@phdthesis{Bickert2008,
  author    = {Bickert, Volker},
  title     = {Neue k{\"u}nstliche Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren zur Komplexierung von Oxo-Anionen in Wasser},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-32460},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Ziel der Dissertation „Neue k{\"u}nstliche Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren zur Komplexierung von Oxo-Anionen in Wasser" war die Weiterentwicklung dieser Rezeptoren nach Schmuck f{\"u}r die Komplexierung insbesondere von Carboxylaten, um sie hinsichtlich Bindungsaffinit{\"a}t und Substratspezifit{\"a}t zu optimieren. Dazu wurde zun{\"a}chst die Synthese zweier wichtiger Grundbausteine in einzelnen Schritten vollst{\"a}ndig {\"u}berarbeitet, wobei ver{\"a}nderte Reaktionsbedingungen und Aufarbeitungsschritte zu gesteigerten Ausbeuten f{\"u}hrten. Dadurch ist es nun m{\"o}glich, diese Bausteine effizienter zu synthetisieren und im Multigramm-Maßstab f{\"u}r die Darstellung von Rezeptoren zur Oxo-Anionen-Erkennung einzusetzen. Weiterhin wurde die Verbesserung der Komplexierungseigenschaften gegen{\"u}ber Carboxylaten auf zwei Arten untersucht: zum einen durch das Anbringen eines zus{\"a}tzlichen Seitenarms an der Guanidinio-Einheit zur Bildung von Guanidiniocarbonylpyrrol-Tweezer-Rezeptoren, zum anderen durch das Einf{\"u}hren einer zweiten positiven Ladung neben der Carboxylat-Bindungsstelle (CBS) zur Darstellung biskationischer Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren. Zur Darstellung von Tweezer-Rezeptoren wurde ein zus{\"a}tzlicher Seitenarm an der N'-Position der Guanidinio-Einheit angebracht. Die beiden Arme sollten ein Substrat pinzettenartig von zwei Seiten, mit der CBS als Kopfgruppe, komplexieren k{\"o}nnen. Durch zus{\"a}tzliche Wechselwirkungen des neuen Seitenarms sollte neben einer st{\"a}rkeren Komplexierung vor allem eine h{\"o}here Substratspezifit{\"a}t erzielt werden. Die experimentell ermittelten Bindungskonstanten lagen allerdings im Bereich der N'-unsubstituierten Rezeptoren. Somit stellen die Tweezer-Modifikationen daher keine Verbesserung der Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren dar. In einem weiteren Projekt zur Rezeptor-Optimierung wurden, durch Einf{\"u}hrung einer zweiten positiven Ladung in Form einer terminalen Ammonium-Gruppe, biskationische Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren erfolgreich synthetisiert. Die Komplexierungseigenschaften dieser biskationischen Rezeptoren wurden in Bindungsstudien vornehmlich mit Aminos{\"a}urecarboxylaten mittels UV- und Fluoreszenz-Spektroskopie, Massenspektrometrie, NMR-Spektroskopie, ITC und Molecular Modeling Berechnungen untersucht. Anhand der Substratspezifit{\"a}t der biskationischen Rezeptoren wurde deutlich, dass die Spacerl{\"a}nge, an der die zus{\"a}tzliche positive Ladung angebracht ist, eine entscheidende Rolle bei der Komplexierung spielte. Galten eigentlich starre, pr{\"a}organisierte, kurze Linker als vorteilhaft hinsichtlich der Entropie, so ist hier zu erkennen, dass l{\"a}ngere, flexiblere Linker zu einer besseren Komplexierung f{\"u}hren k{\"o}nnen, wenn geeignete zus{\"a}tzliche nichtkovalente Wechselwirkungen m{\"o}glich sind. Die biskationischen Rezeptoren stellen damit eine Optimierung des Carboxylat-Bindungsmotivs der Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren nach Schmuck in der Anionen-Erkennung dar.},
  subject      = {Molekulare Erkennung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Heinecke2010,
  author    = {Heinecke, Kai},
  title     = {Die Dynamik der prim{\"a}ren Erkennungsschritte von BMP-Rezeptoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-49257},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) bilden zusammen mit den Activinen, Growth and Differentiation Factors (GDFs) und Transforming Growth Factor \&\#946; (TGF-\&\#946;) die Transforming Growth Factor \&\#946;-Superfamilie von sekretierten Signalproteinen. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Entwicklung, Erhaltung und Regeneration von Geweben und Organen. Die Signalvermittlung dieser Proteine erfolgt durch die Bindung von zwei verschiedenen Typen von Serin-/Threonin-Kinaserezeptoren, die als Typ-I- und Typ-II-Rezeptoren bezeichnet werden. Im ersten Schritt erfolgt die Bindung an den hochaffinen Rezeptor (im Fall von BMP-2 der Typ-I-Rezeptor), im n{\"a}chsten Schritt wird der niederaffine Rezeptor in den Komplex rekrutiert. Bis heute sind lediglich sieben Typ-I- und f{\"u}nf Typ-II-Rezeptoren bekannt, was auf eine Promiskuit{\"a}t in der Liganden-Rezeptor-Interaktion schließen l{\"a}sst. Die Architektur beider Rezeptorsubtypen ist dabei relativ {\"a}hnlich. Beide bestehen aus einer ligandenbindenden extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}ne, einer Transmembrandom{\"a}ne sowie einer intrazellul{\"a}ren Kinasedom{\"a}ne. Eine nacheinander ablaufende Transphosphorylierung der intrazellul{\"a}ren Dom{\"a}nen f{\"u}hrt zu einer Phosphorylierung von SMAD-Proteinen, die dann als nachgeschaltete Vermittler fungieren und die Transkription regulierter Gene ausl{\"o}sen. Im Hauptteil dieser Arbeit wurden die initialen Schritte der Rezeptorkomplexformierung sowie die Mobilit{\"a}t der Rezeptoren mit Hilfe von fluoreszenzmikroskopischen Methoden untersucht. Dabei konnte festgestellt werden, dass f{\"u}r die Bildung eines Signalkomplexes eine bestimmte Schwellenkonzentration des Liganden n{\"o}tig ist und dass der Mechanismus nach einem Alles-oder-Nichts-Prinzip wie ein Schalter funktioniert. Außerdem konnten Unterschiede in der Nutzung der gleichen Rezeptoren durch verschiedene Liganden festgestellt werden. Die anderen Teile der Arbeit befassen sich mit der Funktionalit{\"a}t der verschiedenen Rezeptordom{\"a}nen in der Signal{\"u}bermittlung, der Analyse von hoch- und niederaffinen Ligandenbindestellen auf ganzen Zellen sowie dem Einfluss des SMAD- und des MAPK-Signalwegs auf die Induktion der Alkalischen Phosphatase. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Art der SMAD-Phosphorylierung allein vom Typ der Kinasedom{\"a}ne abh{\"a}ngig ist, dass auf einer Zelle verschiedene Rezeptorpopulationen existieren, welche von unterschiedlichen Ligandenkonzentrationen angesprochen werden, und dass die Induktion der Alkalischen Phosphatase stark vom zeitlichen Verlauf der SMAD- und MAPK-Aktivierung abh{\"a}ngig ist.},
  subject      = {Knochen-Morphogenese-Proteine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Keller2004,
  author    = {Keller, Sascha},
  title     = {Struktur- und Funktionsanalysen an BMP Ligand-Rezeptor-Komplexen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12467},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {F{\"u}r BMPs wie auch die anderen Mitglieder der TGF-beta-Superfamilie beginnt der Signalweg mit der Bindung des Liganden an zwei Typen transmembran{\"a}rer Rezeptoren. Die Ligand-Rezeptor Interaktionen sind dabei durch unterschiedliche Affinit{\"a}t und Spezifit{\"a}t gekennzeichnet und bilden wahrscheinlich die Grundlage f{\"u}r das breite Spektrum biologischer Funktionen. In dieser Arbeit wurde mittels einer Struktur- und Funktionsanalyse von BMP Ligand-Rezeptor Komplexen die molekulare Basis f{\"u}r die Affinit{\"a}t und Spezifit{\"a}t dieser Wechselwirkungen untersucht. Hierf{\"u}r wurde die Kristallstruktur des BMP-2 : BR-IAec Ligand-Rezeptor Komplexes bei einer Aufl{\"o}sung von 1,9{\AA} ermittelt. Mit der h{\"o}heren Aufl{\"o}sung war die Charakterisierung der geometrischen Parameter eines Netzwerks von zehn Wasserstoff-Br{\"u}ckenbindungen in der Interaktionsfl{\"a}che zwischen BMP-2 und BR-IAec m{\"o}glich. Deren zentrale Bedeutung f{\"u}r dieWechselwirkung konnte auch durch funktionelle Analyse best{\"a}tigt werden. So stellen die im Zentrum der Bindungsfl{\"a}che liegenden Wasserstoff-Br{\"u}ckenbindungen BMP-2 Leu51 (N) : BR-IAec Gln86 (OE1) und BMP-2 Leu51 (O) : BR-IAec Gln86 (NE1), sowie die BMP-2 Asp53 (N) : BR-IAec Cys77 (O) H-Br{\"u}cke die Hauptdeterminanten der Ligand-Rezeptor Bindung dar. Dar{\"u}ber hinaus ließ sich aus der strukturellen Analyse des "wrist"-Epitops von BMP-2 eine besondere Bedeutung der Pr{\"a}-Helix Schleife L2, sowie der im Kontakt eingeschlossenen Wassermolek{\"u}le f{\"u}r die Anpassung der Bindungsfl{\"a}che an unterschiedliche Interaktionspartner ableiten. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage f{\"u}r ein neues Modell zur Beschreibung von Affinit{\"a}t und Spezifit{\"a}t der hochaffinen BMP-Typ I Rezeptor Interaktion. Dabei stellen die Wasserstoff-Br{\"u}ckenbindungen den Hauptanteil zur Bindungsenergie, w{\"a}hrend die hydrophobe Umgebung in der Interaktionsfl{\"a}che die Bildung von Wasserstoff-Br{\"u}ckenbindungen energetisch beg{\"u}nstigen und hydrophobe Wechselwirkungen nur geringf{\"u}gigen Einfluss auf die Affinit{\"a}t nehmen. Die vorliegenden Arbeit beschreibt zudem die Pr{\"a}paration und Kristallisation von bin{\"a}ren Ligand-Typ I Rezeptor Komplexen f{\"u}r BMP-2, BMP-6 und GDF-5, sowie die der tern{\"a}ren Komplexe von BMP-2, BR-IAec und ActR-IIec bzw. BR-IIec. Die extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}nen der hierf{\"u}r verwendeten Rezeptoren wurden durch Expression in E.coli oder Sf-9 Insektenzellen erhalten. Ihre funktionelle Charakterisierung erfolgte durch BIAcore Interaktionsanalyse an immobilisierten Liganden, wobei in Abh{\"a}ngigkeit vom Ligand-Rezeptor Komplex unterschiedliche Affinit{\"a}ten ermittelt werden konnten. In {\"U}bereinstimmung mit den hierbei erhaltenen Daten wurden die Ligand-BMP Typ IB Rezeptor Komplexe f{\"u}r BMP-2, BMP-6 und GDF-5, sowie der GDF-5 : BR-IAec Ligand-Rezeptor Komplex pr{\"a}pariert. Des Weiteren konnte die Bildung des tern{\"a}ren BMP-2 : BR-IAec : ActR-IIec Ligand-Rezeptor Komplexes in L{\"o}sung nachgewiesen werden. F{\"u}r all diese Komplexe konnten Kristallisationsbedingungen ermittelt werden. Trotz Optimierung dieser Bedingungen reichte die Qualit{\"a}t der erhaltenen Kristalle nicht f{\"u}r eine Aufkl{\"a}rung der Struktur aus. F{\"u}r eine detailliertes Verst{\"a}ndnis der Mechanismen der Rezeptoraktivierung muss die strukturelle und funktionelle Charakterisierung von BMP Ligand-Rezeptor Komplexen fortgef{\"u}hrt werden. Die pr{\"a}sentierten Ergebnisse deuten darauf hin, dass {\"u}ber die Kenntnis der einzelnen Affinit{\"a}ten und die gezielte Modifikation der Interaktionspartner eine erfolgreiche Strukturanalyse dieser Ligand-Rezeptor Komplexe m{\"o}glich ist.},
  subject      = {Knochen-Morphogenese-Proteine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Zuern2009,
  author    = {Z{\"u}rn, Alexander},
  title     = {Spezifische Markierungsverfahren von Rezeptoren mit kleinen Fluorophoren zur Analyse der Rezeptoraktivierung mittels FRET},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35961},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Es gibt viele Hinweise, dass G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bei ihrer Aktivierung durch einen Agonisten ligandenselektive Konformationen eingehen. Ein tats{\"a}chlichen Beleg hierf{\"u}r konnte bisher in lebenden Zellen noch nicht erbracht werden. Zu diesem Zweck wurde in dieser Arbeit ein Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET)-basierter Ansatz gew{\"a}hlt, um ligandenselektive Konformationen in der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife des \&\#945;2a-adrenergen Rezeptors (\&\#945;2a-AR) in lebenden Zellen darzustellen. Dazu wurden Rezeptorsensoren erstellt, welche jeweils ein CFP am Ende des C-Terminus trugen und in der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife an verschiedenen Stellen mit einem Tetracysteinmotiv versehen wurden. Drei Konstrukte wurden verglichen, die das Tetracysteinmotiv N-terminal in der N{\"a}he der Transmembrandom{\"a}ne V (I3-N), in der Mitte der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife (I3-M) beziehungsweise C-terminal in der N{\"a}he der Transmembrandom{\"a}ne VI (I3-C) trugen. Die drei Rezeptorsensoren unterschieden sich hinsichtlich ihrer Ligandenbindung sowie ihrer G-Proteinaktivierung nicht vom Wildtyp \&\#945;2a-AR. Durch das Tetracysteinmotiv ist es m{\"o}glich, den Rezeptor spezifisch mit dem niedermolekularen Fluorophor FlAsH (fluorescein arsenical hairpin binder) zu markieren, welcher als Akzeptor f{\"u}r den Donor CFP in FRET-Experimenten dient. Die {\"A}nderung des FRET-Signals zwischen den beiden Fluorophoren, das durch den vollen Agonist Norepinephrin ausgel{\"o}st wurde, war bei allen drei Rezeptorsensoren vergleichbar. Der starke partielle Agonist Clonidin war ebenfalls in der Lage, in allen drei Konstrukten ein {\"a}hnliches FRET-Signal hervorzurufen. Dagegen zeigte der partielle Agonist Dopamin an dem Konstrukt I3-N ein signifikant schw{\"a}cheres Signal, als an I3-C. Die schwachen partiellen Agonisten Octopamin und Norphenephrin konnten an den Konstrukten I3-N und I3-M keine {\"A}nderung des FRET-Signals bewirken, wobei an I3-C eine deutliche Signal{\"a}nderung detektiert wurde. Dies legt nahe, dass die Transmembrandom{\"a}ne V bei der Aktivierung des Rezeptors eine kleinere Bewegung eingeht als die Transmembrandom{\"a}ne VI, und best{\"a}tigt damit ein auf R{\"o}ntgenstrukturanlysen basierendes Modell der Rezeptorbewegung. Außerdem wurden die Aktivierungskinetiken f{\"u}r die Agonisten Norepinephrin und Dopamin verglichen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die durch Norepinephrin ausgel{\"o}ste Bewegung an allen beobachteten Punkten gleich schnell war. Im Gegensatz dazu aktivierte Dopamin I3-C und I3-M ca. 1,5-mal langsamer, als Norepinephrin. F{\"u}r das I3-N Konstrukt wurde sogar eine 3-mal langsamere Aktivierung gemessen. Diese Daten zeigen, dass unterschiedliche Agonisten in der dritten intrazellul{\"a}ren Schleife spezifische Konformationen ausl{\"o}sen k{\"o}nnen. Die Untersuchungen zur Rezeptorbewegung im ersten Teil dieser Arbeit wurde mit dem kleinen Fluorophor FlAsH in Kombination mit einer großen GFP-Variante durchgef{\"u}hrt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, bei der es m{\"o}glich ist Proteine spezifisch mit beiden kleinen Fluorophoren FlAsH und ReAsH in einer lebenden Zelle zu markieren. Hierf{\"u}r wurden zwei Tetracysteinmotive, CCPGCC und FLNCCPGCCMEP, gew{\"a}hlt, an die beide kleine Fluorophore kovalent binden. Durch Verdr{\"a}ngungsexperimente mit BAL konnte gezeigt werden, dass FlAsH f{\"u}r beide Motive eine dreifach h{\"o}here Affinit{\"a}t besitzt, als ReAsH. Dabei besitzt das FLNCCPGCCMEP-Motiv jedoch eine dreifach h{\"o}here Affinit{\"a}t zu dem jeweiligen Fluorophor besitzt als CCPGCC. Durch Ausnutzung dieser Affinit{\"a}tsunterschiede konnte ein Protokoll entwickelt werden, mit dem es m{\"o}glich ist, beide Motive in einer Zelle zu markieren. Dabei werden zun{\"a}chst beide Motive mit ReAsH markiert. Durch anschließendes Waschen mit einer geeigneten Konzentration von BAL wird das ReAsH ausschließlich von der CCPGCC-Sequenz verdr{\"a}ngt, wohingegen die FLNCCPGCCMEP-Sequenz mit ReAsH markiert bleibt. Die nun unbesetzte CCPGCC-Sequenz kann dann anschließend mit FlAsH markiert werden, ohne dabei die Bindung des ReAsH an die FLNCCPGCCMEP-Sequenz zu beeinflussen. Um die Funktionalit{\"a}t dieses Protokolls zu {\"u}berpr{\"u}fen, sollten zwei verschiedene Proteine mit unterschiedlicher subzellul{\"a}rer Lokalisation in einer lebenden Zelle spezifisch mit jeweils einem kleinen Fluorophor markiert werden. Hierzu wurden ein PTH-Rezeptor, in dem im C-Terminus die FLNCCPGCCMEP-Sequenz eingebracht wurde, mit ReAsH und ein \&\#946;-Arrestin-2, dem die CCPGCC-Sequenz eingebracht wurde, in Zellen co-exprimiert und gem{\"a}ß dem Protokoll mit FlAsH und ReAsH markiert. Beide Proteine konnten spezifisch markiert werden, wobei der mit ReAsH markierte PTH-Rezeptor eine deutliche Lokalisation in der Zellmembran zeigte. Durch sequentielle Exzitation konnte in der gleichen Zelle das zytosolisch lokalisierte, mit FlAsH markierte \&\#946;-Arrestin-2 detektiert werden. Wurden die so markierten Zellen mir 1 µM PTH stimuliert, wurde das FlAsH-markierte \&\#946;-Arrestin-2 an die Zellmembran rekrutiert. Somit konnte durch die Entwicklung dieses Protokolls eine duale spezifische Markierung von Proteinen mit zwei kleinen Fluorophoren zu innerhalb einer Zelle erreicht werden.},
  subject      = {Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer},
  language  = {de}
}