@phdthesis{Steinmeyer2005,
  author    = {Steinmeyer, Ralf},
  title     = {Untersuchungen und Simulationen zur Koordination der Ionenfl{\"u}sse bei der Schließzellbewegung in Vicia faba und Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17098},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Trotz der bereits lange gut bekannten Funktion der Stomata und der einzelnen, an der Funktion beteiligten Transportproteine, fehlen Funktionsmodelle, die diese schließzellspezifsch in einen Zusammenhang bringen und ihre Koordination untersuchen. Ergebnisse - Der einw{\"a}rts gleichrichtende Kaliumkanal aus Arabidopsis thaliana, KAT1 ist sowohl molekularbiologisch, als auch elektrophysiologisch gut charakterisiert. Ein „ausschalten" dieses Kanals sollte die Stoma{\"o}ffnung deutlich verlangsamen oder vermindern. Es wurde aber unter verschiedenen Bedingungen, weder mit Licht als {\"O}ffungsreiz, noch mit Fusicoccin, kein Unterschied zwischen Wildtyp und KAT1::En-1 Mutante gefunden. - Einige Publikationen schlagen Zucker, vornehmlich Glukose als osmotisch aktive Substanz zur Stoma{\"o}ffnung vor, da im Tagesgang bei l{\"a}ngerer Stoma{\"o}ffnung auch die Zuckerkonzentration zunimmt. Die Zuckeraufnahme wurde mit einem fluoreszierenden Glukose-Derivat gemessen und als lichtabh{\"a}ngig gefunden. Weiterhin wurde die Aufnahme besonders durch CCCP gehemmt, was auf eine Abh{\"a}ngigkeit von einem Protonengradienten hindeutet. - Die Aufnahme von Glukose wurde weiterhin mit einer Knockout-Mutante des AtSTP1 Protonen/Zucker-Kotransporters getestet. Die deutliche Verminderung des Anteils der fluoreszierenden Zellen gegen{\"u}ber dem Wildtyp unter den gleichen Bedingungen zeigt eine Beteiligung dieses Kotransporters an der Glukose-Aufnahme. - Schließzellen in der intakten Pflanze wurden auf den Verlauf ihres Membranpotentials in CO2-freier Luft bei Licht/Dunkel Wechseln untersucht. Ein großer Teil dieser Zellen zeigte eine wiederholbare Hyperpolarisation im Licht und Depolarisation im Dunklen. Als Ausl{\"o}ser dieser {\"A}nderung in der Membranspannung wurde haupts{\"a}chlich die (In-)Aktivierung eines instantanen positiven Stromes in der Gr{\"o}ß{\"y}e von etwa 35 pA festgestellt, vermutlich die H+-ATPase. - Die Abh{\"a}ngigkeiten des Anionenkanals, der einw{\"a}rts und ausw{\"a}rts gleichrichtenden Kaliumkan{\"a}le und der Protonenpumpe von internen und externen Ionenkonzentrationen, dem pH-Wert und der Membranspannung wurden in einer biophysikalischen Simulation vereint. Zusammen mit den jeweiligen Leitf{\"a}higkeiten und Literaturdaten der Konzentrationsverl{\"a}ufe ergibt sich ein realistisches Modell der Fl{\"u}sse zur Stomabewegung. - Aus dem Modell ergeben sich zwei wesentliche Voraussagen f{\"u}r das Zusammenwirken der Transportproteine: 1. Bei der Stoma{\"o}ffnung muss die H+-ATPase zur Beendigung der {\"O}ffnung wieder deaktiviert werden, anderenfalls steigt die interne Kaliumkonzentration und das Membranpotential f{\"a}llt auf Werte, die in Messungen nie gefunden wurden. Eine Desensitisierung der H+-ATPase wurde zwar nach Blaulicht-Pulsen bereits gemessen, jedoch nicht bei andauernder Beleuchtung. 2. Der bisher in Schließzellen noch nicht elektrophysiologisch nachgewiesene Protonen/Chlorid Kotransporter zum Import von Chlorid muss nicht nur w{\"a}hrend der Stoma{\"o}ffnung aktiv sein, sondern erh{\"a}lt auch eine Rolle beim Stomaschluss. Da die cytosolische Chloridkonzentration deutlich unter der von Kalium liegt, w{\"u}rde die f{\"u}r den Efflux der beiden Ionen n{\"o}tige Depolarisation bereits enden, wenn die Chloridkonzentration deutlich sinkt, also bevor auch die Konzentration von Kalium soweit abgenommen h{\"a}tte, dass die Spalt{\"o}ffnung geschlossen w{\"a}re. - Zur Messung interner Ionenkonzentrationen in intakten Schlie{\"y}zellen wurden verschiedene Methoden der Beladung mit fluoreszierenden Indikatorfarbsto\#en getestet. Die Beladung durch niedrigen pH, niedrige Temperatur oder der Farbstoffe als Acetoxymethyl-Ester kann bei Schließzellen von Vicia faba als nicht praktikabel angesehen werden. Lediglich eine Detergenz unterst{\"u}tzte Farbstoffbeladung wurde in der Literatur gefunden. - Zur parallelen Anwendung elektrophysiologischer Messungen und fluoreszenzbasierter Bestimmung von Ionenkonzentrationen wurde eine Technik der Druckinjektion {\"u}ber einen Kanal einer Doppel-Elektrode getestet. Diese Methode erlaubt die Farbstoffinjektion, allerdings hat sich die Spannungs-Klemm-Technik mit der f{\"u}r einen einzelnen Kanal einer Einstichelektrode notwendigen gepulsten Technik als nicht praktikabel erwiesen, da die Membranspannung vermutlich aufgrund nicht kompensierbarer Kapazit{\"a}ten nicht die vorgegebenen Werte erreichte.},
  subject      = {Ackerbohne},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Marten2008,
  author    = {Marten, Holger},
  title     = {Rolle und Regulation von Anionenkan{\"a}len w{\"a}hrend der Stomabewegung als Reaktion auf Licht, CO2 und Wasserstress},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-29349},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Die Stomata in der Epidermis von Pflanzen sind Poren, die den Gasaustausch mit der Atmosph{\"a}re regulieren. Die {\"O}ffnungsweite der Stomata kann ver{\"a}ndert werden, was eine Optimierung der CO2 Aufnahme f{\"u}r die Photosynthese erm{\"o}glicht und gleichzeitig den Wasserverlust durch Transpiration minimiert. Um diese Funktion zu erf{\"u}llen, k{\"o}nnen Stomata verschiedene Stimuli wie Wasserstress (durch Abscisins{\"a}ure), Licht und CO2 wahrnehmen. Die oben genannten Reize f{\"u}hren dann zu einer Aufnahme oder Abgabe von osmotisch aktiven Substanzen in zwei Schließzellen, welche die Stoma{\"o}ffnung kontrollieren. Die Rezeptoren zur Wahrnehmung dieser Stimuli, die intrazellul{\"a}ren Signalwege und die beteiligten Ionentransportproteine in den Schließzellen sind nur l{\"u}ckenhaft bekannt. In dieser Arbeit lag ein Hauptaugenmerk auf der Rolle von Anionenkan{\"a}len der Plasmamembran bei Stomabewegungen, sowie auf den Signalwegen welche diese Kan{\"a}le steuern. Die Aktivit{\"a}t der Anionenkan{\"a}le wurde mit der DEVC (Double Electrode Voltage Clamp) Einstich-Methode in Schließzellen in der intakten Pflanze gemessen, kombiniert mit Calcium Imaging durch den Ca2+ Indikator Farbstoff FURA2. Stomaschlussreaktionen werden durch Abscisins{\"a}ure (ABA), CO2 und Dunkelheit induziert und bei allen drei Stimuli konnten wir in Nicotiana tabacum eine Aktivierung von Anionenkan{\"a}len beobachten. Das f{\"u}hrt zu Anionenefflux aus den Schließzellen und einer Depolarisation der Plasmamembran, was wiederum Kalium-Efflux-Kan{\"a}le spannungsabh{\"a}ngig aktiviert. Der resultierende Verlust osmotisch aktiver Teilchen f{\"u}hrt dann zu Turgorabnahme der Schließzellen und Stomaschluss. Das zeitliche Muster der Anionenkanalaktivit{\"a}t bei dem Stomaschluss, ausgel{\"o}st durch CO2, Dunkelheit und ABA war bei allen Reizen {\"a}hnlich. Es zeigte sich eine charakteristische transiente starke und darauf folgende schw{\"a}chere Anionenkanalaktivit{\"a}t. Dieses konservierte Muster l{\"a}sst {\"U}berschneidungen bei der Signaltransduktion der verschiedenen Stimuli vermuten. Die gesteigerte Aktivit{\"a}t der Anionenkan{\"a}le w{\"a}hrend der Reaktion auf ABA und Dunkelheit wurde in ungef{\"a}hr der H{\"a}lfte der Antworten von einem Anstieg der zytosolischen Ca2+ Konzentration begleitet. Bei beiden Stimuli scheinen somit Ca2+ abh{\"a}ngig und unabh{\"a}ngig Signale intrazellul{\"a}r weitergeleitet zu werden. Allerdings war der Effekt der Ca2+ Signale auf die Aktivit{\"a}t der Anionenkan{\"a}le bei den beiden Stimuli unterschiedlich. Eine zytosolisch erh{\"o}hte Ca2+ Konzentration konnte bei Antworten auf ABA nicht mit einer erh{\"o}hten Anionenkanalaktivit{\"a}t in Verbindung gebracht werden, bei Dunkelheit hingegen wurde die Aktivit{\"a}t der Anionenkan{\"a}le in Anwesenheit von Ca2+ gesteigert. Die wichtige Rolle von Anionenkan{\"a}len beim Stomaschluss l{\"a}sst vermuten, dass ihre Deaktivierung eine Vorraussetzung f{\"u}r eine Stoma{\"o}ffnung ist. Blaulicht f{\"u}hrt bei niedrigen Photonen-Fluss Raten zu Stoma{\"o}ffnung und sollte daher Anionenkan{\"a}le inhibieren. {\"U}bereinstimmend damit konnten wir tats{\"a}chlich zeigen, dass Blaulicht in Schließzellen von Vicia faba und Arabidopsis thaliana Anionenkan{\"a}le deaktiviert. Diese Deaktivierung ist von den Phototropin-Blaulichtrezeptoren abh{\"a}ngig, da die Deaktivierung der Anionenkan{\"a}le in Arabidopsis thaliana phot1/phot2 Doppelmutanten nicht beobachtet werden konnte. Neben einer Blaulicht spezifischen Antwort {\"o}ffnen Stomata auch in Antwort auf photosynthetisch aktive Strahlung (PAR). Die PAR Wahrnehmung scheint zu einem wesentlichen Teil {\"u}ber Ver{\"a}nderungen der interzellul{\"a}ren CO2 Konzentration, ausgel{\"o}st durch die Photosyntheseaktivit{\"a}t des Mesophylls, stattzufinden (Roelfsema et al., 2002). In {\"U}bereinstimmung mit dieser Hypothese konnten wir in Schließzellen in Albino Blattarealen von Chlorophytum comosum und gebleichten Vicia faba keine Reaktion auf PAR beobachten, obwohl Schließzellen von Chlorophytum comosum in Albino Bereichen funktionierende Chloroplasten besitzen. Die Rolle von CO2 bei der PAR Antwort haben wir des Weiteren in NtMPK4 antisense Pflanzen untersucht. Stomata von NtMPK4 antisense Pflanzen haben nicht auf {\"A}nderungen in der atmosph{\"a}rischen CO2 Konzentration reagiert und zeigten eine stark reduzierte Antwort auf PAR. Diese Ergebnisse best{\"a}tigen die wichtige Rolle der intrazellul{\"a}ren CO2 Konzentration bei der PAR Antwort, sie zeigen aber auch, dass es anscheinend zus{\"a}tzlich zu CO2 noch ein weiteres PAR abh{\"a}ngiges Signal f{\"u}r Stoma{\"o}ffnung gibt.},
  subject      = {Elektrophysiologie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Jeworutzki2009,
  author    = {Jeworutzki, Elena},
  title     = {Elektrophysiologische Untersuchungen zur fr{\"u}hen Erkennungsphase zwischen Pflanzen und Mikroorganismen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-47489},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {An der pflanzlichen Plasmamembran geschieht die erste Wahrnehmung von mikrobiellen Molek{\"u}len, die MAMPs genannt werden. MAMP/PAMP Rezeptoren leiten fr{\"u}he Abwehrantworten, wie die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), externe Alkalisierung oder Ethylen, ein. Die Arabidopsis FLS2 rezeptorartige Kinase (RLK) stellt einen plasmamembran-lokalisierten MAMP Rezeptor dar, der {\"u}ber die Detektion des Flagellum von Pseudomonas species, eine basale Immunit{\"a}t in Arabidopsis thaliana vermittelt. Flg22, der k{\"u}rzeste aktive Teil des bakteriellen Flagellins besteht aus 22 Aminos{\"a}uren und ist der bestuntersuchte bakterielle Elizitor. In der vorliegenden Arbeit zeigen wir eine starke Beteiligung von Ionenfl{\"u}ssen in der Initiationsphase der basalen Immunit{\"a}t. Unsere Messungen an intakten Arabidopsis Pflanzen und Pflanzengeweben sind in h{\"o}chstem Masse reproduzierbar und {\"o}ffnen eine neue Sicht, {\"u}ber die Natur von Ionentransporten in der Pflanzen - Mikroben Interaktion. Als Antwort auf die Applikation von flg22, haben wir nach einer Verz{\"o}gerungsphase von etwa 2 Minuten eine transiente, dosis-abh{\"a}ngige Depolarisation (EC50=0,2 nM) in Mesophyll- und Wurzelhaarzellen von A. thaliana messen k{\"o}nnen. Das um 2 Amins{\"a}uren k{\"u}rzere Peptid flg22 \&\#916;2 oder das Flagellin anderer Bakterien (Agrobacterium or Azospirillum) f{\"u}hrten zu keiner Membrandepolarisation. Ebenso konnten keine Membranspannungs{\"a}nderungen in dem Arabidopsis {\"O}kotypen Ws-0, dem der funktionelle FLS2 Rezeptor fehlt, detektiert werden. Die Komplementation von Ws-0 Pflanzen mit dem intakten FLS2 Rezeptorgen rief eine Resensibilisierung f{\"u}r flg22 hervor. Mit dem EF-Tu Elizitor Peptid aus E.coli, welches durch den Arabidopsis MAMP Rezeptor EFR detektiert wird, wurden {\"a}hnliche Ergebnisse erzielt. Auf der Basis von Aequorin wurden Kalzium-induzierte Lumineszenzmessungen durchgef{\"u}hrt, in denen ein transienter Anstieg der zytosolischen Kalziumkonzentration als Antwort auf die Applikation von flg22 gemessen werden konnte. Dosis-Abh{\"a}ngigkeitsmessungen von flg22 und [Ca2+]cyt wiesen zwei unterschiedliche EC50 Werte, von 43 ± 2 pM und 67 ± 42 nM, auf. M{\"o}glicherweise wird auf zwei verschiedene Kalziumpools zugegriffen oder es werden zwei verschiedene Kalziumleitf{\"a}higkeiten aktiviert. Die Ionenkanalaktivierung und folgende Depolarisation ben{\"o}tigt die aktive Rezeptorkinase. In bak1-4 Arabidopsis Pflanzen, in denen die FLS2 Untereinheit BAK1 - eine weitverbreitete RLK, die auch mit dem Brassinosteroid Rezeptor assoziiert ist - fehlt, konnte keine Depolarisation als Antwort auf flg22 gemessen werden. Arabidopsis Mesophyllzellen zeigten die typische Alkalisierung des Apoplasten als Antwort auf flg22. Nicht-invasive MIFETM Experimente mit Ionen-selektiven Elektroden ergaben, dass der pH-Anstieg durch einen Einstrom von Protonen hervorgerufen wurde. Zus{\"a}tzlich wurde ein Ausstrom von Chlorid und Kalium aufgezeichnet. {\"A}hnlich wie das Kalziumsignal waren alle detektierten Ionenstr{\"o}me von transienter Natur. Im zweiten Ansatz wurden Membranpotential-Messungen durchgef{\"u}hrt, w{\"a}hrend in der externen L{\"o}sung die Konzentrationen von Protonen, Kalzium, Kalium oder Anionen variiert wurden. Nur eine {\"A}nderung des Anionengradienten hatte einen entscheidenden Einfluss auf die flg22-induzierte Depolarisation, was die Wichtigkeit der Anionenkanalaktivierung unterstreicht. Exudat Analysen ergaben, dass Nitrat das bevorzugt transportierte Ion ist. Unter zahlreichen getesteten Ionenkanalblockern erwies sich lediglich Lanthan als effektiver Blocker des flg22-induzierten zytosolichen Kalziumanstiegs, des Protoneneinstroms und der Membrandepolarisation. Da Lanthan bekanntlich unspezifische Kationenkan{\"a}le blockt, kann man an diesem Punkt davon ausgehen, dass Kalzium-aktivierte Anionenkan{\"a}le die Membrandepolarisation vermitteln und darauf eine Aktivierung von ausw{\"a}rtsgerichteten Kaliumkan{\"a}len folgt. Zuk{\"u}nftige Studien mit Doppell{\"a}ufigen-Mikroelektroden Spannungsklemmexperimenten oder externen ionenselektiven Elektroden an intakten Schliesszellen werden helfen weitere Informationen {\"u}ber die Natur der Ionenkan{\"a}le in der basalen Immunit{\"a}t oder generell in der Pflanzen-Mikroben Interaktion zu erhalten. {\"U}ber die elektrophysiologische Charakterisierung der multiplen Ionenstr{\"o}me in der basalen Immunit{\"a}t hinaus, ist nat{\"u}rlich der n{\"a}chste wichtige Schritt das oder die Gene zu finden, die f{\"u}r die Ionenkan{\"a}le oder Transporter kodieren, die durch nicht nekrotisierende Elizitoren wie flg22 in der basalen Immunantwort in Pflanzen aktiviert werden.},
  subject      = {Calcium},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2009,
  author    = {Fuchs, Lorenz},
  title     = {Interaktion von Kir2-Kan{\"a}len mit 7-Helix-Rezeptoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39000},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Einw{\"a}rtsgleichrichtende Kaliumkan{\"a}le (Kir), aktuell in die 7 Unterfamilien Kir1-Kir7 eingeteilt, sind an der Regulation einer Vielzahl von K{\"o}rperfunktionen, beispielsweise Herzfrequenz, Erregbarkeit von Nervenzellen, Tonus von Gef{\"a}ßmuskelzellen, Hormonsekretion oder Aktivierung von Immunzellen, beteiligt. F{\"u}r die Kontrolle dieser Funktionen ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Leitf{\"a}higkeit dieser Kan{\"a}le beeinflusst werden kann. Die Kir3-Unterfamilie (fr{\"u}her GIRK f{\"u}r G-protein-activated-K+-channels) wird beispielsweise obligat durch die direkte Bindung der beta/gamma-Untereinheit des trimeren Gi/0-Proteins aktiviert (Karschin, 1999). Es gibt Hinweise in der Literatur, dass auch die stark einw{\"a}rts gleichrichtenden Kan{\"a}le der Kir2-Familie durch G-Proteine der Gq-Familie reguliert sein k{\"o}nnen. Dabei widersprechen sich insbesondere zwei Untersuchungen zur Spezifit{\"a}t der Interaktion (Jones, 1996; Chuang et al., 1997). Ebenso ist der intrazellul{\"a}re Signalweg bislang nicht hinreichend gekl{\"a}rt. Um dies genauer zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit die Kir-Kan{\"a}le Kir2.1-Kir2.4 jeweils mit 5 verschiedenen Gq-gekoppelten Rezeptoren in Xenopus-Oozyten koexprimiert und mit der Technik der „Zwei-Elektroden-Spannungsklemme" der Strom {\"u}ber die Kir-Kan{\"a}le vor und nach Rezeptoraktivierung mit dem jeweils physiologischen Rezeptoragonisten gemessen. Es zeigte sich, dass ausschließlich Kir2.3 nach Aktivierung des M1-Acetylcholinrezeptors inhibiert wird. Eine Sequenzanalyse zeigte in der Extrazellul{\"a}rregion von Kir2.3 eine zu den anderen Kir2-Kan{\"a}len abweichende Aminos{\"a}uresequenz, welche durch Mutation aber als potentielle Bindestelle zur Vermittlung des inhibitorischen Effektes ausgeschlossen werden konnte. Nachdem bereits gezeigt werden konnte, dass die Koexpression von Kir2.3 und M1-Acetylcholinrezeptor in bestimmten Gehirnregionen der Kontrolle neuronaler Erregbarkeit dient (Shen et al., 2007), ist es wahrscheinlich, dass derselbe Mechanismus auch in ventrikul{\"a}ren Kardiomyozyten existiert und dort als Schutzmechanismus vor vagaler {\"U}berstimulation fungiert.},
  subject      = {Ionenkanal},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Stock2011,
  author    = {Stock, Patrick Maria},
  title     = {Binding site contribution in high resolution records of nicotinic receptor channel currents},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71769},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {The nicotinic acetylcholine receptor of skeletal muscle is one of the best-investigated synaptic proteins and often serves as model for the entire family of pentameric ligand gated ion channels (pLGICs). Receptors of this superfamily share a common architecture. After binding the agonist the characteristic C-loop structure closes around the ligand-binding site and triggers a wave of conformational changes that spread through the protein and finally result in the opening of the channel gate. As shown before, high-resolution single channel data can hardly be described by simple kinetic mechanisms (Parzefall et al., 1998, Hallermann et al., 2005). Recent advances in the field of kinetic modelling on receptor currents demonstrate that the introduction of additional short lived shut states in kinetic schemes enhances the quality of estimates of reaction rates. The additional shut states that immediately follow ligand bound states in the mechanism are suggested to resemble the closing movement of the C-loop (Lape et al., 2008; Mukhtasimova et al., 2009). It has not been described yet whether and how the structural differences of the 2 binding sites of the receptor influence the opening behaviour. To address this question, high-resolution single channel recordings, in combination with agonists that are known to exhibit different binding site selectivity, were performed. Thereby, a detailed description of the binding site dependent generation of channel currents is possible. At the embryonic mouse-muscle receptor used in this study the ligand binding sites are located at the α-γ and α-δ subunit interfaces. By allocation of opening characteristics to the α-δ and α-γ sites it is possible to show the binding site dependent activation of distinct kinetic states. Furthermore, it will be shown that the recently introduced short-lived shut states are sufficient to describe high-resolution single channel data. Finally an enhanced kinetic mechanism based on the 'primed states' model, published in 2009 by Mukhtasimova et al., will be presented. In this model the structurally diverse α-δ and α-γ binding sites elicit different kinetic channel characteristics. Thus the complex high-resolution kinetic characteristics of the embryonic receptor can be described coherently.},
  subject      = {Nicotinischer Acetylcholinrezeptor},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Erxleben2011,
  author    = {Erxleben, Franziska},
  title     = {cDNA-Microarray-Analyse von ZNS-Kaliumkanal defizienten M{\"a}usen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-65640},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Ziel der Arbeit war die Erstellung eines „Kaliumkanal-Chips", die Entwicklung einer geeigneten Messmethode und Auswertungsstrategie, die Durchf{\"u}hrung von Testmessungen und die Untersuchung eines Knockout-Mausstammes auf den Genexpressionsstatus und die auftretenden Kompensationsmechanismen. Am Beginn der Arbeit stand vor allem die Auswahl der zu untersuchenden Kaliumkanal-Gene und die Sammlung von Sequenz-Informationen. Ausgehend davon konnte die cDNAMicroarray-Technologie als Methode der Wahl bestimmt werden und die entsprechenden Vorbereitungen f{\"u}r die Umsetzung getroffen werden. Die ersten Messungen im Zuge der Methodenentwicklungen zeigten vor allem, dass jeder Microarray seine individuellen Probleme mit sich bringt, ließen jedoch auch schon erahnen, welche umfangreichen M{\"o}glichkeiten diese Technologie bietet. Dann folgten Versuchsmessreihen, wie die Untersuchung der lterspezifischen Expression und der Vergleich von bestimmten Gehirnabschnitten mit dem Gesamtgehirn. Den Abschluss bildete die Messung der TRESK-Knockout-Mauslinie im Vergleich zu ihrem Wildtyp. Hier stand die Frage nach m{\"o}glichen Kompensationsmechanismen im Vordergrund. Mit kcnk16 haben die Messungen einen interessanten Kandidaten aus der gleichen Genfamilie geliefert, dessen Funktion und Kompensationsverm{\"o}gen nun in weiteren Tests zu untersuchen ist. Die Arbeit hat gezeigt, dass der Einsatz der Microarray-Technologie zur Untersuchung von Genexpressionsdaten bei Ionenkanalfamilien geeignet ist. Das Fundament der Microarrayanalyse von Kaliumkan{\"a}len mit einem individuell entwickelten Microarray ist zum einen das Wissen um Genetik und Funktion der Kaliumkan{\"a}le und zum anderen die Technologie, die eine solche Analyse m{\"o}glich macht. Die Tatsache, dass S{\"a}ugerorganismen wie Maus und Mensch eine solch hohe Zahl an Kaliumkan{\"a}len entwickelt haben und im st{\"a}ndigen Zellstoffwechsel in umfassender Form einsetzen, zeigt die Bedeutung dieser Ionenkanalfamilie und macht die Forschung an diesen Kan{\"a}len so interessant und wichtig f{\"u}r die medizinische Grundlagenforschung. Eine Vielzahl von Krankheiten kann schon jetzt direkt oder indirekt auf Gendefekte bei Kaliumkanal-Genen zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Mit der Microarray-Analyse steht nun eine Technologie zu Verf{\"u}gung, die es erm{\"o}glicht, die Expression dieser Gene direkt zu untersuchen und m{\"o}gliche Kompensationsvorg{\"a}nge aufzudecken. Damit k{\"o}nnen Zusammenh{\"a}nge ermittelt werden, die die Grundlage f{\"u}r weitere Forschungen sein k{\"o}nnen, mit deren Hilfe wir Krankheiten wie Depression eines Tages wirklich verstehen und behandeln k{\"o}nnen.},
  subject      = {Maus},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Gueta2012,
  author    = {Gueta, Ronnie},
  title     = {Untersuchungen zur Struktur und Funktion von Channelrhodopsinen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85693},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die zur Gruppe der mikrobiellen Rhodopsine geh{\"o}renden lichtaktivierbaren Ionenkan{\"a}le Channelrhodopsin 1 (ChR1) und Channelrhodopsin 2 (ChR2) aus dem Augenfleck von C. rheinhardtii sind Bestandteile des visuellen Systems und an der Phototaxis beteiligt. Sie bestehen aus einem zytosolisch gelegenen C Terminus, dessen Funktion noch ungekl{\"a}rt ist und einem, f{\"u}r die Kanalaktivit{\"a}t verantwortlichen, N terminalen Bereich aus sieben Transmembranhelices. Der lichtsensitive Kofaktor all trans Retinal ist kovalent an einen Lysinrest (K257) der siebten Transmembranhelix gebunden. Bei einer Belichtung mit Blaulicht isomerisiert das Chromophor zur 13 cis Form, was eine Konformations{\"a}nderung und das {\"O}ffnen des Kanals zur Folge hat. Im Zuge dessen str{\"o}men ein und zweiwertige Kationen in die Zelle und eine Depolarisation findet statt. Um einen tieferen Einblick in Struktur und funktionelle Mechanismen zu bekommen, wurden Wildtyp und Mutanten von Ch1 und ChR2 heterolog in Oozyten von X. laevis exprimiert. In Bakteriorhodopsin bilden die Seitenketten von T90 und D115 eine f{\"u}r Stabilit{\"a}t und Funktion wichtige Wasserstoffbr{\"u}cke aus. Durch elektrophysiologische, fluoreszenzmikroskopische und biochemische Verfahren wurden Mutanten der entsprechenden Reste in ChR2 (C128, D156) untersucht. Diese zeigten eine deutlich verlangsamte Kinetik und eine 10 bis 100fache Erh{\"o}hung der Lichtempfindlichkeit. Die identischen Auswirkungen von Mutationen beider Reste deuten auf eine Bindung mit funktioneller Bedeutung zwischen C128 und D156 hin. Im Falle von ChR2 C128T, C128A und D156A konnte der Kanal nach Anregung mit Blaulicht, durch gr{\"u}nes und violettes Licht vorzeitig geschlossen werden. Diese Lichtqualit{\"a}ten entsprechen den Absorptionswellenl{\"a}ngen zweier Intermediate des Photozyklus von ChR2 (P390 und P520). Durch Ver{\"a}nderung des externen pH-Wertes konnten Hinweise auf eine protonenabh{\"a}ngige Gleichgewichtsreaktion dieser Intermediate gefunden werden. Auch in dem f{\"u}r Protonen h{\"o}her leitf{\"a}higen ChR1 konnten Hinweise auf eine Interaktion zwischen den Resten C167 und D195 gefunden werden. Elektrische Messungen von Mutanten zeigten eine deutliche Erh{\"o}hung des Photostroms bei verh{\"a}ltnism{\"a}ßig geringem Anstieg der Schließzeit. Der Einfluss dieser Mutationen auf die Kinetik war somit weniger ausgepr{\"a}gt als bei ChR2. Einen besonderen Stellenwert unter allen Channelrhodopsin Mutanten nehmen ChR2 D156C und ChR1 D195C ein. Mit einem Photostrom von 5 µA bei ChR1 D195C und bis zu 50 µA bei ChR2 D156C konnten f{\"u}r diese die h{\"o}chsten Photostr{\"o}me aller bisher charakterisierten ChR1 bzw. ChR2 Varianten nachgewiesen werden. Durch fluoreszenzmikroskopische Quantifizierung konnte f{\"u}r alle im Rahmen dieser Arbeit erstellten ChR1 und ChR2 Mutanten eine erh{\"o}hte Proteinmenge sowohl in Anwesenheit als auch Abwesenheit zus{\"a}tzlichen all trans Retinals w{\"a}hrend der Inkubation nachgewiesen werden. Die Fluoreszenzintensit{\"a}ten korrelierten hierbei mit der H{\"o}he der Stromamplituden und erreichten ein Maximum bei ChR2 D156C. Biochemische Experimente mit der Gesamtmembranfraktion von ChR2 exprimierenden Oozyten lieferten Hinweise auf eine dimere Quart{\"a}rstruktur von Channelrhodopsinen, was durch die Kristallstruktur einer Chim{\"a}re aus ChR1 und ChR2 von (Kato et al., 2012) best{\"a}tigt wurde. Unter der Annahme, dass die Poren in den Proteomeren gebildet werden, konnte eine gegenseitige Beeinflussung der Regionen in heterodimeren Kan{\"a}len aus ChR2 Wildtyp und Mutanten aufgrund kinetischer Unterschiede bei kurzer und langer Belichtung oder der Verwendung von unterschiedlichen Lichtintensit{\"a}ten nachgewiesen werden. Eine Voraussetzung f{\"u}r diesen Effekt ist eine synchrone Anregung beider Untereinheiten. Die Interaktion von Channelrhodopsin Untereinheiten konnte in vivo mithilfe der bimolekularen Fluoreszenzkomplementation nachgewiesen werden. Dabei zeigte sich, dass die Wechselwirkung nicht nur auf identische Untereinheiten in Homodimeren beschr{\"a}nkt ist, sondern auch bei Heterodimeren aus verschiedenen ChR2 Untereinheiten und sogar zwischen ChR2 und ChR1 m{\"o}glich ist.},
  subject      = {Ionenkanal},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Koers2013,
  author    = {Koers, Sandra},
  title     = {Die Rolle der S-Typ Anionenkan{\"a}le in der Reaktion von Gerstenschließzellen auf Blumeria graminis f. sp. hordei},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77335},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {In ihrer Evolution mussten Pflanzen Strategien entwickeln um sich sowohl gegen Pathogene aus der Luft als auch solche im Boden zu verteidigen. Diese Resistenzmechanismen der Pflanzen zu verstehen ist von h{\"o}chster Wichtigkeit f{\"u}r die moderne Gesellschaft. Die Weltbev{\"o}lkerung w{\"a}chst schnell, was zu der Notwendigkeit f{\"u}hrt, die landwirtschaftlichen Fl{\"a}chen m{\"o}glichst optimal zu nutzen. Ohne die Weiterentwicklung der landwirtschaftlichen Methoden wird eine ausreichende Versorgung mit Grundnahrungsmitteln nicht m{\"o}glich sein. Obwohl nicht viele Daten zu diesem Thema vorliegen, ist es sehr wahrscheinlich, dass ein hoher Prozentsatz der j{\"a}hrlichen Ernteverluste auf Pflanzenkrankheiten zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist (Orke et al. 1994, Pinstrup-Andersen; 2001). Der Ernteverlust ist nicht ausschließlich auf den Tod der infizierten Pflanze zur{\"u}ckzuf{\"u}hren, sondern vielmehr auf die sogenannten Resistenzkosten Walters und Heil; 2007). Um sich gegen das Pathogen zu sch{\"u}tzen m{\"u}ssen Ressourcen genutzt werden, die sonst f{\"u}r die korrekte Entwicklung der Pflanze, sowie der Samen und Fr{\"u}chte verwendet w{\"u}rden. Die pflanzliche Cuticula, welche die Blattoberfl{\"a}che bedeckt, ist die erste Verteidigungslinie gegen pathogene Microorganismen, die durch die Luft verbreitet werden. Um diese Barriere zu umgehen nutzen Bakterien und einige Pilze die Stomata als Eingang in den Apoplasten der Bl{\"a}tter. Dies kann durch die Pflanze allerdings verhindert werden, indem diese Poren geschlossen werden. Diese Schließzellantwort wurde zun{\"a}chst als Teil der Immunantwort auf Bakterien angesehen (Melotto et al. 2006). Nichtsdestotrotz konnte beobachtet werden, dass die Stomata auch w{\"a}hrend der Infektion des Mehltaupilzes schließen, obwohl dieser nicht durch die Stomata in das Blatt eindringen. Daher haben wir Einzelzellstudien an intakten Gerstenpflanzen vorgenommen um zu kl{\"a}ren, wie die Signale erkannt und weitergeleitet werden, die schließlich zum pathogen-induzierten Stomaschluss f{\"u}hren (Koers et al. 2011). Zusammengefasst kann gesagt werden, dass der Stomaschluss ein wichtiger Bestandteil der pflanzlichen Immunantwort ist. Innerhalb dieser Antwort der Stomata auf durch Wind {\"u}bertragene Pathogene, spielt die Aktivierung der S-Typ Anionenkan{\"a}le eine entscheidende Rolle. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die Immunantwort die Licht-induzierte Inhibierung dieser Anionenkan{\"a}le außer Kraft setzt. S-Typ Anionenkan{\"a}le sind aber nicht allein in der Pathogenabwehr von Bedeutung, sondern auch in der Reaktion der Pflanzen auf Trockenstress. Es ist jedoch nicht bekannt, in wie weit sich die beiden Signalwege {\"u}berschneiden. Zusammen mit den neuen mutierten Gerstenlinien, werden die in dieser Arbeit beschriebenen Techniken zur Messung von Einzelzellen tiefere Einsichten in das Zusammenspiel zwischen Trockenstress und Pathogenabwehr in Pflanzen erm{\"o}glichen. Die daraus resultierenden Ergebnisse k{\"o}nnen zur Optimierung von Getreide f{\"u}r die moderne Landwirtschaft genutzt werden. Dies wird einer der wichtigsten Ans{\"a}tze sein, um die Menschheit auch in Zukunft mit ausreichend Nahrung versorgen zu k{\"o}nnen.},
  subject      = {Elektrophysiologie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Langlhofer2016,
  author    = {Langlhofer, Georg},
  title     = {{\"U}ber die Bedeutung intrazellul{\"a}rer Subdom{\"a}nen des Glycinrezeptors f{\"u}r die Kanalfunktion},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140249},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Der zur Familie der pentameren ligandengesteuerten Ionenkan{\"a}le zugeh{\"o}rige Glycinrezeptor (GlyR) ist ein wichtiger Vermittler synaptischer Inhibition im Zentralnervensystem von S{\"a}ugetieren. GlyR-Mutationen f{\"u}hren zur neurologischen Bewegungsst{\"o}rung Hyperekplexie. Aufgrund fehlender struktureller Daten ist die intrazellul{\"a}re Loop-Struktur zwischen den Transmembransegmenten 3 und 4 (TM3-4 Loop) eine weitgehend unerforschte Dom{\"a}ne des GlyR. Innerhalb dieser Dom{\"a}ne wurden Rezeptortrunkierungen sowie Punktmutationen identifiziert. Rezeptortrunkierung geht mit Funktionslosigkeit einher, welche jedoch durch Koexpression des fehlenden Sequenzabschnitts zum Teil wiederhergestellt werden kann. Innerhalb dieser Arbeit wurde die Interaktion zwischen trunkierten, funktionslosen GlyR und sukzessiv verk{\"u}rzten Komplementationskonstrukten untersucht. Dabei wurden als Minimaldom{\"a}nen f{\"u}r die Interaktion das C-terminalen basische Motive des TM3-4 Loops, die TM4 sowie der extrazellul{\"a}re C-Terminus identifiziert. Die R{\"u}ckkreuzung transgener M{\"a}use, die das Komplementationskonstrukt iD-TM4 unter Kontrolle des GlyR-Promotors exprimierten, mit der oscillator-Maus spdot, die einen trunkierten GlyR exprimiert und 3 Wochen nach der Geburt verstirbt, hatte aufgrund fehlender Proteinexpression keinen Effekt auf die Letalit{\"a}t der Mutation. Des Weiteren wurde die Bedeutsamkeit der Integrit{\"a}t beider basischer Motive 316RFRRKRR322 und 385KKIDKISR392 im TM3-4 Loop in Kombination mit der Loop-L{\"a}nge f{\"u}r die Funktionalit{\"a}t und das Desensitisierungsverhalten des humanen GlyRα1 anhand von chim{\"a}ren Rezeptoren identifiziert. Eine bisher unbekannte Patientenmutation P366L innerhalb des TM3-4 Loops wurde mit molekularbiologischen, biochemischen und elektrophysiologischen Methoden charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass die mutierten Rezeptorkomplexe in vitro deutlich reduzierte Glycin-induzierte Maximalstr{\"o}me sowie eine beschleunigte Schließkinetik aufweisen. P366L hat im Gegensatz zu bereits charakterisierten Hyperekplexiemutationen innerhalb des TM3-4 Loops keinen Einfluss auf die Biogenese des Rezeptors. P366 ist Teil einer m{\"o}glichen Poly-Prolin-Helix, die eine Erkennungssequenz f{\"u}r SH3-Dom{\"a}nen darstellt. Ein potenzieller Interaktionspartner des TM3-4 Loops des GlyRα1 ist Collybistin, welches eine wichtige Rolle bei der synaptischen Rezeptorintegration spielt und die Verbindung zum Zytoskelett vermittelt. An der inhibitorischen Synapse verursacht P366L durch die Reduzierung postsynaptischer Chloridstr{\"o}me, das beschleunigte Desensitisierungsverhalten des GlyRα1 sowie ein ver{\"a}ndertes Interaktionsmotiv St{\"o}rungen der glycinergen Transmission, die zur Auspr{\"a}gung ph{\"a}notypischer Symptome der Hyperekplexie f{\"u}hren.},
  subject      = {Glycinrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kaiser2018,
  author    = {Kaiser, Markus Leonhard},
  title     = {Kardialer Ph{\"a}notyp und SUDEP durch Knockout des Nav1.1 Kanalgens (SCN1A) in einem Dravet-Mausmodell},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158774},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {SUDEP bezeichnet den pl{\"o}tzlichen und unerwarteten Epilepsietod ohne offensichtliche kausale Todesursache. Junge Patienten, die an der schweren infantilen enzephalo-pathischen Epilepsieform des Dravet-Syndroms (SMEI) leiden, tragen besonderes Risiko an SUDEP zu versterben. Die pathophysiologische Ursache f{\"u}r das Dravet-Syndrom liegt in einem Defekt des brain-type Natriumkanals Nav1.1. Neuere Studien zeigen, dass der urspr{\"u}nglich als hirnspezifisch geltende Kanal nicht explizit in neuronalem Gewebe, sondern auch im Herzen exprimiert wird. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Auswirkungen des Nav1.1-Defektes auf kardialer Ebene zu evaluieren, um eine m{\"o}gliche Beteiligung von Herzrhythmusst{\"o}rungen an der {\"A}tiologie des SUDEP aufzudecken. Dazu wurde ein Knockout-Mausmodell hinsichtlich seines kardialen Ph{\"a}notyps charakterisiert. Mit Hilfe elektrokardiographischer Untersuchungen (EKG) konnte eine gesteigerte Herzfrequenz unter Stressbedingungen festgestellt werden. Die Frequenz lag sowohl bei den Versuchen unter pharmakologischem Stress mittels Isoproterenol als auch unter induziertem Stress mittels Hyperthermie bei den Dravet-Syndrom-M{\"a}usen h{\"o}her als in dem wildtypischen Kontrollkollektiv. Elektrophysiologische Untersuchungen (EPU) zeigten neben einem erh{\"o}hten Schweregrad der induzierbaren Arrhythmien, gemessen anhand eines Arrhythmie-Scores, auch eine erh{\"o}hte Quantit{\"a}t ausgel{\"o}ster Herzrhythmusst{\"o}rungen. Sowohl unter Ruhebedingungen als auch nach Induktion von Hyperthermie {\"u}berwogen die aufgezeichneten Arrhythmien bei Dravet-Syndrom-M{\"a}usen. Die Erkenntnisse dieser Studie helfen die Rolle des Nav1.1-Defektes an einer kardialen Beteiligung im Rahmen von SUDEP bei Dravet-Patienten zu beschreiben. Sie zeigen ver-schiedene kardiale Auswirkungen bei Knockout des prim{\"a}r neuronalen Natrium¬kanalgens SCN1A. Weitere Einsichten in diesen Bereich werden angemessene Risikostratifizierung f{\"u}r Epilepsie-Patienten hinsichtlich Ihres SUDEP-Risikos erm{\"o}glichen und moderne The-rapieans{\"a}tze anregen.},
  subject      = {Natriumkanal},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hofmann2018,
  author    = {Hofmann, Lukas},
  title     = {The α-galactosidase A deficient mouse as a model for Fabry disease and the effect of Gb3 depositions on peripheral nociceptive ion channel function},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158513},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Fabry disease (FD) is an X-linked lysosomal storage disorder with intracellular accumulation of globotriaosylceramide (Gb3) due to α-galactosidase A deficiency. We studied α-galactosidase A knockout mice (GLA KO) as a model for sensory disturbance and pain in FD. Pain associated behavior of young (3 months) and old (≥18 months) GLA KO mice and wildtype (WT) littermates in an inflammatory and a neuropathic pain model was investigated. Furthermore, affective and cognitive behavior was assessed in the na{\"i}ve state and in an inflammatory pain model. Gene and protein expression of pain associated ion channels and Gb3 accumulation in dorsal root ganglion (DRG) neurons was determined. We also performed patch clamp analysis on cultivated DRG neurons and human embryonic kidney 293 (HEK) cells expressing voltage-gated-sodium channel 1.7 (Nav1.7) as an in vitro model of FD. Intracellular Gb3 deposits were modulated using shRNA silencing of α-galactosidase A. After intraplantar injection of complete Freund`s adjuvant (CFA) and chronic constriction injury (CCI) of the right sciatic nerve, old GLA KO mice did not develop heat and mechanical hypersensitivity in contrast to young GLA KO and old WT mice. Additionally, we found no relevant differences between genotypes and age-groups in affective and cognitive behavior in the na{\"i}ve state and after CFA injection. Gene and protein expression analysis provided no explanation for the observed sensory impairment. However, cultured DRG neurons of old GLA KO mice revealed a marked decrease of sodium and Ih-currents compared to young GLA KO and old WT mice. DRG neurons of old GLA KO mice displayed substantial intracellular accumulation of Gb3 compared to young GLA KO and old WT mice. Similar to cultured neurons, sodium currents were also decreased in HEK cells treated with shRNA and consecutively increased intracellular Gb3 deposits compared to the control condition, but could be rescued by treatment with agalsidase-alpha. Our study unveils that, similar to patients with FD, GLA KO mice display age-dependent sensory deficits. However, contrary to patients, GLA KO mice are also protected from hypersensitivity induced by inflammation and nerve lesion due to Gb3-dependent and reversible reduction of neuronal sodium- and Ih-currents. Our data provide evidence for direct Gb3-dependent ion channel impairment in sensory DRG neurons as a potential contributor to sensory dysfunction and pain in FD.},
  subject      = {Fabry-Krankheit},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mayer2019,
  author    = {Mayer, Rafaela},
  title     = {OxPAPC as an endogenous agonist of TRPA1 channels on nociceptors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-175890},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Non-steroidal antiinflammatory drugs are most commonly used for inflammatory and postoperative pain. But they lack effectiveness and specificity, leading to severe side effects, like gastric ulcers, asthma and severe bleeding. Oxidized 1-palmitoyl-2-arachinidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (OxPAPC) plays an important role in inflammatory pain. PAPC is a common phosphatidylcholine of membranes, which can be oxidized by reactive oxygen species. In preliminary experiments, our group found that local injection of OxPAPC in rat paws induces hyperalgesia. In this study we examined the effect of OxPAPC on transient receptor potential A1 (TRPA1), an ion channel expressed in C-fiber neurons. Furthermore, we investigated if intracellular cysteine residues of TRPA1 were necessary for agonist-channel-interactions and if a subsequent TRPA1 activation could be prevented by OxPAPC scavengers. To answer these questions, we performed calcium imaging using HEK-293 cells stably expressing hTRPA1, or transiently expressing the triple mutant channel hTRPA1-3C and na{\"i}ve DRG neurons. Cells were incubated with the ratiometric, fluorescent dye Fura-2/AM and stimulated with OxPAPC. The change of light emission after excitation with 340 and 380 nm wavelengths allowed conclusions regarding changes of intracellular calcium concentrations after TRPA1 activation. In our investigation we proved evidence that OxPAPC activates TRPA1, which caused a flow of calcium ions into the cytoplasm. The TRPA1-specific channel blocker HC-030031 eliminated this agonist-induced response. TRPA1-3C was not completely sensitive to OxPAPC. The peptide D-4F and the monoclonal antibody E06 neutralized OxPAPC-induced TRPA1 activation. In this work, the importance of OxPAPC as a key mediator of inflammatory pain and as a promising target for drug design is highlighted. Our results indicate that TRPA1 activation by OxPAPC involves cysteine-dependent mechanisms, but there are other, cysteine-independent activation mechanisms as well. Potential pharmaceuticals for the treatment of inflammatory pain are D-4F and E06, whose efficiency has recently been confirmed in the animal model by our research group.},
  subject      = {Schmerzforschung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kloka2019,
  author    = {Kloka, Jan Andreas},
  title     = {Endogene Lipide als neues Behandlungstarget im TRPA1-vermittelten Entz{\"u}ndungsschmerz},
  doi       = {10.25972/OPUS-18084},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-180844},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {For nociceptive wound pain, the transient receptor potential channel(TRP) mediated calcium influx is essential. Reactive oxygen species (ROS) and their downstream oxidation products such as 4-hydroxynonenal activate the ankyrin 1 homologue TRPA1 in vivo and in vitro. The calcium imaging experiments performed in this study were carried out on stably with TRPA1 and TRPV1 transfected HEK-293 cells and spinal dorsal root ganglion neurons to further understand the mechanistic correlations of nociceptive pain development in inflammatory wound pain. E06, a monoclonal autoantibody (mAb) against oxidized phosphatidylcholine (OxPC) and D-4F, a mimetic peptide of the structural protein apolipoprotein A-I of high density lipoproteins (HDL) were previously used as a diagnostic tools and novel compounds in atherosclerosis. In this study, E06 mAb and D-4F peptide, both, reduced the TRPA1-mediated calcium influx in vitro caused by lipid peroxidation products (OxPL) such as 4-HNE and reactive oxygen species such as H2O2. In addition, we discovered that neither E06 mAb nor D-4F showed a calcium influx-relevant interaction with the Transient Receptor Potential Channel Vanillin 1 (TRPV1) activator capsaicin or the TRPV1 channel itself. Taken together, E06 mAb and D-4F peptide are two promising substances to reduce inflammatory pain and local pain relief.},
  subject      = {Entz{\"u}ndung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Janzen2022,
  author    = {Janzen, Dieter},
  title     = {Functional analysis of ion channels and neuronal networks in 2D and 3D \(in\) \(vitro\) cell culture models},
  doi       = {10.25972/OPUS-25170},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251700},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {In the central nervous system, excitatory and inhibitory signal transduction processes are mediated by presynaptic release of neurotransmitters, which bind to postsynaptic receptors. Glycine receptors (GlyRs) and GABAA receptors (GABAARs) are ligand-gated ion channels that enable synaptic inhibition. One part of the present thesis elucidated the role of the GlyRα1 β8 β9 loop in receptor expression, localization, and function by means of amino acid substitutions at residue Q177. This residue is underlying a startle disease phenotype in the spontaneous mouse model shaky and affected homozygous animals are dying 4-6 weeks after birth. The residue is located in the β8 β9 loop and thus part of the signal transduction unit essential for proper ion channel function. Moreover, residue Q177 is involved in a hydrogen network important for ligand binding. We observed no difference in ion channel trafficking to the cellular membrane for GlyRα1Q177 variants. However, electrophysiological measurements demonstrated reduced glycine, taurine, and β alanine potency in comparison to the wildtype protein. Modeling revealed that some GlyRα1Q177 variants disrupt the hydrogen network around residue Q177. The largest alterations were observed for the Q177R variant, which displayed similar effects as the Q177K mutation present in shaky mice. Exchange with structurally related amino acids to the original glutamine preserved the hydrogen bond network. Our results underlined the importance of the GlyR β8 β9 loop for proper ion channel gating. GlyRs as well as GABAARs can be modulated by numerous allosteric substances. Recently, we focused on monoterpenes from plant extracts and showed positive allosteric modulation of GABAARs. Here, we focused on the effect of 11 sesquiterpenes and sesquiterpenoids (SQTs) on GABAARs. SQTs are compounds naturally occurring in plants. We tested SQTs of the volatile fractions of hop and chamomile, including their secondary metabolites generated during digestion. Using the patch-clamp technique on transfected cells and neurons, we were able to observe significant GABAAR modulation by some of the compounds analyzed. Furthermore, a possible binding mechanism of SQTs to the neurosteroid binding site of the GABAAR was revealed by modeling and docking studies. We successfully demonstrated GABAAR modulation by SQTs and their secondary metabolites. The second part of the thesis investigated three-dimensional (3D) in vitro cell culture models which are becoming more and more important in different part of natural sciences. The third dimension allows developing of complex models closer to the natural environment of cells, but also requires materials with mechanical and biological properties comparable to the native tissue of the encapsulated cells. This is especially challenging for 3D in vitro cultures of primary neurons and astrocytes as the brain is one of the softest tissues found in the body. Ultra-soft matrices that mimic the neuronal in vivo environment are difficult to handle. We have overcome these challenges using fiber scaffolds created by melt electrowriting to reinforce ultra-soft matrigel. Hence, the scaffolds enabled proper handling of the whole composites and thus structural and functional characterizations requiring movement of the composites to different experimental setups. Using these scaffold-matrigel composites, we successfully established methods necessary for the characterization of neuronal network formation. Before starting with neurons, a mouse fibroblast cell line was seeded in scaffold-matrigel composites and transfected with the GlyR. 3D cultured cells displayed high viability, could be immunocytochemically stained, and electrophysiologically analyzed. In a follow-up study, primary mouse cortical neurons in fiber-reinforced matrigel were grown for up to 21 days in vitro. Neurons displayed high viability, and quantification of neurite lengths and synapse density revealed a fully formed neuronal network already after 7 days in 3D culture. Calcium imaging and patch clamp experiments demonstrated spontaneous network activity, functional voltage-gated sodium channels as well as action potential firing. By combining ultra-soft hydrogels with fiber scaffolds, we successfully created a cell culture model suitable for future work in the context of cell-cell interactions between primary cells of the brain and tumor cells, which will help to elucidate the molecular pathology of aggressive brain tumors and possibly other disease mechanisms.},
  subject      = {Zellkultur},
  language  = {en}
}