. In the current study the dual functionality of C60 as a photosensitizer and a drug nanocarrier was exploited to improve the efficiency of chemotherapeutic drugs towards human leukemic cells. Pristine C60 demonstrated time-dependent accumulation with predominant mitochondrial localization in leukemic cells. C60's effects on leukemic cells irradiated with high power single chip LEDs of different wavelengths were assessed to find out the most effective photoexcitation conditions. A C60-based noncovalent nanosized system as a carrier for an optimized drug delivery to the cells was evaluated in accordance to its physicochemical properties and toxic effects. Finally, nanomolar amounts of C60-drug nanocomplexes in 1:1 and 2:1 molar ratios were explored to improve the efficiency of cell treatment, complementing it with photodynamic approach. A proposed treatment strategy was developed for C60 nanocomplexes with the common chemotherapeutic drug Doxorubicin, whose intracellular accumulation and localization, cytotoxicity and mechanism of action were investigated. The developed strategy was revealed to be transferable to an alternative potent anticancer drug - the herbal alkaloid Berberine. Hereafter, a strong synergy of treatments arising from the combination of C60-mediated drug delivery and C60 photoexcitation was revealed. Presented data indicate that a combination of chemo- and photodynamic treatments with C60-drug nanoformulations could provide a promising synergetic approach for cancer treatment.},
  subject      = {cancer},
  language  = {en}
}
@phdthesis{AbdelRahman2003,
  author    = {Abdel Rahman, Faisal Mirghani},
  title     = {Systematic analysis of genes expressed in the retinal pigment epithelium (RPE) and identification of candidates for genetic susceptibility to age-related macular degeneration (AMD)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7053},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Age related macular degeneration (AMD) is the leading cause of visual impairment in the elderly and the major cause of blindness in the developed world. To date, the molecular mechanisms underlying the disease are not well understood although in recent years a primary involvement of the retinal pigment epithelium (RPE) has become evident. The aim of the present study is to systematically analyse genes which are differentially expressed in the RPE, and to assess their possible association with mechanisms and pathways likely to be related to retinal disease, in particular AMD. Towards this goal, 2379 expressed sequence tags (ESTs) were established from an inhouse generated RPE cDNA library. This library was constructed by using the suppression subtraction hybridization (SSH) technique which normalises redundant sequences and ensures enrichment of rare transcripts. In a first phase, 1002 ESTs were sequenced and subjected to comprehensive alignment with public nucleotide and protein databases. A search of the 1002 ESTs against the human genome draft sequence yielded 168 known genes, 51 predicted genes, 15 unknown transcripts and 41 clones with no significant similarity. Reverse Northern blot hybridization was performed for 318 EST clusters to identify abundantly expressed genes in the RPE and to prioritize subsequent analyses. Representative clones were spotted onto a nylon membrane and hybridized with cDNA probes of driver (heart and liver) and tester (RPE) used in the cDNA library construction. Subsequently, 107 EST clusters were subjected to Northern blot hybridizations. These analyses identified 7 RPE-specific, 3 retina-specific, 7 RPE/retina-specific, and 7 tissue restricted transcripts, while 29 EST clusters were ubiquitously expressed, and evaluation was not possible for another 54 EST clusters. Of the 24 transcripts with specific or restricted expression, 16 clones were selected for further characterization. The predicted gene MGC2477 and 2 novel isoforms of the human transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 3 (TRPM3) were cloned and further described in detail. In addition, polymorphic variations for these 2 genes as well as for the human MT-Protocadherin gene were determined. For MGC2477, 15 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified, with 13 having a frequency of the minor allele greater than 20\%. 10 of the 15 SNPs have not been reported in so far in public SNP repertoires. Partial assessment of the TRPM3 gene yielded 35 SNPs. Of these, 30 (85.7\%) were highly frequent (0.17-0.5\%), and 14 (40\%) were novel. The MT-Protocadherin gene revealed 35 SNPs, including 28 (80\%) with high frequency of the minor allele. 23 (65.7\%) were novel SNPs. These SNPs will be used to construct the most common haplotypes. These will be used in case/control association studies in 400 AMD patients and 200 ethnically and aged matched controls to assess a possible contribution of these genes in the etiology of AMD.},
  subject      = {Senile Makuladegeneration / Pigmentepithel / Genexpression},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mischnik2013,
  author    = {Mischnik, Marcel},
  title     = {Systembiologische Analyse der ADP- und Prostaglandin-vermittelten Signaltransduktion humaner Thrombozyten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-78807},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Thrombozyten (Blutpl{\"a}ttchen) sind die Vermittler der zellul{\"a}ren H{\"a}mostase. Ihre F{\"a}higkeit zu Aggregieren und sich an das umgebende Gewebe verletzter Blutgef{\"a}sse anzulagern, wird durch ein komplexes intrazellul{\"a}res Signaltransduktionsnetzwerk bestimmt, das sowohl aktivierende, als auch inhibierende Subnetzwerke beinhaltet. Das Verst{\"a}ndnis dieser Prozesse ist von hoher medizinischer Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die thrombozyt{\"a}re Signaltransduktion sowohl mittels eines Boole'schen, als auch verschiedener dynamischer Modelle analysiert. Die Boole'sche Modellierung f{\"u}hrte zu interessanten Erkenntnissen {\"u}ber das Zusammenwirken einzelner Subnetzwerke bei der Vermittlung irreversibler Pl{\"a}ttchenaktivierung und zeigte Mechanismen der Interaktion mit dem hemmenden Prostaglandinsystem auf. Das Modell beinhaltet unter Anderem wichtige Systemkomponenten wie Calciumsignalgebung, Aktivierung von Schl{\"u}sselkinasen wie Src und PKC, Integrin-vermitteltes outside-in sowie inside-out Signalgebung und autokrine ADP- und Thromboxan-Produktion. Unter Verwendung dieses Boole'schen Ansatzes wurde weiterhin das System-eigene Schwellenwertverhalten analysiert. Dabei stellte sich eine umgekehrt proportionale Abh{\"a}ngigkeit des relativen aktivierenden Reizes, der notwendig ist um den Schwellenwert zu {\"u}berschreiten, vom absoluten hemmenden Input heraus. Das System adaptiert demnach an h{\"o}here Prostaglandinkonzentrationen durch eine Erh{\"o}hung der Sensitivit{\"a}t f{\"u}r Aktivatoren wie dem van-Willebrandt-Faktor und Kollagen, und erm{\"o}glicht somit auch unter lokal hemmenden Bedingungen eine Pl{\"a}ttchen-vermittelte H{\"a}mostase. Der n{\"a}chste Schritt bestand in der Implementierung eines Differentialgleichungs-basierten Modells der thrombozyt{\"a}ren Prostaglandin-Signaltransduktion, um einen detaillierten {\"U}berblick {\"u}ber die Dynamik des inhibierenden Netzwerkteils zu erhalten. Die kinetischen Parameter dieses Modells wurden teilweise der Literatur entnommen. Der andere Teil wurde anhand einer umfassenden Kombination dosis- und zeitabh{\"a}ngiger cAMP und phospho-VASP Messdaten gesch{\"a}tzt. Der Prozess beinhaltete mehrere Iterationen aus Modellvorhersagen einerseits und experimentellem Design andererseits. Das Modell liefert die quantitativen Effekte der Prostaglandinrezeptoren IP, DP1, EP3 und EP4 und des ADP-Rezeptors P2Y12 auf die zugrunde liegende Signalkaskade. EP4 zeigt den st{\"a}rksten Effekt in der aktivierenden Fraktion, wohingegen EP3 einen st{\"a}rkeren inhibitorischen Effekt aus{\"u}bt, als der durch Clopidogrel hemmbare ADP-Rezeptor P2Y12. Weiterhin wurden die Eigenschaften des negativen feedback-loops der PKA auf den cAMP-Spiegel untersucht, und eine direkte Beeinflussung der Adenylatzyklase durch die PKA festgestellt, in Form einer Reduzierung der maximalen katalytischen Geschwindigkeit. Die Identifizierbarkeit der gesch{\"a}tzten Parameter wurde mittels profile-Likelihood-Sch{\"a}tzung untersucht. In einem dritten Schritt wurde ein sowohl die aktivierenden, als auch die hemmenden Netzwerkteile umfassendes dynamisches Modell implementiert. Die Topologie dieses Modells wurde in Anlehnung an die des Boole'schen Modells auf der Basis von a priori Wissen festgelegt. Die Modellparameter wurden anhand von Western-Blot, Calcium- und Aggregationsmessungen gesch{\"a}tzt. Auch hier wurde die Identifizierbarkeit der Modellparameter durch profile-likelihood-Sch{\"a}tzung {\"u}berpr{\"u}ft. Die bei niedrigen Ligandenkonzentrationen auftretende Reversibilit{\"a}t der Pl{\"a}ttchen-Aggregation konnte mittels dieses Modells reproduziert werden. Jedoch zeigte sich bei mittleren ADP-Konzentrationen ein Fließgleichgewicht in einem teilweise aktivierten Zustand, und damit kein bistabiles Schwellenwertverhalten. Inwiefern dieses Verhalten durch einen Umgebungs-basierteren Mechanismus des Alles-Oder-Nichts-Verhaltens begr{\"u}ndet wird, bei dem der {\"U}bergang von reversibler zu irreversibler Aggregation mehr durch parakrine Effekte des gesammten Thrombus bestimmt wird, als durch spezifische Signaltransduktionseigenschaften der einzelnen Zelle, m{\"u}ssen zuk{\"u}nftige Experimente zeigen. Insgesamt geben die erstellten Modelle interessante Einblicke in die Funktionsweise der Thrombozyten und erm{\"o}glichen die Simulation von pharmakologischen und genetischen Einfl{\"u}ssen, wie Rezeptormodulationen und knock-outs. Sie geben damit Implikationen zur Entstehung und Behandlung pathophysiologischer Zust{\"a}nde, und wertvolle Denkanst{\"o}ße f{\"u}r die weitere Forschung.},
  subject      = {Thrombozyt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kunz2017,
  author    = {Kunz, Meik},
  title     = {Systembiologische Analysen von Interaktionen: Zytokinine (Pflanzenpathogene), 3D-Zellkulturen (Krebstherapie) und Drugtargets},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-134911},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Der Einsatz von computergest{\"u}tzten Analysen hat sich zu einem festen Bestandteil der biowissenschaftlichen Forschung etabliert. Im Rahmen dieser vorliegenden Arbeit wurden systembiologische Untersuchungen auf verschiedene biologische Themengebiete und Organismen angewendet. In diesem Zusammenhang liefert die Arbeit einen innovativen und interdisziplin{\"a}ren methodischen Ansatz. Die grundlegende Frage lautet: Wie verstehe und beschreibe ich Signalwege und wie kann ich sie beeinflussen? Der Ansatz verkn{\"u}pft verschiedene biologische Datens{\"a}tze und Datenebenen miteinander, beginnend vom Genom und Interaktionskontext {\"u}ber semiquantitative Simulationen hin zu neuen Interventionen und Experimenten, welche therapeutisch und biotechnologisch genutzt werden k{\"o}nnen. Die Analysen k{\"o}nnen auf diese Weise - zu einem besseren Verst{\"a}ndnis experimenteller Daten und biologischer Fragestellungen beitragen und erm{\"o}glichen ein systematisches Verst{\"a}ndnis der zugrunde liegenden Signalwege und Netzwerkeffekte (z.B. in Pflanzen). - Dar{\"u}ber hinaus erm{\"o}glichen sie die Identifizierung wichtiger funktioneller Hubproteine und die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien f{\"u}r weitere experimentelle Testungen (z.B. Tumormodelle), - stellen zudem einen hilfreichen Schritt auf dem Weg zur personalisierten Medizin (z.B. lncRNAs und Tumormodelle) und Medikamentenentwicklung (z.B. Datenbank DrumPID) dar. (i) Als Grundlage wurde hierzu eine integrierte systembiologische Methode entwickelt, welche experimentelle Daten (z.B. Transkriptomdaten) hinsichtlich ihrer biologischen Funktionen untersucht und die Identifizierung relevanter funktioneller Cluster und Hubproteine erm{\"o}glicht. In einem ersten Teil wurden Analysen zum pflanzlichen Immunsystem durchgef{\"u}hrt. Mithilfe der entwickelten Methode wurden Genexpressionsdatens{\"a}tze von A. thaliana, die mit dem Pathogen Pst DC3000 infiziert wurden, untersucht, um den Einfluss verschiedener Virulenzfaktoren auf das Interaktom der Wirtspflanze zu untersuchen und neue Modulatoren einer CK-vermittelten Immunabwehr zu finden. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass die von Pst DC3000 sekretierten Abwehrstoffe wichtige pflanzliche Hormonsignalwege f{\"u}r die Immunabwehr in A. thaliana beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass sich der Einfluss auf das Netzwerkverhalten der Effektorproteine und COR-Phytotoxine von dem der PAMPs unterscheidet, sich jedoch auch eine Regulierung gemeinsamer Signalwege und eine {\"U}berlappung der beiden Phasen der Immunantwort (PTI und ETI) in A. thaliana finden lassen. Die komplexe Immunantwort auf eine Infektion spiegelt sich zudem in einer h{\"o}heren Anzahl an funktionellen Clustern und Hubproteinen in Pst DC3000 gegen{\"u}ber den beiden untersuchten Mutanten wider, wobei sich f{\"u}r Pst DC3000 insbesondere ein stark vernetztes immunrelevantes Cluster um den JA-Signalweg zeigt. Weiterhin wurden anhand der entwickelten Methode wichtige Hubproteine f{\"u}r die Immunabwehr identifiziert. Als bedeutende Vertreter sind AHK2 und AAR14 zu nennen, welche Teil des Zweikomponentensystems der Signal{\"u}bertragung von CK sind und hierbei wichtige Modulatoren f{\"u}r eine CK-vermittelte Immunabwehr darstellen. (ii) Im zweiten Teil der Arbeit schließen sich Untersuchungen an einem in vitro-Experiment einer 2D- und 3D-Zellkultur einer HSP90-Behandlung in einem Lungentumormodell an. In diesem Zusammenhang wurden mithilfe der entwickelten Methode Unterschiede zwischen den beiden Zellkultursystemen gefunden, die das unterschiedliche Behandlungsansprechen erkl{\"a}ren, und f{\"u}r die beiden KRAS-mutierten Zelllinien A549 und H441 des 3D-Testsystems neue prognostische und therapeutische Kandidaten identifiziert. Hierbei haben die durchgef{\"u}hrten Analysen zwei funktionelle Cluster von Protein-Interaktionen um p53 und die STAT-Familie gefunden, welche eine Verbindung zu HSP90 haben und die entsprechenden Behandlungsunterschiede nach einer HSP90-Inhibierung zwischen den beiden Zellkultursystemen erkl{\"a}ren k{\"o}nnen. Unter Ber{\"u}cksichtigung des zelllinien-spezifischen Mutationshintergrunds wurde eine prognostische Markersignatur und daraus abgeleitet HIF1A f{\"u}r die H441-Zelllinie und AMPK f{\"u}r die A549-Zelllinie als neue therapeutische Targets gefunden, wobei die anschließend durchgef{\"u}hrten in silico-Simulationen einen potentiellen therapeutischen Effekt aufzeigen konnten. Weiterhin wurden wichtige experimentelle Readout-Parameter in ein in silico-Lungentumormodell integriert, wobei unter Einbeziehung des Mutationshintergrunds f{\"u}r die verwendeten Zelllinien die HSP90-Behandlung des 3D-Testsystems computergest{\"u}tzt abgebildet werden konnte. Im weiteren Verlauf wurden im in silico-Lungentumormodell Resistenzmechanismen nach einer Gefitinib-Behandlung mit bekanntem Mutationsstatus f{\"u}r die Zelllinien HCC827 und A549 untersucht und daraus folgend neue Therapieans{\"a}tze abgeleitet, die von potentieller klinischer Bedeutung sein k{\"o}nnen. Die durchgef{\"u}hrten in silico-Simulationen f{\"u}r HCC827 konnten hierbei zeigen, dass eine EGFR- und c-MET-Koaktivierung zu einer Gefitinib-Resistenz f{\"u}hren kann, wohingegen bei den A549 eine Komutation von KRAS und IGF-1R zu einem geringen Behandlungsansprechen beitr{\"a}gt. Die Simulationen lassen zudem erkennen, dass eine direkte Inhibierung der an der Resistenzentwicklung beteiligten Rezeptoren c-MET und IGF-1R in beiden F{\"a}llen nicht die bestm{\"o}gliche Therapiestrategie darstellt. In beiden Zelllinien konnte gezeigt werden, dass eine kombinierte Inhibierung von PI3K und MEK den bestm{\"o}glichen therapeutischen Effekt liefert, was demnach einen vielversprechenden Therapieansatz bei Gefitinib-resistenten Lungentumorpatienten darstellt. In einem weiteren Schritt wurde das therapeutische Potential der miRNA-21 im in silico-Modell f{\"u}r die HCC827-Zelllinie untersucht. Die durchgef{\"u}hrten Simulationen zeigen, dass eine miRNA-21-{\"U}berexpression zu einer Resistenzentwickung nach Gefitinib-Behandlung beitragen kann, wobei eine Inhibierung der miRNA-21 diesen Effekt umkehren kann. Die Ergebnisse lassen zudem erkennen, dass eine PTEN-Aktivierung als potentieller Marker einer erfolgreichen therapeutischen Inhibierung der miRNA-21 fungieren kann, wohingegen eine reduzierte miRNA-21-Expression als m{\"o}glicher Marker f{\"u}r eine erfolgreiche Gefitinib-Behandlung dienen kann. (iii) Im dritten Teil der Arbeit wurden systematisch RNA- und Protein-Interaktionen untersucht. Hierzu wurden integrierte systembiologische Analysen an neu identifizierten und funktionell bislang unbekannten lncRNAs durchgef{\"u}hrt. Die Analysen f{\"u}r die infolge einer Herzhypertrophie hochregulierte lncRNA Chast haben umfassend gezeigt, dass diese Proteine und Transkriptionsfaktoren regulieren und binden kann, welche die Signal{\"u}bertragung und Genexpression regulieren, aber auch eine Verbindung zum kardiovaskul{\"a}ren System und stressinduzierter Herzhypertrophie besitzt. Anhand der Ergebnisse l{\"a}sst sich schlussfolgern, dass Chast direkt und indirekt (a) Proteine binden und die Translation beeinflussen kann, zudem eine Chromatin-modifizierende Funktion besitzt und so die Transkription, z.B. f{\"u}r herz- und stress-assoziierte Gene, reguliert, und/oder (b) in einem negativen Feedbackloop seine eigene Transkription reguliert. Obwohl lncRNAs meist eine geringe Konservierung aufweisen, konnten die durchgef{\"u}hrten Analysen f{\"u}r Chast eine Sequenz-Struktur-Konservierung in S{\"a}ugetieren aufzeigen. Weiterhin haben die Untersuchungen an zwei hypoxie-induzierten lncRNAs in Endothelzellen gezeigt, dass die lncRNA MIR503HG eine hohe Sequenz-Struktur-Konservierung in S{\"a}ugetieren besitzt, wohingegen die LINC00323-003 eine geringe Konservierung aufzeigt. Dies untermauert die Tatsache, dass lncRNAs h{\"a}ufig eine geringe Konservierung aufweisen, was Untersuchungen in Modellorganismen hinsichtlich einer therapeutischen Nutzung schwierig machen. Da sich zahlreiche Untersuchungen auf Interaktionen und Signalwege konzentriert haben, wurde abschließend eine Datenbank entwickelt, welche Analysen von Protein-Interaktionen und Signalwegen nachhaltig voranbringt. Die entwickelte DrumPID-Datenbank stellt insbesondere die Interaktion zwischen einem Medikament und seinem Target in den Fokus und erm{\"o}glicht Analysen einzelner Interaktionen und beteiligter Signalwege, bietet zus{\"a}tzlich aber auch verschiedene Links zu anderen Datenbanken f{\"u}r individuelle weiterf{\"u}hrende Analysen. DrumPID erm{\"o}glicht ein geeignetes Medikament u. a. f{\"u}r ein vorgegebenes Zielprotein zu finden und dessen Wirkmechanismus und Interaktionskontext zu untersuchen, was zu einem besseren experimentellen Verst{\"a}ndnis beitragen kann. Zudem erlaubt DrumPID eine potentielle chemische Leitstruktur f{\"u}r ein Zielprotein zu entwickeln, was z.B. spezifisch ein parasitisches Protein inhibiert, ohne dabei einen toxischen Effekt im Menschen zu haben. Zahlreiche weitere Pharmakabeispiele belegen, dass DrumPID f{\"u}r den t{\"a}glichen wissenschaftlichen Gebrauch auf dem Gebiet der Analyse von Protein-Pharmaka-Interaktionen und der Medikamentenentwicklung geeignet ist. Die beschriebenen Ergebnisse der Promotionsarbeit wurden in f{\"u}nf Originalarbeiten, zwei {\"U}bersichtsartikeln und einem Buchteil, u. a. in Science Translational Medicine, ver{\"o}ffentlicht, sechs dieser Publikationen erfolgten im Rahmen von Erstautorschaften.},
  subject      = {Systembiologie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kohlert2001,
  author    = {Kohlert, Claudia},
  title     = {Systemische Verf{\"u}gbarkeit und Pharmakokinetik von Thymol nach oraler Applikation einer thymianhaltigen Zubereitung im Menschen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-1621},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {{\"A}therische {\"O}le bzw. {\"A}therisch-{\"O}l Komponenten sind etabliert in der Therapie der chronischen und akuten Bronchitis. Eine klinische Studie, die mit Thymianextrakt durchgef{\"u}hrt wurde, ließ auf die klinische Wirksamkeit bei akuter Bronchitis schließen. Zahlreiche pharmakodynamische Effekte konnten in vitro f{\"u}r Thymianextrakt bzw. das {\"a}therische Thymian{\"o}l gezeigt werden, jedoch wurde bis jetzt die systemische Verf{\"u}gbarkeit der betreffenden Verbindungen am Zielorgan noch nicht untersucht. Diesbez{\"u}gliche Untersuchungen sind notwendig, um die Verkn{\"u}pfung zwischen den in vitro beobachteten Effekten und der klinischen Wirksamkeit herstellen zu k{\"o}nnen. Eine pharmakokinetische Studie wurde nach Einnahme einer Einzeldosis BronchipretTP (Filmtabletten mit 60 mg Primelwurzelextrakt und 160 mg Thymianextrakt) durchgef{\"u}hrt, um festzustellen, ob Thymol, das den Hauptbestandteil des {\"a}therischen Thymian{\"o}ls darstellt, zur Wirksamkeit dieser Zubereitung beitragen kann. Dazu wurde eine Extraktionsmethode f{\"u}r die Bestimmung von Thymol nach enzymatischer Spaltung des Phase-II-Konjugates Thymolsulfat im Plasma sowie von Thymolsulfat und Thymolglucuronid im Urin entwickelt. Es wurde eine neuartige, automatisierte headspace Festphasenmikroextraktionsmethode (HS-SPME) entwickelt, die Extraktion, Anreicherung und Probenaufgabe in einem einzigen Schritt erm{\"o}glichte. Die Quantifizierung von Thymol im unteren ng.mL-1 Bereich wurde durch die Verwendung von Gaschromatographie in Kombination mit Flammenionisationsdetektion durchgef{\"u}hrt. Die Automatisierung der Methode war notwendig um sie nach internationalen Richtlinien zur Validierung bioanalytischer Methoden validieren zu k{\"o}nnen. Dies ist das erste Mal, dass eine Bioverf{\"u}gbarkeitsstudie bzw. eine pharmakokinetische Studie mit Hilfe der HS-SPME durchgef{\"u}hrt wurde. Thymol selbst war nicht systemisch verf{\"u}gbar. Es war kein freies Thymol oberhalb von 1,4 ng/mL im Plasma detektierbar. Der systemisch verf{\"u}gbare Phase-II-Metabolit wurde per LC-MS/MS als Thymolsulfat identifiziert. Thymolsulfat wurde nur im Plasma detektiert, wohingegen sowohl Thymolsulfat als auch Thymolglucuronid im Urin nachgewiesen wurden. Im Urin wurde kein freies Thyxmol oberhalb von 2,1 ng/mL detektiert. Da Thymol nur in Form von Thymolsulfat systemisch verf{\"u}gbar war, wurde die pharmakokinetische Auswertung an Hand der sich nach enzymatischer Spaltung von Thymolsulfat ergebenden Daten vorgenommen. Die pharmakokinetische Studie wurde nach Verabreichung einer Einzeldosis BronchipretTP (1,08 mg Thymol) mit 12 Probanden durchgef{\"u}hrt. Die Resorption von Thymol war fr{\"u}hzeitig. Bereits nach 20 min konnte Thymol im hydrolisierten Plasma nachgewiesen werden. Maximale Plasmakonzentrationen (cmax) von 93,1±24,5 ng/mL (MW±SD) wurden nach 1,97±0,77 h (tmax) (MW±SD) erreicht. Die Plasmakonzentrationen zeigten einen biphasischen Verlauf und die terminale Eliminationphase setzte nach ca. 10 h ein. Die Eliminationshalbwertszeit errechnete sich zu 10,2 h. Dies betont die Wichtigkeit entsprechend langer Meßzeitr{\"a}ume in Verbindung mit einer hoch sensitiven Analytik, um die Elimination vollst{\"a}ndig erfassen zu k{\"o}nnen. Bezogen auf die verabreichte Thymoldosis (1,08 mg) wurden 16,2±4,5 Prozent (MW±SD) mit unver{\"a}ndertem Thymolgrundger{\"u}st renal eliminiert. Die renale Clearance von 271±156 mL/h (MW±SD) indiziert eine hohe Plasmaeiweißbindung und/oder tubul{\"a}re Reabsorption. Die Daten deuten darauf hin, dass die klinische Wirksamkeit nach Applikation einer thymianextrakthaltigen Zubereitung auf Thymolsulfat oder m{\"o}gliche Phase-I-Metabolite zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sein k{\"o}nnte. Die pharmakodynamischen Effekte dieser Verbindungen wurden bislang noch nicht untersucht. Andererseits k{\"o}nnte die Aktivit{\"a}t von Sulfatasen im Lungengewebe die pulmonale Elimination von Thymol erkl{\"a}ren. Freies Thymol k{\"o}nnte somit am Respirationstrakt wirksam sein, obwohl es im Plasma nicht detektiert wurde.},
  subject      = {Mensch},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Boyanova2012,
  author    = {Boyanova, Desislava Veselinova},
  title     = {Systems biological analysis of the platelet proteome and applications of functional module search in proteome networks},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-72165},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Recent development of proteomic approaches and generation of large-scale proteomic datasets calls for new methods for biological interpretation of the obtained results. Systems biological approaches such as integrated network analysis and functional module search have become an essential part of proteomic investigation. Proteomics is especially applied in anucleate cells such as platelets. The underlying molecular mechanisms of platelet activation and their pharmacological modulation are of immense importance for clinical research. Advances in platelet proteomics have provided a large amount of proteomic data, which has not yet been comprehensively investigated in a systems biological perspective. To this end, I assembled platelet specific data from proteomic and transcriptomic studies by detailed manual curation and worked on the generation of a comprehensive human platelet repository for systems biological analysis of platelets in the functional context of integrated networks (PlateletWeb) (http:/PlateletWeb.bioapps.biozentrum.uni-wuerzburg.de). I also added platelet-specific experimentally validated phosphorylation data and generated kinase predictions for 80\% of the newly identified platelet phosphosites. The combination of drug, disease and pathway information with phosphorylation and interaction data makes this database the first integrative platelet platform available for platelet research. PlateletWeb contains more than 5000 platelet proteins, which can also be analyzed and visualized in a network context, allowing identification of all major signaling modules involved in platelet activation and inhibition. Using the wealth of integrated data I performed a series of platelet-specific analyses regarding the platelet proteome, pathways, drug targets and novel platelet phosphorylation events involved in crucial signaling events. I analyzed the statistical enrichment of known pathways for platelet proteins and identified endocytosis as a highly represented pathway in platelets. Further results revealed that highly connected platelet proteins are more often targeted by drugs. Using integrated network analysis offered by PlateletWeb, I analyzed the crucial activation signaling pathway of adenosine diphosphate (ADP), visualizing how the signal flow from receptors to effectors is maintained. My work on integrin inside-out signaling was also based on the integrated network approach and examined new platelet-specific phosphorylation sites and their regulation using kinase predictions. I generated hypothesis on integrin signaling, by investigating the regulation of Ser269 phosphorylation site on the docking protein 1 (DOK1). This phosphorylation site may influence the inhibiting effect of DOK1 on integrin a2bb3. Extending the integrated network approach to further cell lines, I used the assembled human interactome information for the analysis of functional modules in cellular networks. The investigation was performed with a previously developed module detection algorithm, which finds maximum-scoring subgraphs in transcriptomic datasets by using assigned values to the network nodes. We extended the algorithm to qualitative proteomic datasets and enhanced the module search by adding functional information to the network edges to concentrate the solution onto modules with high functional similarity. I performed a series of analyses to validate its performance in small-sized (virus-infected gastric cells) and medium-sized networks (human lymphocytes). In both cases the algorithm extracted characteristic modules of sample proteins with high functional similarity. The functional module search is especially useful in site-specific phosphoproteomic datasets, where kinase regulation of the detected sites is often sparse or lacking. Therefore, I used the module detection algorithm in quantitative phosphoproteomic datasets. In a platelet phosphorylation dataset, I presented a pipeline for network analysis of detected phosphorylation sites. In a second approach, the functional module detecting algorithm was used on a phosphoproteome network of human embryonic stem cells, in which nodes represented the maximally changing phosphorylation sites in the experiment. Additional kinases from the human phosphoproteome in PlateletWeb were included to the network to investigate the regulation of the signal flow. Results indicated important phosphorylation sites and their upstream kinases and explained changes observed in embryonic stem cells during differentiation. This work presents novel approaches for integrated network analysis in cells and introduces for the first time a systematic biological investigation of the human platelet proteome based on the platelet-specific knowledge base PlateletWeb. The extended methods for optimized functional module detection offer an invaluable tool for exploring proteomic datasets and covering gaps in complex large-scale data analysis. By combining exact module detection approaches with functional information data between interacting proteins, characteristic functional modules with high functional resemblance can be extracted from complex datasets, thereby focusing on important changes in the observed networks.},
  subject      = {Netzwerkanalyse},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schrama2004,
  author    = {Schrama, David},
  title     = {T-Zell-priming außerhalb sekund{\"a}rer lymphatischer Gewebe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15060},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {T-Zellimmunantworten werden normalerweise durch folgenden Weg initiiert: unreife dendritische Zellen nehmen Antigen in der Peripherie auf, wandern in die sekund{\"a}ren lymphatischen Organe, wobei sie auf ihrem Weg sowohl reifen als auch das Antigen prozessieren. In den sekund{\"a}ren lymphatischen Organen angekommen, pr{\"a}sentieren sie als reife dendritische Zellen den T-Zellen die Antigene in Form von Peptiden zusammen mit kostimulierenden Molek{\"u}len. Dadurch rufen sie eine spezifische T-Zellantwort hervor. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob nicht Situationen herbeigef{\"u}hrt werden k{\"o}nnen, die ein T-Zell priming außerhalb der sekund{\"a}ren lymphatischen Organe erlauben. Dazu wurden ein murines Modell, bei dem das Zytokin Lymphotoxin-alpha spezifisch am Tumor angereichert wurde, und ein humanes Modell, bei dem reife, antigenbeladene DC intradermal appliziert wurden, untersucht. Im murinen Modell zeigte sich, dass die gerichtete Anreicherung von Lymphotoxin-alpha am Tumor zu dessen Zerst{\"o}rung f{\"u}hrte, welche durch T-Zellen vermittelt wurde, und mit der Induktion eines terti{\"a}ren lymphatischen Gewebes am Tumor assoziiert war. Dieses terti{\"a}re lymphatische Gewebe war durch die Kompartimentalisierung von T- und B-Zellen und der Pr{\"a}senz von high endothelial venules charakterisiert und besaß zudem mit dendritischen Zellen und na{\"i}ven T-Zellen alle Voraussetzungen f{\"u}r ein in loco priming. Dementsprechend konnte in der Folge der gerichteten Lymphotoxin-alpa Therapie im Tumor ein Anstieg am T-Zellinfiltrat, welches sich oligoklonal zusammensetzte, beobachtet werden. In vitro Experimente verdeutlichte die Tumorspezifit{\"a}t der Therapie-induzierten T-Zellantwort, da die T-Zellen auf ein Tumorantigen mit der Aussch{\"u}ttung von Interferon gamma reagierten und die Tumorzellen lysierten. Im humanen Modell wurden Hautbiopsien von Melanompatienten untersucht, denen im Rahmen einer klinischen Studie autologe, in vitro generierte und antigenbeladene DC intradermal appliziert wurden. Die Patienten erlaubten die Entnahme von Hautbiopsien aus den Injektionsstellen f{\"u}r wissenschaftliche Untersuchungen. Eine Induktion bzw. Verst{\"a}rkung einer spezifischen T-Zellantwort durch die Vakzinierung mit antigenbeladenen dendritischen Zellen konnte bereits in zahlreichen Arbeiten und auch in dem in dieser Arbeit untersuchten Patientenkollektiv gezeigt werden. Bei der Analyse der Injektionsstellen zeigt sich, dass ein großer Teil der injizierten dendritischen Zellen in der Vakzinierungsstelle verharren und dass diese unabh{\"a}ngig von einer Beladung mit Antigen zu einer Induktion von high endothelial venules Charakteristika f{\"u}hrte. Waren die dendritischen Zellen mit Antigen beladen, so f{\"u}hrte dies zu einem st{\"a}rkeren T-Zellinfiltrat in den Injektionsstellen, wobei sowohl na{\"i}ve als auch central memory T-Zellen nachgewiesen wurde. Diese Zellen wurden vermutlich durch die {\"U}berexpression der DC CK1 und SDF1 Chemokinen in den Injektionsstellen, die chemotaktisch auf T-Zellen wirken, angezogen. Das Infiltrat in den Injektionsstellen war oligoklonal und wies tumorspezifische T-Zellen auf. Nachdem diese T-Zellklone im Blut der Patienten vor der Vakzinierung nicht nachweisbar waren, m{\"u}ssen sie zumindest in den Injektionsstellen expandiert sein. Interessanterweise konnte einer dieser Klone in Metastasen nachgewiesen werden, die nach der Vakzinierung dem Patienten entfernt wurden. In beiden Modellen wurde also durch die Manipulation des Mikromilieus, d.h. Lymphotoxin-alpa Anreicherung am Tumor bzw. Injektion von reifen dendritischen Zellen in die Haut, Strukturen wie z.B. high endothelial venules induziert, die ein in loco priming erm{\"o}glichen sollten. Dementsprechend riefen diese Ver{\"a}nderungen ein Tumorantigen-spezifisches Infiltrat hervor. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass T-Zell priming auch außerhalb sekund{\"a}rer lymphatischer Organe erfolgen kann. Prinzipiell scheint also nur der Kontakt von reifen, antigenbeladenen dendritischen Zellen mit den entsprechenden antigenspezifischen, na{\"i}ven T-Zellen entscheiden zu sein. Die M{\"o}glichkeit des in vitro primings bekr{\"a}ftigt diese These. In vivo erfolgt dieses Aufeinandertreffen normalerweise in den sekund{\"a}ren lymphatischen Organen, doch konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Ver{\"a}nderungen des Mikromilieus diesen Kontakt auch in anderen Geweben erm{\"o}glicht.},
  subject      = {T-Lymphozyt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bruehlmann2017,
  author    = {Br{\"u}hlmann, David},
  title     = {Tailoring Recombinant Protein Quality by Rational Media Design},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-147345},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Nowadays, more than half of the biotherapeutics are produced in mammalian cell lines as a result of correct protein folding and assembly as well as their faculty to bring about a variety of post-translational modifications. The widespread progression of biosimilars has moved the focus in mammalian cell-culture process development. Thereby, the modulation of quality attributes of recombinant therapeutic proteins has increasingly gained importance from early process development stages. Protein quality directly shapes the clinical efficacy and safety in vivo, and therefore, the control of the complex post-translational modifications, such as glycosylation (e.g. high mannose, fucosylation, galactosylation and sialylation), charge variants, aggregates and low-molecular-weight species formation, is pivotal for efficient receptor binding and for triggering the desired immune responses in patients. In the frame of biosimilar development, product quality modulation methods using the potential of the host cell line are particularly sought after to match the quality profile of the targeted reference medicinal product (RMP) as closely as possible. The environment the cell is dwelling in directly influences its metabolism and the resulting quality profile of the expressed protein. Thereby the cell culture medium plays a central role in upstream manufacturing. In this work, concentration adjustment of selected media components and supplementation with a variety of compounds was performed to alter various metabolic pathways, enzyme activities and in some cases the gene expression levels of Chinese Hamster Ovary (CHO) cells in culture. The supplementation of cell culture medium with the trisaccharide raffinose in fed-batch cultures entailed an increase of the abundance of high mannose glycans in two different CHO cell lines. Raffinose especially favored mannose 5 glycans. At the same time, it impaired cell culture performance, induced changes on the intracellular nucleotide levels and even varied the expression levels of glycosylation-related genes. Supplementation with a number of galactosyltransferase inhibiting compounds, in particular fluorinated galactose analogs (alpha- and beta-2F-peracetyl-galactose), consistently decreased the production of galactosylated monoclonal antibodies (mAb). By means of targeted addition during the culture rather than at the beginning, the inhibition was further increased, while limiting detrimental effects on both growth and productivity. High-throughput screening in 96-deepwell plates showed that spermine and L-ornithine also reduced the level of galactosylation. On the other hand, exploratory screening of a variety of potentially disulfide-bridge-reducing agents highlighted that the inherent low-molecular-species level of the proprietary platform cell culture process was likely due to favored reduction. This hypothesis was reinforced by the observation that supplementation of cysteine and N-acetylcysteine promoted fragmentation. Additionally, fragmentation decreased with higher protein expression. At that point, aiming to improve the efficiency in process development, a rational experimental design method was developed to identify and to define the optimal concentration range of quality modulating compounds by calling on a combination of high throughput fed-batch testing and multivariate data analysis. Seventeen medium supplements were tested in five parallel 96-deepwell plate experiments. The selection process of promising modulators for the follow-up experiment in shake tubes consisted in a three-step procedure, including principal component analysis, quantitative evaluation of their performance with respect to the specifications for biosimilarity and selection following a hierarchical order of decisions using a decision tree. The method resulted in a substantial improvement of the targeted glycosylation profile in only two experimental rounds. Subsequent development stages, namely validation and transfer to industrial-scale facilities require tight control of product quality. Accordingly, further mechanistic understanding of the underlying processes was acquired by non-targeted metabolomic profiling of a CHO cell line expressing a mAb cultured in four distinct process formats. Univariate analysis of intra- and extracellular metabolite and temporal glycosylation profiles provided insights in various pathways. The numerous of parameters were the main driver to carry out principal component analysis, and then, using the methodology of partial-least-square (PLS) projection on latent structures, a multivariate model was built to correlate the extracellular data with the distinct glycosylation profiles. The PLS observation model proved to be reliable and showed its great benefit for glycan pattern control in routine manufacturing, especially at large scale. Rather than relying on post-production interpretation of glycosylation results, glycosylation can be predicted in real-time based on the extracellular metabolite levels in the bioreactor. Finally, for the bioactivity assessment of the glycan differences between the biosimilar and the reference medicinal product (RMP), the health agencies may ask for in the drug registration process, extended ranges of glycan variants need to be generated so that the in vitro assays pick up the changes. The developed glycosylation modulator library enabled the generation of extreme glycosylation variants, including high mannose, afucosylated, galactosylated as well as sialic acid species of both a mAb and an antibody fusion molecule with three N-glycosylation sites. Moreover, to create increased variety, enzymatic glycoengineering was explored for galactosylation and sialylation. The glyco variants induced significant responses in the respective in vitro biological activity assays. The data of this work highlight the immense potential of cell culture medium optimization to adjust product quality. Medium and feed supplementation of a variety of compounds resulted in reproducible and important changes of the product quality profile of both mAbs and a fusion antibody. In addition to the intermediate modulation ranges that largely met the requirements for new-biological-entity and biosimilar development, medium supplementation even enabled quick and straightforward generation of extreme glycan variants suitable for biological activity testing.},
  subject      = {Zellkultur},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Adhikari2024,
  author    = {Adhikari, Bikash},
  title     = {Targeted degradation of Myc-interacting oncoproteins},
  doi       = {10.25972/OPUS-31732},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-317326},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {The hallmark oncoprotein Myc is a major driver of tumorigenesis in various human cancer entities. However, Myc's structural features make it challenging to develop small molecules against it. A promising strategy to indirectly inhibit the function of Myc is by targeting its interactors. Many Myc-interacting proteins have reported scaffolding functions which are difficult to target using conventional occupancy- driven inhibitors. Thus, in this thesis, the proteolysis targeting chimera (PROTAC) approach was used to target two oncoproteins interacting with Myc which promote the oncogenicity of Myc, Aurora-A and WDR5. PROTACs are bifunctional small molecules that bind to the target protein with one ligand and recruit a cellular E3- ligase with the other ligand to induce target degradation via the ubiquitin- proteasome system. So far, the most widely used E3-ligases for PROTAC development are Cereblon (CRBN) and von Hippel-Lindau tumor suppressor (VHL). Furthermore, there are cases of incompatibility between some E3-ligases and proteins to bring about degradation. Hence there is a need to explore new E3- ligases and a demand for a tool to predict degradative E3-ligases for the target protein in the PROTAC field. In the first part, a highly specific mitotic kinase Aurora-A degrader, JB170, was developed. This compound utilized Aurora-A inhibitor alisertib as the target ligand and thalidomide as the E3-ligase CRBN harness. The specificity of JB170 and the ternary complex formation was supported by the interactions between Aurora-A and CRBN. The PROTAC-mediated degradation of Aurora-A induced a distinct S- phase defect rather than mitotic arrest, shown by its catalytic inhibition. The finding demonstrates that Aurora-A has a non-catalytic role in the S-phase. Furthermore, the degradation of Aurora-A led to apoptosis in various cancer cell lines. In the second part, two different series of WDR5 PROTACs based on two protein- protein inhibitors of WDR5 were evaluated. The most efficient degraders from both series recruited VHL as a E3-ligase and showed partial degradation of WDR5. In addition, the degradation efficiency of the PROTACs was significantly affected by the linker nature and length, highlighting the importance of linker length and composition in PROTAC design. The degraders showed modest proliferation defects at best in cancer cell lines. However, overexpression of VHL increased the degradation efficiency and the antiproliferative effect of the PROTACs. In the last part, a rapamycin-based assay was developed to predict the degradative E3-ligase for a target. The assay was validated using the WDR5/VHL and Aurora- A/CRBN pairs. The result that WDR5 is degraded by VHL but not CRBN and Aurora-A is degraded by CRBN, matches observations made with PROTACs. This technique will be used in the future to find effective tissue-specific and essential E3-ligases for targeted degradation of oncoproteins using PROTACs. Collectively, the work presented here provides a strategy to improve PROTAC development and a starting point for developing Aurora-A and WDR5 PROTACs for cancer therapy.},
  subject      = {Degradation},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Gotthard2023,
  author    = {Gotthard, Hannes},
  title     = {Targeting Colorectal Cancer Stem Cells with Hemibodies},
  doi       = {10.25972/OPUS-30309},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-303090},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The cancer stem cell hypothesis is a cancer development model which elicited great interest in the last decades stating that cancer heterogeneity arises from a stem cell through asymmetrical division. The Cancer Stem Cell subset is described as the only population to be tumorigenic and having the potential to renew. Conventional therapy often fails to eradicate CSC resulting in tumor relapse. Consequently, it is of great inter-est to eliminate this subset of cells to provide the best patient outcome. In the last years several approaches to target CSC were developed, one of them being immunotherapeu-tic targeting with antibodies. Since markers associated with CSC are also expressed on normal stem cells or healthy adjacent tissue in colorectal cancer, dual targeting strate-gies are preferred over targeting only a single antigen. Subsequently, the idea of dual targeting two CSC markers in parallel by a newly developed split T cell-engaging anti-body format termed as Hemibodies emerged. In a preliminary single cell RNA sequenc-ing analysis of colorectal cancer cells CD133, CD24, CD166 and CEA were identified as suitable targets for the combinatorial targeting strategy. Therefore, this study focused on trispecific and trivalent Hemibodies comprising a split binding moiety against CD3 and a binding moiety against either CD133, CD24, CD166 or CEA to overcome the occurrence of resistance and to efficiently eradicate all tumor cells including the CSC compartment. The study showed that the Hemibody combinations CD133xCD24, CD133xCD166 and CD133xCEA are able to eliminate double positive CHO cells with high efficacy while having a high specificity indicated by no killing of single antigen positive cells. A thera-peutic window ranging between one to two log levels could be achieved for all combina-tions mentioned above. The combinations CD133xCD24 and CD133xCD166 further-more proved its efficacy and specificity on established colorectal cancer cell lines. Be-sides the evaluation of specificity and efficacy the already introduced 1st generation of Hemibodies could be improved into a 2nd generation Hemibody format with increased half-life, stability and production yield. In future experiments the applicability of above-mentioned Hemibodies will be proven on patient-derived micro tumors to also include variables like tumor microenvironment and infiltration.},
  subject      = {Monoklonaler bispezifischer Antik{\"o}rper},
  language  = {en}
}