@phdthesis{Hugo2023,
  author    = {Hugo, Julian},
  title     = {'Signal-close-to-noise' calcium activity reflects neuronal excitability},
  doi       = {10.25972/OPUS-29260},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-292605},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Chronic pain conditions are a major reason for the utilization of the health care system. Inflammatory pain states can persist facilitated by peripheral sensitization of nociceptors. The voltage-gated sodium channel 1.9 (NaV1.9) is an important regulator of neuronal excitability and is involved in inflammation-induced pain hypersensitivity. Recently, oxidized 1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycerol-3-phosphatidylcholine (OxPAPC) was identified as a mediator of acute inflammatory pain and persistent hyperalgesia, suggesting an involvement in proalgesic cascades and peripheral sensitization. Peripheral sensitization implies an increase in neuronal excitability. This thesis aims to characterize spontaneous calcium activity in neuronal compartments as a proxy to investigate neuronal excitability, making use of the computational tool Neural Activity Cubic (NA3). NA3 allows automated calcium activity event detection of signal-close-to-noise calcium activity and evaluation of neuronal activity states. Additionally, the influence of OxPAPC and NaV1.9 on the excitability of murine dorsal root ganglion (DRG) neurons and the effect of OxPAPC on the response of DRG neurons towards other inflammatory mediators (prostaglandin E2, histamine, and bradykinin) is investigated. Using calcium imaging, the presence of spontaneous calcium activity in murine DRG neurons was established. NA3 was used to quantify this spontaneous calcium activity, which revealed decreased activity counts in axons and somata of NaV1.9 knockout (KO) neurons compared to wildtype (WT). Incubation of WT DRG neurons with OxPAPC before calcium imaging did not show altered activity counts compared to controls. OxPAPC incubation also did not modify the response of DRG neurons treated with inflammatory mediators. However, the variance ratio computed by NA3 conclusively allowed to determine neuronal activity states. In conclusion, my findings indicate an important function of NaV1.9 in determining the neuronal excitability of DRG neurons in resting states. OxPAPC exposition does not influence neuronal excitability nor sensitizes neurons for other inflammatory mediators. This evidence reduces the primary mechanism of OxPAPC-induced hyperalgesia to acute effects. Importantly, it was possible to establish an approach for unbiased excitability quantification of DRG neurons by calcium activity event detection and calcium trace variance analysis by NA3. It was possible to show that signal-close-to-noise calcium activity reflects neuronal excitability states.},
  subject      = {Entz{\"u}ndung},
  language  = {en}
}
@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{Wetzel2013,
  author    = {Wetzel, Andrea},
  title     = {The role of TrkB and NaV1.9 in activity-dependent axon growth in motoneurons},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-92877},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {W{\"a}hrend der Entwicklung des Nervensystems lassen sich bei Motoneuronen aktivit{\"a}tsabh{\"a}ngige Kalziumstr{\"o}me eobachten, die das Axonwachstum regulieren. Diese Form der neuronalen Spontanaktivit{\"a}t sowie das Auswachsen von Axonen sind bei Motoneuronen, die aus Tiermodellen der Spinalen Muskelatrophie isoliert werden, gest{\"o}rt. Experimente aus unserer Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass spontane Erregbarkeit und aktivit{\"a}tsabh{\"a}ngiges Axonwachstum von kultivierten Motoneuronen auch unter Verwendung von Toxinen beeintr{\"a}chtigt sind, welche die Aktivit{\"a}t von spannungsabh{\"a}ngigen Natriumkan{\"a}len blockieren. In diesen Versuchen war die Wirkung von Saxitoxin effizienter als die Wirkung von Tetrodotoxin. Wir identifizierten den Saxitoxin-sensitiven/Tetrodotoxin-insensitiven spannungsabh{\"a}ngigen Natriumkanal NaV1.9 als Trigger f{\"u}r das {\"O}ffnen spannungsabh{\"a}ngiger Kalziumkan{\"a}le. Die Expression von NaV1.9 in Motoneuronen konnte {\"u}ber quantitative RT-PCR nachgewiesen werden und antik{\"o}rperf{\"a}rbungen offenbarten eine Anreicherung des Kanals im axonalen Wachstumskegel sowie an Ranvier'schen Schn{\"u}rringen von isolierten Nervenfasern wildtypischer M{\"a}use. Motoneurone von NaV1.9 knock-out M{\"a}usen zeigen reduzierte Spontanaktivit{\"a}t und eine Reduktion des Axonwachstums, welche durch NaV1.9 {\"U}berexpression normalisiert werden kann. In Motoneuronen von Smn-defizienten M{\"a}usen konnte keine Abweichung der NaV1.9 Proteinverteilung nachgewiesen werden. K{\"u}rzlich wurden Patienten identifiziert, die eine missense-Mutation im NaV1.9 kodierenden SCN11A Gen tragen. Diese Patienten k{\"o}nnen keinerlei Schmerz empfinden und leiden zudem an Muskelschw{\"a}che in Kombination mit einer verz{\"o}gerten motorischen Entwicklung. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnten molekularbiologische Untersuchungen an M{\"a}usen, welche die Mutation im orthologen Scn11a Gen tragen, zur Aufkl{\"a}rung des Krankheitsmechanismus beitragen. Die Kooperationsstudie zeigte, dass eine gesteigerte Funktion von NaV1.9 diese spezifische Kanalerkrankung ausl{\"o}st, was die Wichtigkeit von NaV1.9 in menschlichen Motoneuronen unterstreicht. Eine fr{\"u}here Studie beschrieb an hippocampalen Neuronen, dass die Rezeptortyrosinkinase tropomyosin receptor kinase B (TrkB) den NaV1.9 Kanal {\"o}ffnen kann. Im Wachstumskegel von Motoneuronen ist TrkB nachweisbar und folglich in r{\"a}umlicher N{\"a}he zu NaV1.9 zu finden. Um zu pr{\"u}fen, ob TrkB in die spontane Erregbarkeit von Motoneuronen involviert ist, wurden TrkB knock-out M{\"a}use untersucht. Isolierte Motoneurone von TrkB knock-out M{\"a}usen weisen eine Reduktion der Spontanaktivit{\"a}t und eine Verringerung des Axonwachstums auf. Ob TrkB und NaV1.9 hierbei funktionell gekoppelt sind, ist Gegenstand k{\"u}nftiger Forschung.},
  subject      = {Motoneuron},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Subramanian2011,
  author    = {Subramanian, Narayan},
  title     = {Role of NaV1.9 in activity dependent axon growth in embryonic cultured motoneurons},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-57536},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Spontaneous neural activity has been shown to regulate crucial events in neurite growth including axonal branching and path finding. In animal models of spinal muscular atrophy (SMA) cultured embryonic mouse motoneurons show distinct defect in axon elongation and neural activity. This defect is governed by abnormal clustering of Ca2+ channels in the axonal regions and the protruding growth cone area. The mechanisms that regulate the opening of calcium channels in developing motoneurons are not yet clear. The question was addressed by blocking neural activity in embryonic cultured motoneurons by pharmacological inhibition of voltage-gated sodium channels (VGSC) by saxitoxin (STX) and tetrodotoxin (TTX). Low dosages of STX resulted in significant reduction of axon growth and neural activity in cultured motoneurons. This pharmacological treatment did not affect survival of motoneurons in comparison to control motoneurons that was grown in the presence of survival neurotrophic factors BDNF and CNTF. It was also found that STX was 10 times more potent than TTX a common inhibitor of VGSC with a reduced activity on the TTX-insensitive sodium channels NaV1.5, NaV1.8 and NaV1.9. Reverse Transcriptase-PCR experiments revealed the presence of NaV1.9 as the likely candidate that begins to express from embryonic stage sixteen in the mouse spinal cord. Immunolabelling experiments showed that the channel is expressed in the axonal compartments and axonal growth cones in cultured motoneurons. Suppression of NaV1.9 in cultured motoneurons by lentivirus mediated short hairpin-RNA (shRNA) resulted in shorter axon length in comparison with uninfected and scrambled constructs. Further, embryonic motoneurons cultured from NaV1.9 knockout mice also showed a significant reduction in neural activity and axon growth. The findings of this work highlight the role of NaV1.9 as an important contender in regulating activity dependent axon growth in embryonic cultured motoneurons. NaV1.9 could therefore be considered as a prospective molecule that could play an important role in regulating axon growth in motoneuron disease models like spinal muscular atrophy (SMA).},
  subject      = {Axon},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bischoff2009,
  author    = {Bischoff, Sebastian},
  title     = {Lokalisation und Expression von spannungsabh{\"a}ngigen Natriumkan{\"a}len an ventrikul{\"a}ren, neonatalen Kardiomyozyten der Ratte},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37320},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Spannungsabh{\"a}ngige Natriumkan{\"a}le bestehen aus einer \&\#945;-Untereinheit und zugeh{\"o}rigen \&\#946;-Untereinheiten und sind verantwortlich f{\"u}r die schnelle Aufstrichphase eines Aktionspotenzials. Die \&\#945;-Untereinheit bildet unter anderem die Pore, w{\"a}hrend die assoziierten \&\#946;-Untereinheiten Zelladh{\"a}sionsaufgaben erf{\"u}llen und verantwortlich f{\"u}r Modulation der Kinetik und die Kommunikation mit dem Extrazellular-raum sind. In Vorarbeiten an Herzen von S{\"a}ugetieren konnte gezeigt werden, dass sowohl die eigentliche kardiale Isoform Nav1.5, als auch die TTX-sensitiven, neuronalen Isoformen Nav1.1, Nav1.3 und Nav1.6 vorkom-men. Diesen Untersuchungen lagen adulte Kardiomyozyten zugrunde. Unklar war allerdings die Lokalisation und Expression von Natrium-kan{\"a}len an neonatalen Herzmuskelzellen. In der vorliegenden Arbeit erfolgte die Isolation ventrikul{\"a}rer Kardio-myozyten von Herzen neonataler, ein bis zwei Tage alter Ratten. Diese wurden nach zwei Tagen in Kultur mit spezifischen Antik{\"o}rpern gegen \&\#945;-und \&\#946;-Untereinheiten mithilfe immunzytochemischer Unter-suchungsmethoden gef{\"a}rbt. Zus{\"a}tzlich wurden Connexin 43 und \&\#945;-Actinin als Marker f{\"u}r Disci intercalares und intrazellul{\"a}re Sarkomere im Sinne einer Doppelf{\"a}rbung dargestellt. Die Auswertung erfolgte mittels konfokaler Mikroskopie. Die Ergebnisse zeigten eine Darstellung sowohl der kardialen (Nav1.5), als auch der neuronalen, TTX-sensitiven \&\#945;-Natriumkanalisoformen (Nav1.1, Nav1.2, Nav1.3 und Nav1.6). Ebenso ließen sich alle vier bekannten \&\#946;-Untereinheiten detektieren. Im Unterschied zu adulten Kardiomyozyten zeigte sich kein iso-formenspezifisches Verteilungsmuster, sondern eine gleichm{\"a}ßige Ver-teilung aller Natriumkanaluntereinheiten {\"u}ber die Zellmembran. Es konnte f{\"u}r die dargestellten Isoformen eine Kolokalisation mit Connexin 43 an den Disci intercalares detektiert werden. Dies weist auf eine wichtige Rolle bei der Erregungsfortleitung von Zelle zu Zelle hin.},
  subject      = {Natriumkanal},
  language  = {de}
}