@phdthesis{vonHayn2010,
  author    = {von Hayn, Kathrin},
  title     = {Untersuchungen zur Ca2+-abh{\"a}ngigen Regulation von cAMP in intakten vaskul{\"a}ren Myocyten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-47709},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Die Regulation des Tonus glatter Muskelzellen wird entscheidend von den beiden antagonistisch wirkenden second messengern cAMP und Ca2+ beeinflusst. Ein Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob diese beiden Botenstoffe auch direkten Einfluss aufeinander haben k{\"o}nnen und welche Enzyme in diesem Fall an den Prozessen beteiligt sind. cAMP-Signale in intakten Zellen konnten wir in Echtzeit mit Hilfe des FRET-basierten cAMP-Sensors Epac1-camps beobachten; Ca2+-Signale durch Markieren der Zellen mit Fura-2. Anstiege der intrazellul{\"a}ren Ca2+-Konzentration in VSMCs wurden durch Aktivierung von endogen exprimierten, Gq-gekoppelten P2Y6-Rezeptoren mit Uridindiphosphat (UDP) ausgel{\"o}st. Durch eine zus{\"a}tzliche in-vitro Kalibrierung des Epac1-camps konnten dar{\"u}ber hinaus absolute cAMP-Konzentrationen in einzelnen lebenden Zellen berechnet werden. W{\"a}hrend ein Anstieg der Ca2+-Konzentration auf nicht vorstimulierte VSMCs keinen signifikante Einfluss auf die intrazellul{\"a}ren cAMP-Konzentrationen hatte, bewirkte die Aktivierung der purinergen Rezeptoren einen deutlichen R{\"u}ckgang der intrazellul{\"a}ren cAMP-Konzentration in mit Isoproterenol vorstimulierten VSMCs. Dieser Effekt konnte sowohl durch die Komplexierung von Ca2+ mit BAPTA-AM als auch durch die {\"U}berexpression der Ca2+-insensitiven AC4 antagonisiert werden. Adenylatcyclase-Aktivit{\"a}ts-Assays in VSMC-Membranen zeigten ebenfalls einen R{\"u}ckgang der Cyclaseaktivit{\"a}t nach Zugabe von 2 und 5 \&\#956;M freiem Ca2+. Die Hemmung der einzigen Ca2+-regulierbaren PDE1 mit dem selektiven PDE1-Inhibitor 8-Methoxymethyl-IBMX (8-MM-IBMX) hatte im Gegensatz dazu keinen Einfluss auf die durch UDP verursachte {\"A}nderung der cAMP-Konzentration in vorstimulierten VSMCs. Schließlich bewirkte die Herunterregulation der Ca2+-inhibierbaren AC5 und 6 mit siRNA einen signifikante Hemmung des durch UDP verursachten Effekts. Fasst man alle diese Ergebnisse zusammen, so l{\"a}sst sich folgende Schlussfolgerung ziehen: Der durch purinerge Stimulation verursachte R{\"u}ckgang der cAMP-Konzentration in mit Isoproterenol vorstimulierten VSMCs wird durch eine Hemmung der Ca2+-hemmbaren AC5 und 6 vermittelt. Dadurch sind zwei f{\"u}r die Regulation des Tonus wichtige Signalwege in VSMCs miteinander verbunden, die sich somit gegenseitig entscheidend beeinflussen k{\"o}nnen. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit war die Entwicklung eines transgenen Mausmodells, das glattmuskelspezifisch den cAMP-Sensor Epac1-camps exprimiert. Mit Hilfe eines solchen Tiermodells k{\"o}nnten in Zukunft cAMP-{\"A}nderungen in intakten Geweben und vielleicht sogar in lebenden Tieren beobachtet werden. Durch Anwendung des Cre-loxP-Rekombinationssystems gelang es eine glatt¬muskelspezifische, f{\"u}r den Epac1-camps transgene Mauslinie zu generieren. Mit isolierten VSMCs dieser Tiere konnten bereits erste FRET-Messungen durchgef{\"u}hrt und agonistinduzierte cAMP-{\"A}nderungen beobachtet werden.},
  subject      = {Glatte Muskulatur},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Konrad2021,
  author    = {Konrad, Charlotte},
  title     = {Biochemische Charakterisierung von cAMP-Gradienten - Einfluss von Phosphodiesterasen},
  doi       = {10.25972/OPUS-20572},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-205728},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Cyclisches Adenosinmonophosphat ist ein ubiquit{\"a}rer zweiter Botenstoff zahlreicher Signalwege im menschlichen K{\"o}rper. Auf eine Vielzahl verschiedenster extrazellul{\"a}rer Signale folgt jedoch eine Erh{\"o}hung desselben intrazellul{\"a}ren Botenstoffs - cAMP. Nichtsdestotrotz schafft es die Zelle, Signalspezifit{\"a}t aufrecht zu erhalten. Ein anerkanntes, wenn auch bisher unverstandenes Modell, um dieses zu erm{\"o}glichen, ist das Prinzip der Kompartimentierung. Die Zelle besitzt demnach Areale verschieden hoher cAMP-Konzentrationen, welche lokal begrenzt einzelne Signalkaskaden beeinflussen und somit eine differenzierte Signal{\"u}bertragung erm{\"o}glichen. Eine m{\"o}gliche Ursache f{\"u}r die Ausbildung solcher Bereiche geringerer cAMP- Konzentrationen (hier als Dom{\"a}nen bezeichnet), ist die hydrolytische Aktivit{\"a}t von Phosphodiesterasen (PDEs), welche als einzige Enzyme die F{\"a}higkeiten besitzen, cAMP zu degradieren. In dieser Arbeit wird der Einfluss der cAMP-Hydrolyse verschiedener PDEs auf die Gr{\"o}ße dieser Dom{\"a}nen evaluiert und mit denen der PDE4A1 verglichen, welche bereits durch unsere Arbeitsgruppe aufgrund ihrer Gr{\"o}ße als Nanodom{\"a}nen definiert wurden. Der Fokus wird dabei auf den Einfluss von kinetischen Eigenschaften der Phosphodiesterasen gelegt. So werden eine PDE mit hoher Umsatzgeschwindigkeit (PDE2A3) und eine PDE mit hoher Substrataffinit{\"a}t (PDE8A1) verglichen. Mithilfe sogenannter Linker, Abstandshaltern definierter L{\"a}nge, werden zus{\"a}tzlich die Nanodom{\"a}nen ausgemessen, um einen direkten Zusammenhang zwischen Gr{\"o}ße und kinetischer Eigenschaft anzugeben. Die Zusammenschau der Ergebnisse zeigt, dass die maximale Umsatzgeschwindigkeit der Phosphodiesterasen direkt mit der Gr{\"o}ße der Nanodom{\"a}nen korreliert. Durch den unmittelbaren Vergleich der gesamten PDE mit ihrer katalytischen Dom{\"a}ne wird zus{\"a}tzlich der Einfluss von regulatorischen Dom{\"a}nen evaluiert. Es wird gezeigt, dass diese cAMP-Gradienten modulieren k{\"o}nnen. Bei der PDE2A3 geschieht die Modulation u.a. durch Stimulation mit cGMP, welche h{\"o}chstwahrscheinlich dosisabh{\"a}ngig ist und somit graduell verl{\"a}uft. Hiermit pr{\"a}sentieren sich die Dom{\"a}nen als dynamische Bereiche, d.h. sie k{\"o}nnen in ihrer Auspr{\"a}gung reguliert werden. In dieser Arbeit wird die Hypothese best{\"a}tigt, dass Phosphodiesterasen eine wichtige Rolle in der Kompartimentierung von cAMP spielen, die Gruppe jedoch inhomogener ist, als bislang angenommen. Die Gradienten-Bildung l{\"a}sst sich nicht bei jeder Phosphodiesterase darstellen (PDE8A1). Einige Phosphodiesterasen (PDE2A3) jedoch bilden Kompartimente, die durch externe Stimuli in ihrer Gr{\"o}ße reguliert werden k{\"o}nnen. Die Arbeit legt den Grundstein zur breiteren Charakterisierung des spezifischen Einflusses weiterer PDEs auf cAMP-Kompartimentierung, welches nicht nur das Verst{\"a}ndnis der Kompartimentierungs-Strategien voranbringt, sondern auch essentiell f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der Pathophysiologie zahlreicher Krankheitsbilder, aber auch f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis bereits angewandter aber auch potentiell neuer Medikamente ist.},
  subject      = {Cyclo-AMP},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Anton2021,
  author    = {Anton, Selma},
  title     = {Characterization of cAMP nanodomains surrounding the human Glucagon-like peptide 1 receptor using FRET-based reporters},
  doi       = {10.25972/OPUS-19069},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-190695},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Cyclic adenosine monophosphate (cAMP), the ubiquitous second messenger produced upon stimulation of GPCRs which couple to the stimulatory GS protein, orchestrates an array of physiological processes including cardiac function, neuronal plasticity, immune responses, cellular proliferation and apoptosis. By interacting with various effector proteins, among others protein kinase A (PKA) and exchange proteins directly activated by cAMP (Epac), it triggers signaling cascades for the cellular response. Although the functional outcomes of GSPCR-activation are very diverse depending on the extracellular stimulus, they are all mediated exclusively by this single second messenger. Thus, the question arises how specificity in such responses may be attained. A hypothesis to explain signaling specificity is that cellular signaling architecture, and thus precise operation of cAMP in space and time would appear to be essential to achieve signaling specificity. Compartments with elevated cAMP levels would allow specific signal relay from receptors to effectors within a micro- or nanometer range, setting the molecular basis for signaling specificity. Although the paradigm of signaling compartmentation gains continuous recognition and is thoroughly being investigated, the molecular composition of such compartments and how they are maintained remains to be elucidated. In addition, such compartments would require very restricted diffusion of cAMP, but all direct measurements have indicated that it can diffuse in cells almost freely. In this work, we present the identification and characterize of a cAMP signaling compartment at a GSPCR. We created a F{\"o}rster resonance energy transfer (FRET)-based receptor-sensor conjugate, allowing us to study cAMP dynamics in direct vicinity of the human glucagone-like peptide 1 receptor (hGLP1R). Additional targeting of analogous sensors to the plasma membrane and the cytosol enables assessment of cAMP dynamics in different subcellular regions. We compare both basal and stimulated cAMP levels and study cAMP crosstalk of different receptors. With the design of novel receptor nanorulers up to 60nm in length, which allow mapping cAMP levels in nanometer distance from the hGLP1R, we identify a cAMP nanodomain surrounding it. Further, we show that phosphodiesterases (PDEs), the only enzymes known to degrade cAMP, are decisive in constraining cAMP diffusion into the cytosol thereby maintaining a cAMP gradient. Following the discovery of this nanodomain, we sought to investigate whether downstream effectors such as PKA are present and active within the domain, additionally studying the role of A-kinase anchoring proteins (AKAPs) in targeting PKA to the receptor compartment. We demonstrate that GLP1-produced cAMP signals translate into local nanodomain-restricted PKA phosphorylation and determine that AKAP-tethering is essential for nanodomain PKA. Taken together, our results provide evidence for the existence of a dynamic, receptor associated cAMP nanodomain and give prospect for which key proteins are likely to be involved in its formation. These conditions would allow cAMP to exert its function in a spatially and temporally restricted manner, setting the basis for a cell to achieve signaling specificity. Understanding the molecular mechanism of cAMP signaling would allow modulation and thus regulation of GPCR signaling, taking advantage of it for pharmacological treatment.},
  language  = {en}
}