@phdthesis{BergmannBorges2023,
  author    = {Bergmann Borges, Alyssa},
  title     = {The endo-lysosomal system of \(Trypanosoma\) \(brucei\): insights from a protist cell model},
  doi       = {10.25972/OPUS-32924},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-329248},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Most of the studies in cell biology primarily focus on models from the opisthokont group of eukaryotes. However, opisthokonts do not encompass the full diversity of eukaryotes. Thus, it is necessary to broaden the research focus to other organisms to gain a comprehensive understanding of basic cellular processes shared across the tree of life. In this sense, Trypanosoma brucei, a unicellular eukaryote, emerges as a viable alternative. The collaborative efforts in genome sequencing and protein tagging over the past two decades have significantly expanded our knowledge on this organism and have provided valuable tools to facilitate a more detailed analysis of this parasite. Nevertheless, numerous questions still remain. The survival of T. brucei within the mammalian host is intricately linked to the endo-lysosomal system, which plays a critical role in surface glycoprotein recycling, antibody clearance, and plasma membrane homeostasis. However, the dynamics of the duplication of the endo-lysosomal system during T. brucei proliferation and its potential relationship with plasma membrane growth remain poorly understood. Thus, as the primary objective, this thesis explores the endo-lysosomal system of T. brucei in the context of the cell cycle, providing insights on cell surface growth, endosome duplication, and clathrin recruitment. In addition, the study revisits ferritin endocytosis to provide quantitative data on the involvement of TbRab proteins (TbRab5A, TbRab7, and TbRab11) and the different endosomal subpopulations (early, late, and recycling endosomes, respectively) in the transport of this fluid-phase marker. Notably, while these subpopulations function as distinct compartments, different TbRabs can be found within the same region or structure, suggesting a potential physical connection between the endosomal subpopulations. The potential physical connection of endosomes is further explored within the context of the cell cycle and, finally, the duplication and morphological plasticity of the lysosome are also investigated. Overall, these findings provide insights into the dynamics of plasma membrane growth and the coordinated duplication of the endo-lysosomal system during T. brucei proliferation. The early duplication of endosomes suggests their potential involvement in plasma membrane growth, while the late duplication of the lysosome indicates a reduced role in this process. The recruitment of clathrin and TbRab GTPases to the site of endosome formation supports the assumption that the newly formed endosomal system is active during cell division and, consequently, indicates its potential role in plasma membrane homeostasis. Furthermore, considering the vast diversity within the Trypanosoma genus, which includes ~500 described species, the macroevolution of the group was investigated using the combined information of the 18S rRNA gene sequence and structure. The sequence-structure analysis of T. brucei and other 42 trypanosome species was conducted in the context of the diversity of Trypanosomatida, the order in which trypanosomes are placed. An additional analysis focused on Trypanosoma highlighted key aspects of the group's macroevolution. To explore these aspects further, additional trypanosome species were included, and the changes in the Trypanosoma tree topology were analyzed. The sequence-structure phylogeny confirmed the independent evolutionary history of the human pathogens T. brucei and Trypanosoma cruzi, while also providing insights into the evolution of the Aquatic clade, paraphyly of groups, and species classification into subgenera.},
  subject      = {Endocytose},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Koetschan2012,
  author    = {Koetschan, Christian},
  title     = {The Eukaryotic ITS2 Database - A workbench for modelling RNA sequence-structure evolution},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73128},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {In den vergangenen Jahren etablierte sich der Marker „internal transcribed spacer 2" (ITS2) zu einem h{\"a}ufig genutzten Werkzeug in der molekularen Phylogenetik der Eukaryoten. Seine schnell evolvierende Sequenz eignet sich bestens f{\"u}r den Einsatz in niedrigeren phylogenetischen Ebenen. Die ITS2 faltet jedoch auch in eine sehr konservierte Sekund{\"a}rstruktur. Diese erm{\"o}glicht die Unterscheidung weit entfernter Arten. Eine Kombination aus beiden in einer Sequenzstrukturanalyse verbessert die Aufl{\"o}sung des Markers und erm{\"o}glicht die Rekonstruktion von robusteren B{\"a}umen auf h{\"o}herer taxonomischer Breite. Jedoch war die Durchf{\"u}hrung solch einer Analyse, die die Nutzung unterschiedlichster Programme und Datenbanken vorraussetzte, f{\"u}r den klassischen Biologen nicht einfach durchf{\"u}hrbar. Um diese H{\"u}rde zu umgehen, habe ich den „ITS2 Workbench" entwickelt, eine im Internet nutzbare Arbeitsplattform zur automatisierten sequenzstrukturbasierten phylogenetischen Analyse basierend auf der ITS2 (http://its2.bioapps.biozentrum.uni-wuerzburg.de). Die Entwicklung begann mit der L{\"a}ngenoptimierung unterschiedlicher „Hidden Markov Model" (HMM)-Topologien, die erfolgreich auf ein Modell zur Sequenzstrukturvorhersage der ITS2 angewandt wurden. Hierbei wird durch die Analyse von Sequenzbestandteilen in Kombination mit der L{\"a}ngenverteilung verschiedener Helixregionen die Struktur vorhergesagt. Anschließend konnte ich HMMs auch bei der Sequenzstrukturgenerierung einsetzen um die ITS2 innerhalb einer gegebenen Sequenz zu lokalisieren. Dieses neu implementierte Verfahren verdoppelte die Anzahl vorhergesagter Strukturen und verk{\"u}rzte die Laufzeit auf wenige Tage. Zusammen mit weiteren Optimierungen des Homologiemodellierungsprozesses kann ich nun ersch{\"o}pfend Sekund{\"a}rstrukturen in mehreren Interationen vorhersagen. Diese Optimierungen liefern derzeit 380.000 annotierte Sequenzen einschließlich 288.000 Strukturvorhersagen. Um diese Strukturen f{\"u}r die Berechnung von Alignments und phylogenetischen B{\"a}umen zu verwenden hab ich das R-Paket „treeforge" entwickelt. Es erm{\"o}glicht die Generierung von Sequenzstrukturalignments auf bis zu vier unterschiedlich kodierten Alphabeten. Damit k{\"o}nnen erstmals auch strukturelle Basenpaarungen in die Alignmentberechnung mit einbezogen werden, die eine Sch{\"a}tzung neuer Scorematrizen vorraussetzten. Das R-Paket erm{\"o}glicht zus{\"a}tzlich die Rekonstruktion von „Maximum Parsimony", „Maximum Likelihood" und „Neighbour Joining" B{\"a}umen auf allen vier Alphabeten mittels weniger Zeilen Programmcode. Das Paket wurde eingesetzt, um die noch umstrittene Phylogenie der „chlorophyceae" zu rekonstruieren und k{\"o}nnte in zuk{\"u}nftigen Versionen des ITS2 workbench verwendet werden. Die ITS2 Plattform basiert auf einer modernen und sehr umfangreichen Web 2.0 Oberfl{\"a}che und beinhaltet neuste AJAX und Web-Service Technologien. Sie umfasst die HMM basierte Sequenzannotation, Strukturvorhersage durch Energieminimierung bzw. Homologiemodellierung, Alignmentberechnung und Baumrekonstruktion basierend auf einem flexiblen Datenpool, der {\"A}nderungen am Datensatz automatisch aktualisiert. Zus{\"a}tzlich wird eine Detektion von Sequenzmotiven erm{\"o}glicht, die zur Kontrolle von Annotation und Strukturvorhersage dienen kann. Eine BLAST basierte Suche auf Sequenz- und Strukturebene bietet zus{\"a}tzlich eine Vereinfachung des Taxonsamplings. Alle Funktionen sowie die Nutzung der ITS2 Webseite sind in einer kurzen Videoanleitung dargestellt. Die Plattform l{\"a}sst jedoch nur eine bestimmte Gr{\"o}ße von Datens{\"a}tzen zu. Dies liegt vor allem an der erheblichen Rechenleistung, die bei diesen Berechnungen ben{\"o}tigt wird. Um die Funktion dieses Verfahrens auch auf großen Datenmengen zu demonstrieren, wurde eine voll automatisierte Rekonstruktion des Gr{\"u}nalgenbaumes (Chlorophyta) durchgef{\"u}hrt. Diese erfolgreiche, auf dem ITS2 Marker basierende Studie spricht f{\"u}r die Sequenz-Strukturanalyse auf weiteren Daten in der Phylogenetik. Hier bietet der ITS2 Workbench den idealen Ausgangspunkt.},
  subject      = {Ribosomale RNA},
  language  = {en}
}