@phdthesis{Wuttke2009,
  author    = {Wuttke, Martin},
  title     = {Die Kommunikation zwischen Aldosteron, dem humanen Mineralokortikoidrezeptor und der cAMP/CRE - Signalkaskade},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-48072},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Doktorarbeit {\"u}ber den Einfluss von Aldosteron auf den intrazellul{\"a}ren Betarezeptorsignalweg. Erkl{\"a}rungsansatz f{\"u}r profibrotische Effekte von Aldosteron.},
  subject      = {Aldosteron},
  language  = {de}
}
@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{vanElten2014,
  author    = {van Elten, Elisabeth},
  title     = {Altersabh{\"a}ngige Vulnerabilit{\"a}t f{\"u}r supraventrikul{\"a}re und ventrikul{\"a}re Arrhythmien bei Popdc2-Nullmutanten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-105507},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Im Rahmen der Suche nach genetischen Korrelaten f{\"u}r die Suszeptibilit{\"a}t f{\"u}r Herzrhythmusst{\"o}rungen wurde man auf die Genfamilie mit der sogenannten Popey-Dom{\"a}ne aufmerksam. Ein Gen aus dieser Familie ist das Popdc2-Gen, welches f{\"u}r Transmembranproteine codiert, die m{\"o}glicherweise eine Rolle in der Zell-Adh{\"a}sion und Zell-Interaktion spielen. Diese fanden sich sowohl in adulten M{\"a}usen als auch im Reizleitungssystem des menschlichen Herzens in h{\"o}herer Dichte. Eine systemische elektrophyiologische Charakterisierung der Podpc2-Nullmutanten erbrachte normale AV-{\"U}berleitungseigenschaften und Sinusknotenerholzeit. Im Vergleich zu den Wildtyp-M{\"a}usen zeigten die transgenen Tiere eine erh{\"o}hte ektope Aktivit{\"a}t im Ventrikel nach Katecholamin-Stimulation(z.B. Kammerflimmern), sowie {\"o}fter Vorhofflimmern nach Burstman{\"o}vern. Arrhythmien konnten signifikant h{\"a}ufiger bei Popdc2-Knockout-M{\"a}usen > 9 Monaten nachgewiesen werden, dies k{\"o}nnte auf eine altersabh{\"a}ngige Alteration hindeuten. M{\"o}glicherweise spielt das Popdc2-Gen eine wichtige Rolle in der Pathogenese des pl{\"o}tzlichen Herztods durch ventrikul{\"a}re Arrhythmien.},
  subject      = {Herzrhythmusst{\"o}rungen},
  language  = {de}
}
@article{TianYangGao2020,
  author    = {Tian, Yuehui and Yang, Shang and Gao, Shiqiang},
  title     = {Advances, perspectives and potential engineering strategies of light-gated phosphodiesterases for optogenetic applications},
  series = {International Journal of Molecular Sciences},
  volume    = {21},
  journal   = {International Journal of Molecular Sciences},
  number    = {20},
  issn      = {1422-0067},
  doi       = {10.3390/ijms21207544},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-236203},
  year      = {2020},
  abstract  = {The second messengers, cyclic adenosine 3′-5′-monophosphate (cAMP) and cyclic guanosine 3′-5′-monophosphate (cGMP), play important roles in many animal cells by regulating intracellular signaling pathways and modulating cell physiology. Environmental cues like temperature, light, and chemical compounds can stimulate cell surface receptors and trigger the generation of second messengers and the following regulations. The spread of cAMP and cGMP is further shaped by cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) for orchestration of intracellular microdomain signaling. However, localized intracellular cAMP and cGMP signaling requires further investigation. Optogenetic manipulation of cAMP and cGMP offers new opportunities for spatio-temporally precise study of their signaling mechanism. Light-gated nucleotide cyclases are well developed and applied for cAMP/cGMP manipulation. Recently discovered rhodopsin phosphodiesterase genes from protists established a new and direct biological connection between light and PDEs. Light-regulated PDEs are under development, and of demand to complete the toolkit for cAMP/cGMP manipulation. In this review, we summarize the state of the art, pros and cons of artificial and natural light-regulated PDEs, and discuss potential new strategies of developing light-gated PDEs for optogenetic manipulation.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Stangl2012,
  author    = {Stangl, Christoph},
  title     = {Lichtgesteuerte Manipulation Zentraler Second Messenger in Pflanzen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85940},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden lichtaktivierte Nucleotidcyclasen auf Basis der lichtaktivierten Adenylatcyclase bPAC (=BlaC, Ryu et al., 2010; Stierl et al., 2011), sowie der direkt lichtaktivierbare Kationenkanal Channelrhodopsin-2 (Nagel et al., 2003) eingesetzt, um lichtinduzierte und damit nicht-invasive Manipulationen der Second Messenger cAMP, cGMP und Calcium, sowie des Membranpotentials in Pflanzenzellen vorzunehmen. Nach transienter Transfektion von N. benthamiana konnte sowohl die Expression der beiden Channelrhodopsinvarianten C128A::YFP und C128T::YFP (unver{\"o}ffentlichte Daten von R. Gueta und G. Nagel, 2008, Berndt et al., 2009; Bamann et al., 2010), als auch deren Lokalisation in der Plasmamembran von Protoplasten fluoreszenzmikroskopisch gezeigt werden. Die Funktion von Channelrhodopsin als lichtaktivierbarer Kationenkanal konnte in dieser Arbeit erstmals elektrophysiologisch in Pflanzenzellen nachgewiesen werden. In Einstichmessungen im Mesophyllgewebe von N. benthamiana wurden reproduzierbar blaulichtinduzierte Depolarisationen der Plasmamembran erzielt, die in Dauer und Frequenz {\"u}ber das applizierte Lichtmuster steuerbar waren. In Patch-Clamp-Messungen an epidermalen Protoplasten von N. benthamiana, welche transient Channelrhodopsin-2-C128A und Channelrhodopsin-2-C128T exprimierten, konnten zudem blaulichtinduzierte Einw{\"a}rts-Str{\"o}me gezeigt werden. Die Expression der beiden verwendeten Channelrhodopsinvarianten schien hierbei ann{\"a}hernd unabh{\"a}ngig von der vorliegenden Konzentration des zugegebenen Retinals. Des Weiteren konnte in A. thaliana sowohl die Expression als auch die Funktion der lichtaktivierbaren Adenylatcyclase bPAC::YFP (Stierl et al., 2011), sowie einer hieraus durch gezielte Mutation (nach Ryu et al., 2010) abgeleiteten lichtaktivierbaren Guanylatcyclase (bPGC::YFP) erstmalig in h{\"o}heren Pflanzen gezeigt werden. Nach Best{\"a}tigung der Funktion dieser beiden lichtaktivierbaren Nucleotidcyclasen in transient transfizierten Protoplasten von A. thaliana wurden zwei stabil transgene Pflanzenlinien generiert. ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT - 190 - Pflanzen dieser Linie exprimierten neben dem konstitutiv unter der Kontrolle des 35S-CaMV-Promotors exprimierten Calciumreporterprotein Aequorin zus{\"a}tzlich und unter der Kontrolle eines {\"o}strogeninduzierbaren Glucocorticoidpromotors (Zuo et al., 2000) die lichtaktivierten Nucleotidcyclasen bPAC::YFP bzw. bPGC::YFP. In beiden stabil transgenen Pflanzenlinien wurden Expression und Funktion der jeweiligen lichtaktivierten Nucleotidcyclase gezeigt. In Messungen an einem modifizierten Luminometer konnten weiterhin erstmals blaulichtinduzierte Calciumsignaturen in Pflanzenzellen generiert werden. Auf die Folge von Blaulichtpulsen kam es wiederholt zum Calciumeinstrom in Zellen der erstellten transgenen Pflanzenlinien. Neben der M{\"o}glichkeit, sowohl die Konzentration der cyclischen Nucleotide als auch des cytoplasmatischen Calciums {\"u}ber Licht zu manipulieren, wurde durch diese Pflanzen ein direkter Zusammenhang beider Second Messenger gezeigt. Weiterhin sind ph{\"a}notypische Auff{\"a}lligkeiten der erstellten Pflanzenlinien beobachtet worden. Es kam zur Verz{\"o}gerung des Keimungszeitpunktes bPAC::YFP-exprimierender Samen im Licht, jedoch wuchsen die Pflanzen im Anschluss an die verz{\"o}gerte Keimung normal und uneingeschr{\"a}nkt weiter. In bPAC::YFP-exprimierenden Pollen von Nicotiana SR-1 konnte zudem das Wachstum der Pollenschl{\"a}uche durch blaues Licht gestoppt werden. bPGC::YFP-exprimierende Pollen hingegen zeigten auch im blauen Licht unver{\"a}ndertes Pollenschlauchwachstum. Neben den beiden erfolgreich generierten, stabil transgenen Pflanzenlinien wurden in analogen Ans{\"a}tzen transgene A. thaliana Col-0 Aequorin Zellkulturlinien generiert, die neben dem konstitutiv aktiven Calciumreporterprotein Aequorin ebenso bPAC::YFP bzw. bPGC::YFP unter der Kontrolle des {\"o}strogeninduzierbaren Glucocorticoidpromotors (Zuo et al., 2000) exprimierten. Auch hier konnten Expression und Funktion beider Nucleotidcyclasen immunologisch und fluoreszenzmikroskopisch gezeigt werden. {\"U}ber den Einsatz einer sog. 2A-Sequenz wurde weiterhin ein funktionsf{\"a}higes Fusionskonstrukt aus dem cAMP-aktivierten Kationenkanal CNGA2 (C460W-E583M, nach Rich et al., 2001) und der lichtaktivierten Adenylatcyclase EuPACα (Iseki et al., 2002) erstellt. Die Funktion dieses Fusionskonstruktes wurde elektrophysiologisch sowie immunologisch gezeigt.},
  subject      = {Calciumion},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Pitsch2024,
  author    = {Pitsch, Maximilian Jonathan},
  title     = {Zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) als {\"A}quivalent akkumulierter neuronaler Evidenz},
  doi       = {10.25972/OPUS-35129},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-351292},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Die vier Crz-Neurone des ventralen Nervensystems von Drosophila melanogaster sammeln Evidenz, wann im Rahmen eines Paarungsakts zirka 6 Minuten vergangen sind. Diese Entscheidung ist f{\"u}r die m{\"a}nnliche Fliege von Bedeutung, da das M{\"a}nnchen vor Ablauf dieser ~6 Minuten, welche den Zeitpunkt der Ejakulation darstellen, eher das eigene Leben opfern w{\"u}rde, als dass es die Paarung beenden w{\"u}rde. Nach Ablauf der ~6 Minuten f{\"a}llt die Motivation des M{\"a}nnchens dagegen dramatisch ab. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde zun{\"a}chst mittels optogenetischer neuronaler Inhibitionsprotokolle sowie Verhaltensanalysen das Ph{\"a}nomen der Evidenz-akkumulation in den Crz-Neuronen genauer charakterisiert. Dabei zeigte sich, dass die akkumulierte Evidenz auch w{\"a}hrend einer elektrischen Inhibition der Crz-Neurone persistierte. Dieses Ergebnis warf die Hypothese auf, dass das {\"A}quivalent der akkumulierten Evidenz in den Crz-Neuronen biochemischer Natur sein k{\"o}nnte. Es wurde daraufhin ein Hochdurchsatzscreening-Verfahren entwickelt, mittels dessen 1388 genetische Manipulationen der Crz-Neurone durchgef{\"u}hrt und auf eine {\"A}nderung der Evidenzakkumulation getestet wurden. Nur ~30 genetische Manipulationen zeigten eine ver{\"a}nderte Evidenzakkumulation, wobei die meisten dieser Manipulationen den cAMP-Signalweg betrafen. Mittels der optogenetischen Photoadenylatzyklase bPAC, einer Reihe weiterer genetischer Manipulationen des cAMP-Signalwegs sowie der ex vivo Kalzium-Bildgebung und Fluoreszenzlebensdauer-Mikroskopie konnte best{\"a}tigt werden, dass cAMP das {\"A}quivalent der in den Crz-Neuronen spannungsabh{\"a}ngig akkumulierten Evidenz darstellt, wobei die Kombination dieser Methoden nahelegte, dass der Schwellenwert der Evidenzakkumulation durch die cAMP-Bindungsaffinit{\"a}t der regulatorischen PKA-Untereinheiten festgelegt sein k{\"o}nnte. Mittels genetischer Mosaikexperimente sowie bildgebenden Verfahren konnte dar{\"u}ber hinaus gezeigt werden, dass innerhalb des Crz-Netzwerks eine positive R{\"u}ckkopplungsschleife aus rekurrenter Aktivit{\"a}t sowie der cAMP-Akkumulation besteht, welche, sobald die cAMP-Spiegel den Schwellenwert erreichen, zu einem netzwerkweit synchronisierten massiven Kalziumeinstrom f{\"u}hrt, was die Abgabe des Crz-Signals an nachgeschaltete Netzwerke triggert. Dieses Ph{\"a}nomen k{\"o}nnte ein Analogon des Aktionspotenzials auf Netzwerkebene sowie auf Intervallzeitskalen darstellen und wurde als „Eruption" bezeichnet. Genetische, optogenetische sowie Bildgebungsexperimente konnten zeigen, dass die CaMKII derartige Eruptionen durch Niedrighalten der cAMP-Spiegel unterdr{\"u}ckt, was den Zeitmessmechanismus des ersten beschriebenen Intervallzeitmessers CaMKII offenlegt.},
  subject      = {Evidenz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Peter2012,
  author    = {Peter, Dominik},
  title     = {Reorganisation der Zellkontakte der Endothelbarriere bei der Stabilisierung durch cAMP und Rac1},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-97787},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Zwischen Blutkompartiment und umliegenden Interstitium besteht eine Barriere, die durch eine einzelne Schicht aus Endothelzellen gebildet wird. Essentiell f{\"u}r diese Barriere, deren Funktion in der Begrenzung des Austausches von Fl{\"u}ssigkeit und gel{\"o}sten Stoffen liegt, sind interzellul{\"a}re Junktionen, welche die Endothelzellen miteinander verbinden. Durch eine gest{\"o}rte Funktion und Regulation der Endothelbarriere entstehen beim Menschen verschiedene Pathologien wie zum Beispiel {\"O}deme, h{\"a}morrhagischer Schlaganfall und vaskul{\"a}re Malformationen. Es ist bekannt, dass cAMP die Endothelbarriere zum Teil durch Aktivierung der kleinen GTPase Rac1 stabilisiert. Trotz der großen medizinischen Relevanz dieses Signalweges, sind die damit einhergehenden Effekte auf die interzellul{\"a}ren Kontakte auf ultrastruktureller Ebene weitgehend unbekannt. In mikrovaskul{\"a}ren Endothelzellkulturen kam es {\"a}hnlich wie in intakten Mikrogef{\"a}ßen zur St{\"a}rkung der Barrierefunktion. So resultierte sowohl nach Behandlung mit Forskolin und Rolipram (F/R), welche zur Steigerung der intrazellul{\"a}ren cAMP-Spiegel f{\"u}hren, als auch nach Zugabe von 8-(4-chlorophenylthio)-2´-O-methyladenosin-3´,5´-cyclic monophosphorothioate (O-Me-cAMP), einem selektiven Aktivator des cAMP nachgeschalteten Epac/Rap1-Signalweges, ein Anstieg des TER; außerdem konnte durch beide Substanzen (F/R und O-Me-cAMP) die Aktivierung von Rac1 induziert werden. Desweiteren wurde eine verst{\"a}rkte Intensit{\"a}t und Linearisierung des Immunfluoreszenzsignals der Zelljunktionsproteine VE-Cadherin und Claudin5 entlang der Zellgrenzen beobachtet. In der ultrastrukturellen Analyse der interzellul{\"a}ren Kontaktzonen-Architektur zeigte sich unter F/R- oder O-Me-cAMP-Exposition ein signifikanter Anstieg an komplexen Interdigitationen. Diese komplexen Strukturen waren dadurch charakterisiert, dass sich die Membranen benachbarter Zellen, die durch zahlreiche endotheliale Junktionen stabilisiert wurden, {\"u}ber vergleichsweise lange Distanzen eng aneinanderlegten, so dass ein deutlich verl{\"a}ngerter Interzellularspalt resultierte. Die Inhibition der Rac1-Aktivierung durch NSC-23766 verminderte die Barrierefunktion und blockierte effektiv die O-Me-cAMP-vermittelte Barrierestabilisierung und Reorganisation der Kontaktzone einschließlich der Junktionsproteine. Demgegen{\"u}ber konnte die F/R-vermittelte Barrierestabilisierung durch NSC-23766 nicht beeintr{\"a}chtigt werden. Parallel dazu durchgef{\"u}hrte Experimente mit makrovaskul{\"a}ren Endothelien zeigten, dass es in diesem Zelltyp unter Bedingungen erh{\"o}hter cAMP-Konzentrationen weder zur Rac1-Aktivierung noch zur Barrierest{\"a}rkung oder Kontaktzonen-Reorganisation kam. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass in mikrovaskul{\"a}ren Endothelien Rac1-vermittelte {\"A}nderungen der Kontaktzonen-Morphologie zur cAMP-induzierten Barrierestabilisierung beitragen.},
  subject      = {Endothelbarriere},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Nikolaev2005,
  author    = {Nikolaev, Viacheslav},
  title     = {Development and application of fluorescent cAMP und cGMP biosensors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15673},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {The cyclic nucleotides cAMP and cGMP are two ubiquitous important second messengers, which regulate diverse physiological responses from vision and memory to blood pressure and thrombus formation. They act in cells via cAMP- and cGMP-dependent protein kinases (PKA and GK), cyclic nucleotide-gated channels and Epac. Although the concept of cyclic nucleotide signalling is well developed based on classical biochemical studies, these techniques have not allowed to analyze cAMP and cGMP in live cells with high temporal and spatial resolution. In the present study fluorescence resonance energy transfer was used to develop a technique for visualization of cAMP and cGMP in live cells and in vitro by means of fluorescent biosensors. Ligand-induced conformational change in a single nucleotide-binding domain flanked with green fluorescent protein mutants was used for dynamic, highly sensitive measurements of cAMP and cGMP. Such biosensors retained binding properties and chemical specificity of unmodified domains, allowing to image cyclic nucleotides in a physiologically relevant range of concentrations. To develop cAMP-sensors, binding domains of PKA, Epac and cAMP-gated HCN-channel were used. cGMP-sensors were based on single domains of GK and phosphodiesterases (PDEs). Sensors based on Epac were used to analyze spatio-temporal dynamics of cAMP in neurons and macrophages, demonstrating that cAMP-gradients travel with a high speed (~ 40 \&\#956;m/s) throughout the entire cytosol. To understand the mechanisms of cAMP-compartmentation, kinetics properties of phosphodi-esterase (PDE2) were, next, analyzed in aldosterone producing cells. PDE2 is able to rapidly hydrolyze extensive amounts of cAMP, so that the speed of cAMP-hydrolysis is much faster than that of its synthesis, which might serve as a basis of compartmentation. cAMP-sensors were also used to develop a clinically relevant diagnostic method for reliable detection of \&\#946;1-adrenergic receptor autoantibodies in cardiac myopathy patients, which has allowed to significantly increase the sensitivity of previously developed diagnostic approaches. Conformational change in a single binding domain of GK and PDE was, next, used to create novel fluorescent biosensors for cGMP. These sensors demonstrated high spatio-temporal resolution and were applied to analyze rapid dynamics of cGMP production by soluble and particulate guanylyl cyclases as well as to image cGMP in mesangial cells. In summary, highly sensitive biosensors for cAMP and cGMP based on single cyclic nucleotide-binding domains have been developed and used in various biological and clinically relevant applications.},
  subject      = {Cyclo-AMP},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mayer2009,
  author    = {Mayer, Christine Rita},
  title     = {Zyklisches AMP kompensiert morphologische und funktionelle Defekte in isolierten Smn-defizienten Motoneuronen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-46457},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die proximale spinale Muskelatrophie (SMA) ist eine autosomal rezessive Erb-krankheit, welche durch fortschreitende Muskelatrophie mit Betonung der pro-ximalen Extremit{\"a}ten, sowie zunehmende motorische L{\"a}hmungen charakterisiert wird. Bedingt wird diese neurodegenerative Erkrankung durch Mutation bzw. Deletion des SMN1-Gens auf Chromosom 5q13. Dies f{\"u}hrt zu reduzierten Mengen des ubiquit{\"a}r exprimierten SMN-Proteins, da der Verlust des SMN1-Gens nicht durch das noch verbleibende SMN2-Gen kompensiert werden kann. Die SMN-Promotor-Region enth{\"a}lt ein CRE II bindendes Element, welches Effekte von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) vermittelt und so die SMN-Transkription in untersuchten Zellen stimuliert. Ausgehend von diesem Befund stellte sich die Frage, ob cAMP dem Mangel an volll{\"a}ngen SMN bei der SMA entgegen wirkt. Daher wurden f{\"u}r diese Dissertation neurosph{\"a}renbildende kortikale Vorl{\"a}uferzellen und prim{\"a}r kultivierte Motoneuronen von Smn+/+; SMN2- und Smn-/-;SMN2-Mausembryonen untersucht, um zu kl{\"a}ren, ob die cAMP-Behandlung der Zellen zu einer Hochregulierung des SMN2-Transkripts f{\"u}hrt, und durch die resultierende Erh{\"o}hung des SMN-Proteingehalts morphologische und funktionelle Defekte kompensiert werden. Die Untersuchung zeigte eine signifikante Zunahme des SMN2-Transkriptgehalts in Anwesenheit von cAMP. Dadurch kam es zu einem Anstieg der SMN-Proteinmenge im Soma, Axon und Wachstumskegel von Smn-/-;SMN2-Motoneuronen. Die Verteilungs-st{\"o}rung des SMN-Interaktionspartners hnRNP R mit fehlender kontrolltypischer Anreicherung im distalen Axon und Wachstumskegel von Smn-/-;SMN2-Motoneuronen wurde ebenfalls durch cAMP kompensiert. Smn-defiziente Mo-toneurone zeigten im Vergleich zu Kontrollzellen kleinere Wachstumskegel sowie ein Defizit an \&\#946;-Aktin im distalen Axon. Zudem fehlte in Smn-/-;SMN2-Motoneuronen die bei Kontrollen ausgepr{\"a}gte Zusammenlagerung von N-Typ spezifischen Ca2+-Kan{\"a}len in der Pr{\"a}synapse, die nach Kontakt mit der \&\#946;2-Kette des endplattenspezifischen Laminin-221 spontan {\"o}ffnen und so einen in-trazellul{\"a}ren Kalziumanstieg bewirken, wodurch es zu Erregbarkeitsst{\"o}rungen und Axonelongationsdefekten bei Smn-defizienten Motoneuronen kommt. Die Behandlung der Smn-defizienten Motoneuronen mit cAMP f{\"u}hrte zur Vergr{\"o}ßerung der Wachstumskegelfl{\"a}che und zu einer im Verlauf des Axons zunehmenden Anf{\"a}rbung mit \&\#946;-Aktin. Außerdem kam es zu einer Erh{\"o}hung der Menge an Cav2.2-Kanalprotein in den Wachstumskegeln Smn-defizienter Motoneurone, was mit einer erh{\"o}hten Erregbarkeit korrelierte und zu einer Normalisierung der Axonl{\"a}nge von Smn-/-;SMN2-Motoneuronen auf Laminin-221 f{\"u}hrte. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen die Vermutung zu, dass Smn-defiziente Motoneurone in vivo Defekte im pr{\"a}synaptischen Bereich der Motorendplatte aufweisen. In Zukunft k{\"o}nnen mit dem beschriebenen in vitro Assay weitere Substanzen, welche die SMN2-Traskription stimulieren, auf ihr kompensatorisches Potential getestet werden.},
  subject      = {cAMP},
  language  = {de}
}
@article{MaiellaroLohseKitteetal.2016,
  author    = {Maiellaro, Isabella and Lohse, Martin J. and Kitte, Robert J. and Calebiro, Davide},
  title     = {cAMP Signals in Drosophila Motor Neurons Are Confined to Single Synaptic Boutons},
  series = {Cell Reports},
  volume    = {17},
  journal   = {Cell Reports},
  number    = {5},
  doi       = {10.1016/j.celrep.2016.09.090},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162324},
  pages     = {1238-1246},
  year      = {2016},
  abstract  = {The second messenger cyclic AMP (cAMP) plays an important role in synaptic plasticity. Although there is evidence for local control of synaptic transmission and plasticity, it is less clear whether a similar spatial confinement of cAMP signaling exists. Here, we suggest a possible biophysical basis for the site-specific regulation of synaptic plasticity by cAMP, a highly diffusible small molecule that transforms the physiology of synapses in a local and specific manner. By exploiting the octopaminergic system of Drosophila, which mediates structural synaptic plasticity via a cAMP-dependent pathway, we demonstrate the existence of local cAMP signaling compartments of micrometer dimensions within single motor neurons. In addition, we provide evidence that heterogeneous octopamine receptor localization, coupled with local differences in phosphodiesterase activity, underlies the observed differences in cAMP signaling in the axon, cell body, and boutons.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Leweke2013,
  author    = {Leweke, Rhea},
  title     = {Die Rolle der NF-κB-Aktivierung beim LPS-induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83810},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Eine intakte Endothelbarriere ist eine unabdingbare Voraussetzung f{\"u}r die uneingeschr{\"a}nkte Funktion s{\"a}mtlicher Organe. Wird die Barrierefunktion durch entz{\"u}ndliche Prozesse gest{\"o}rt, so kommt es zum Austritt von Gef{\"a}ßfl{\"u}ssigkeit ins Interstitium. Dies resultiert in Organversagen und ist Mitverursacher der hohen Sterblichkeit bei systemischen Entz{\"u}ndungsreaktionen und Sepsis. Vorangehende Untersuchungen haben bereits wichtige Mechanismen aufgedeckt, die zum Barriereverlust f{\"u}hren (Schlegel et al., 2009). In dieser Studie wurde untersucht, ob die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF ĸB f{\"u}r den LPS-induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere von Bedeutung ist. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Einwirkung von LPS in zwei verschiedenen Endothelzelllinien, den makrovaskul{\"a}ren PSEC sowie den mikrovaskul{\"a}ren HDMEC, zu einer signifikanten Aktivierung von NF ĸB f{\"u}hrte. Dies wurde sowohl mittels Kernextraktionsversuchen als auch durch Immunfluoreszenzf{\"a}rbungen nachgewiesen. Messungen des TER zeigten eine Abnahme des endothelialen Widerstands und folglich der Barrierefunktion nach Applikation von LPS, gefolgt von einer spontanen Regeneration der Barriere nach einer Inkubationszeit von 24 h. Eine Erh{\"o}hung des intrazellul{\"a}ren cAMP Spiegels durch Applikation von Forskolin/Rolipram verhinderte zwar die LPS induzierte Bildung interzellul{\"a}rer L{\"u}cken, nicht jedoch die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF ĸB. Vielmehr verst{\"a}rkte eine cAMP Erh{\"o}hung sogar eine NF ĸB Aktivierung in HDMEC nach 4 h, ohne die Morphologie der Endothelzelljunktionen zu sch{\"a}digen. Der selektive NF ĸB Inhibitor NBD Peptid vermochte im Gegensatz dazu die LPS induzierte NF ĸB Aktivierung deutlich zu hemmen, verhinderte allerdings weder die interzellul{\"a}re L{\"u}ckenbildung noch den Abfall des TER durch LPS. Im Gegenteil - da unter Einwirkung von NBD Peptid die spontane Regeneration des TER nach LPS Applikation ausblieb, schienen barrierekompromittierende Effekte von LPS durch Hemmung der NF ĸB Aktivierung mittels NBD-Peptid sogar verst{\"a}rkt zu werden. In {\"U}bereinstimmung mit diesen Ergebnissen hemmte auch die Repression von NF ĸB p65 durch eine spezifische p65 siRNA den LPS induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere nicht. Weitere NF ĸB abh{\"a}ngige Proteine wie VASP und Caveolin 1, deren Beteiligung am Pathomechanismus von anderen Arbeitsgruppen vorgeschlagen wurde, blieben in unseren Experimenten unter LPS Exposition unver{\"a}ndert. Zusammenfassend scheint die NF ĸB Aktivierung initial nicht entscheidend am LPS induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere beteiligt zu sein. Unsere Ergebnisse legen vielmehr nahe, dass die Aktivierung des Transkriptionsfaktors m{\"o}glicherweise Teil eines „Rescue" Mechanismus sein k{\"o}nnte.},
  subject      = {Sepsis},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lechner2009,
  author    = {Lechner, Barbara Dorothea},
  title     = {Modulation des axonalen Wachstums prim{\"a}rer Motoneurone durch cAMP in einem Mausmodell f{\"u}r die Spinale Muskelatrophie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39585},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die Spinale Muskelatrophie (SMA) ist eine h{\"a}ufige autosomal-rezessiv vererbte Erkrankung des motorischen Nervensystems bei Kindern. Ursache der Degeneration von spinalen Motoneuronen ist der homozygote Verlust des SMN- (survival of motoneuron) Gens und ein dadurch bedingter Mangel an SMN-Protein. Untersuchungen an Motoneuronen von Smn-defizienten M{\"a}usen ergaben St{\"o}rungen des axonalen L{\"a}ngenwachstums aufgrund einer Fehlverteilung des Zytoskelettproteins beta-Aktin und seiner mRNA in den Axonterminalen. Das Axonwachstum wird durch Aktin-Polymerisierung im Wachstumskegel gesteuert. beta-Aktin-mRNA findet sich auch in Axonen, und die lokale Proteinsynthese kann durch neuronale Aktivierung gesteigert werden. Das SMN-Protein ist am axonalen Transport von beta-Aktin beteiligt. In der vorliegenden Arbeit ergaben Western Blot-Analysen in neuralen Stammzellen (NSC) sowie spinalen Motoneuronen in vitro eine Steigerung der SMN-Proteinexpression durch 8-CPT-cAMP. Zur Untersuchung der Auswirkungen der erh{\"o}hten SMN-Proteinmenge auf die Pathologie der Motoneurone wurde ein in-vitro-Assay entwickelt, mit dessen Hilfe gezeigt werden konnte, dass eine Behandlung mit 100 µM 8-CPT-cAMP die axonalen Ver{\"a}nderungen isolierter embryonaler Smn-defizienter Motoneurone kompensieren kann. Motoneurone von 14 Tage alten Smn-defizienten und Kontroll-Mausembryonen wurden {\"u}ber sieben Tage hinweg auf einer Matrix aus Poly-Ornithin und Laminin-111 bzw. Laminin-121/221 kultiviert und mit 100µM cAMP und neurotrophen Faktoren behandelt. Nach Fixierung wurden die Zellen mit Antik{\"o}rpern gegen Islet-1/2, tau und beta-Aktin gef{\"a}rbt, mit Hilfe eines konfokalen Mikroskops fotografiert und digital vermessen. 8-CPT-cAMP erh{\"o}ht den beta-Aktin-Gehalt in den axonalen Wachstumskegeln von Smn-defizienten Motoneuronen. Die Gr{\"o}ße der Wachstumskegel nimmt durch die Behandlung um das 2-3fache zu und erreicht normale Werte. Auf Laminin-111 bleibt das L{\"a}ngenwachstum der Axone durch 100µM 8-CPT-cAMP unbeeinflusst, auf Laminin-121/221 wird das L{\"a}ngenwachstum normalisiert. Die beta-Aktin-Verteilung innerhalb der Axone und Wachstumskegel von Smn-defizienten Motoneuronen erscheint durch die cAMP-Behandlung nahezu normalisiert. Die Wiederherstellung der beta-Aktin-Verteilung in Wachstumskegeln durch cAMP kann große Auswirkungen auf die Funktionalit{\"a}t der Motoneurone haben. Die Ergebnisse sind m{\"o}glicherweise ein erster Schritt auf dem Weg zu einer Therapie f{\"u}r die Spinale Muskelatrophie.},
  subject      = {Spinale Muskelatrophie},
  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{Jha2003,
  author    = {Jha, Mithilesh Kumar},
  title     = {Protein Kinase A regulates GATA-3 dependent Activation of IL-5 Gene Expression in T Helper Lymphocytes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-5281},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die durch Agentien wie IL-1\&\#945;, Prostaglandine oder Forskolin induzierte Erh{\"o}hung von intrazellul{\"a}rem zyklischem Adenosin-Monophosphat (cAMP) in T-Lymphozyten inhibiert die Synthese Th1-typischer Zytokine und stimuliert die Synthese Th2-typischer Zytokine. Die f{\"u}r die cAMP-vermittelte Induktion von Th2-Zytokinen verantwortlichen Signaltransduktionskaskaden sind bisher nur unvollst{\"a}ndig aufgekl{\"a}rt. Deshalb konzentrierte sich meine Dissertation auf die Erforschung des cAMP-Signalweges in prim{\"a}ren T-Helferzellen. W{\"a}hrend die Induktion muriner EL-4 T-Zellen mit Forskolin sowohl zur Aktivierung Th2-typischer als auch zur Inhibierung Th1-typischer Lymphokine f{\"u}hrt, kann die ektopische Expression einer katalytisch aktiven Proteinkinase A (PKA) zwar die Synthese von Th2-typischen Lymphokinen stimulieren, nicht jeder die Expression Th1-typischer Lymphokine inhibieren. Dies bedeutet, dass die Aktivierung von PKA selektiv an der Stimulation der Th2-Lymphokinexpression beteiligt ist, w{\"a}hrend andere, cAMP-abh{\"a}ngige Signaltransduktionswege zur Inhibierung Th1-typischer Lymphokine f{\"u}hren. Durch vergleichende Analysen verschiedener Th-Zellen konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass durch aktive PKA in Th0- und Th2, nicht jeder in Th1-Zellen die Expression von IL-5 erh{\"o}ht wird. Dieses Ph{\"a}nomen ist wahrscheinlich auf die unterschiedliche Konzentration des Transkriptionsfaktors GATA-3 zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. So kommt GATA-3 in Th2-Zellen in hoher, in Th0-Zellen in geringerer und in Th1-Zellen in sehr geringer Konzentration vor. Die ektopische Expression von GATA-3 in Th1-Zellen induziert die Synthese Th2- typischer Lymphokine, die durch erh{\"o}hte cAMP-Konzentration oder durch aktive PKA noch verst{\"a}rkt werden kann. Untersuchungen bez{\"u}glich des Einflusses erh{\"o}hter cAMP-Spiegel auf Th2- Lymphokine in der Th2-Zelllinie D10 zeigten, dass erh{\"o}hte cAMP-Konzentrationen nicht die PKA-Aktivit{\"a}t, sondern vielmehr die Aktivit{\"a}t der p38-Kinase stimuliert. Diese Aktivierung f{\"u}hrt zur Phosphorylierung von GATA-3 und dadurch zur Induktion der IL-5- und IL-13-Expression (Chen et al., 2000). In prim{\"a}ren T-Helferzellen, die im Mittelpunkt der hier vorgelegten Arbeit standen, konnte beobachtet werden, dass bereits die Expression der katalytischen Untereinheit \&\#945; der PKA ausreichend f{\"u}r eine optimale IL-5-Expression in Th0-Zellen ist. Die Beobachtung, dass prim{\"a}re Th2-Zellen sowohl auf die Behandlung mit dem spezifischen PKA-Inhibitor H-89 als auch auf die ektopische Expression der negativ wirkenden Untereinheit 1 der PKA mit signifikant verminderter IL-5-Produktion reagierten, unterstreicht die wichtige Rolle aktiver PKA bei der Regulation des IL-5 Gens. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit durch die Untersuchung verschiedener prim{\"a}rer CD4+ T-Lymphozyten, einschließlich der auch in vivo IL-5 produzierenden Th2-Zellen, gezeigt werden, dass der Adenylzyklase/cAMP/PKASignaltransduktionsweg bedeutend f{\"u}r die IL-5 Genexpression in prim{\"a}ren Th2-Zellen und somit auch wichtig f{\"u}r deren Effektorfunktion ist.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Jenuwein2004,
  author    = {Jenuwein, Meta},
  title     = {Signaltransduktion im Gehirn SIV-infizierter Rhesusaffen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12136},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Obwohl das Krankheitsbild der HIV-Demenz schon seit {\"u}ber 20 Jahren bekannt ist, sind die Abl{\"a}ufe und Mechanismen, die zur Ausbildung neuropsychiatrischer Defizite f{\"u}hren, noch immer ungekl{\"a}rt. Um die {\"A}tiologie und Pathogenese der HIV-Demenz verstehen zu k{\"o}nnen, sind Untersuchungen in einer m{\"o}glichst fr{\"u}hen, noch asymptomatischen Phase der HIV-Infektion notwendig. Deswegen bietet das SIV/Rhesusaffen-Modell beste Voraussetzungen um die Entstehung der HIV-Demenz genauer zu untersuchen. Es gibt einige Hinweise, dass viele klinische Zeichen der HIV-Demenz mit Ver{\"a}nderungen im dopaminergen System des ZNS einhergehen. In diesem Zusammenhang wurden in der vorliegenden Arbeit die Signaltransduktion von Dopamin in den dopaminergen Arealen des Gehirns SIV-infizierter Rhesusaffen untersucht. Die Konzentration des cAMP und die Expression des CREB Proteins erwiesen sich als geeignete Untersuchungsparameter. cAMP dient unter anderem dem Neurotransmitter Dopamin in der postsynaptischen Zelle als sogenannter „second messenger". CREB ist in der darauffolgenden Transduktionskaskade ein Protein, das die Expression zahlreicher Gene beeinflusst. Die Daten wurden f{\"u}r die Hirnregionen Nucleus accumbens, Corpus amygdaloideum und Putamen erhoben. Nucleus accumbens und Corpus amygdaloideum sind Teile des limbischen Systems, die auch in der Pathophysiologie psychiatrischer St{\"o}rungen und Suchterkrankungen eine Rolle spielen. Das Putamen ist Teil des Corpus striatum, welches extrapyramidale Bewegungsabl{\"a}ufe beeinflusst. Neben dem Vergleich zwischen Kontrolltieren und SIV-infizierten Rhesusaffen wurden auch die Ver{\"a}nderungen der cAMP bzw. CREB Konzentration bei SIV-infizierten und uninfizierten jeweils mit dopaminergen Medikamenten behandelten Rhesusaffen erfasst. Hierf{\"u}r wurden einige Tiere mit Selegilin bzw. L-DOPA behandelt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die Konzentration des gesamt CREB war bei SIV-infizierten Tieren in allen untersuchten Hirnregionen reduziert. Die intrazellul{\"a}re Konzentration von cAMP war im Nucleus accumbens sowie im Putamen verringert, blieb im Corpus amygdaloideum SIV-infizierter Rhesusaffen jedoch unver{\"a}ndert. Im Nucleus accumbens stieg der CREB Spiegel bei den SIV-infizierten mit Selegilin behandelten Tieren tendenziell an, die cAMP Konzentration blieb jedoch nahezu unver{\"a}ndert. Im Putamen rief die Behandlung SIV-infizierter Tiere mit Selegilin und L-DOPA eine Erh{\"o}hung der CREB Expression hervor. Der cAMP Spiegel im Putamen SIV-infizierter Rhesusaffen wurde von der dopaminergen Medikation nicht beeinflusst. Die mit dopaminergen Medikamenten behandelten Kontrolltiere zeigten im Nucleus accumbens und im Putamen keine wesentlichen Ver{\"a}nderungen, weder in der cAMP Konzentration, noch in der CREB Expression. Im Corpus amygdaloideum blieb die cAMP Konzentration durch die Behandlung SIV-infizierter Rhesusaffen mit Selegilin bzw. L-DOPA unver{\"a}ndert. Die cAMP Konzentration fiel bei den mit Selegilin behandelten Kontrolltieren signifikant ab, stieg jedoch bei den mit L-DOPA behandelten Kontrolltieren an. Der CREB Spiegel hingegen zeigte bei den Kontrolltieren sowie auch bei den SIV-infizierten Tieren mit dopaminerger Behandlung im Corpus amygdaloideum keine signifikanten Ver{\"a}nderungen. Einige Versuchstiere wurden erst im AIDS-Stadium der Infektion get{\"o}tet. Diese Tiere zeigten verglichen mit den SIV-infizierten Tieren, die bereits im asymptomatischen Stadium der Erkrankung get{\"o}tet wurden, im Nucleus accumbens, im Corpus amygdaloideum und auch im Putamen bez{\"u}glich der cAMP Konzentration keinen signifikanten Unterschied. Diese {\"A}hnlichkeit weist auf pathologische Ver{\"a}nderungen des ZNS hin, die schon im fr{\"u}hen Stadium der Infektion entstehen und m{\"o}glicherweise den Krankheitsverlauf entscheidend beeinflussen. Die Analyse der Ergebnisse zeigt, dass das Immundefizienzvirus in manchen Hirnregionen erwiesenermaßen Ver{\"a}nderungen der dopaminergen Signaltransduktion hervorruft, die sich allerdings nicht in allen Hirnregionen gleich gestalten. Dies k{\"o}nnte auf die unterschiedliche Verteilung der Dopaminrezeptorgruppen in den untersuchten Hirnregionen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sein. Vor allem das Absinken der CREB Konzentration in Regionen des limbischen Systems und im Putamen in SIV-infizierten Rhesusaffen, weist darauf hin, dass die neuropsychiatrischen Ver{\"a}nderungen im Rahmen der HIV-Infektion einen biologischen Hintergrund haben.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hubertus2012,
  author    = {Hubertus, Katharina},
  title     = {Regulation des cAMP Spiegel und der Signaltransduktion in humanen Thrombozyten durch Prostanoid-Rezeptoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71996},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Prostanoide wirken {\"u}ber Prostanoid-Rezeptoren auf die Aktivierung oder Hemmung der Thrombozyten. In dieser Arbeit wurde die Existenz und Funktionsweise der Prostanoid-Rezeptoren anhand synthetischer Agonisten und Antagonisten in humanen Thrombozyten nachgewiesen. Weiter wurde untersucht, {\"u}ber welche Prostanoid-Rezeptoren die Signaltransduktion der nat{\"u}rlichen Agonisten wie PGE2, PGE1 und PGA1 vermittelt wird, sowie das Zusammenspiel der Prostanoid-Rezeptoren auf die Aktivierung oder Hemmung der Thrombozyten gezeigt. Das Vorhandensein der Prostaglandin E2 Synthase 3 wurde nachgewiesen sowie erste Anhaltspunkte f{\"u}r die Existenz eines Komplexes aus Prostaglandin E2 Synthase 3, Hitzeschockprotein-90 sowie Casein Kinase 2 gezeigt.},
  subject      = {Prostaglandine},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Herz2015,
  author    = {Herz, Michaela},
  title     = {Molecular characterization of the serotonin and cAMP-signalling pathways in Echinococcus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-139249},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Alveolar and cystic echinococcosis, caused by Echinococcus multilocularis and Echinococcus granulosus respectively, are severe zoonotic diseases with limited treatment options. The sole curative treatment is the surgical removal of the complete parasite material. Due to late diagnosis, chemotherapeutic treatment often is the only treatment option. Treatment is based on benzimidazoles, which merely act parasitostatic and often display strong side effects. Therefore, new therapeutic drugs are urgently needed. Evolutionarily conserved signalling pathways are known to be involved in hostparasite cross-communication, parasite development and survival. Moreover, they represent potential targets for chemotherapeutic drugs. In this context the roles of the serotonin- and cAMP-signalling pathways in Echinococcus were studied. Genes encoding serotonin receptors, a serotonin transporter and enzymes involved in serotonin biosynthesis could be identified in the E. multilocularis and E. granulosus genomes indicating that these parasites are capable of synthesizing and perceiving serotonin signals. Also the influence of exogenous serotonin on parasite development was studied. Serotonin significantly increased metacestode vesicle formation from primary cells and re-differentiation of protoscoleces. Inhibition of serotonin transport with citalopram significantly reduced metacestode vesicle formation from primary cells and caused death of protoscoleces and metacestodes. Furthermore, it could be shown that serotonin increased phosphorylation of protein kinase A substrates. Taken together, these results show that serotonin and serotonin transport are essential for Echinococcus development and survival. Consequently, components of the serotonin pathway represent potential drug targets. In this work the cAMP-signalling pathway was researched with focus on G-protein coupled receptors and adenylate cyclases. 76 G-protein coupled receptors, including members of all major families were identified in the E. multilocularis genome. Four genes homologous to adenylate cyclase IX were identified in the E. multilocularis genome and three in the E. granulosus genome. While glucagon caused no significant effects, the adenylate cyclase activator forskolin and the adenylate cyclase inhibitor 2', 5' didesoxyadenosine influenced metacestode vesicle formation from primary cells, re-differentiation of protoscoleces and survival of metacestodes. It was further shown that forskolin increases phosphorylation of protein kinase A substrates, indicating that forskolin activates the cAMP-pathway also in cestodes. These results indicate that the cAMP signalling pathway plays an important role in Echinococcus development and survival. To complement this work, the influence of different media and additives on E. granulosus protoscoleces was investigated. Anaerobic conditions and the presence of FBS prolonged protoscolex survival while different media influenced protoscolex activation and development. Taken together, this work provided important insights into developmental processes in Echinococcus and potential drug targets for echinococcosis chemotherapy.},
  subject      = {Serotonin},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Heindel2005,
  author    = {Heindel, Ulla},
  title     = {G-Protein gekoppelte Rezeptoren f{\"u}r Parathormon : molekulare Determinanten der intrazellul{\"a}ren Signalwegankopplung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17213},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {In der vorliegenden Dissertation gelang es, die strukturellen und molekularen Determinanten der PTH-Rezeptoren f{\"u}r die Ankopplung an intrazellul{\"a}re Signalwege n{\"a}her zu charakterisieren. Die Regulation des Kalzium-, Phosphat- und Knochenstoffwechsels wird zum erheblichen Teil {\"u}ber den PTH1-Rezeptor (P1R) vermittelt. Parathormon (PTH) aktiviert am P1R mindestens zwei Signalwege: den durch zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) vermittelten Weg und den Phospholipase C-Signalweg (PLC). Der nahe verwandte PTH2-Rezeptor (P2R) kann außer durch PTH auch {\"u}ber das tuberoinfundibil{\"a}re Peptid (TIP39) aktiviert werden. Jedoch besitzt dieser Rezeptor keine Ankopplung an den PLC-Signalweg. Zur Aufkl{\"a}rung der strukturellen und molekularen Determinaten der intrazellul{\"a}ren Signalwegankopplung wurden verschiedene Versuchsans{\"a}tze ausgew{\"a}hlt, die eine Untergliederung dieser Arbeit in drei Teilprojekte erm{\"o}glicht: 1) Die PTH-Rezeptoren sind wichtige Vertreter der Klasse II der G-Protein gekoppelten Rezeptoren. Ein Vergleich der Aminos{\"a}uresequenzen der siebten Transmembrandom{\"a}ne dieser Klasse zeigt ein hoch konserviertes, cytosolnahes „YCFXN"-Motiv in diesem Bereich. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte durch Punktmutationen der einzelnen Aminos{\"a}uren dieses Motivs gezeigt werden, dass dieser Abschnitt eine entscheidende Determinierungsregion dieser Rezeptorfamilie sowohl f{\"u}r die Ankopplung an den cAMP-Weg, als auch an den PLC-Signalweg darstellt. Die Untersuchungen legen die Vermutung nahe, dass dieser Bereich f{\"u}r die Stabilisierung der Konformation dieser Rezeptoren von großer Bedeutung ist. 2) In einem zweiten Abschnitt dieser Arbeit wurde durch stufenweise Angleichung des P2R an den P1R eine Reihe von funktionell exprimierten P2R/P1R Hybridrezeptoren hergestellt, die eine {\"U}bereinstimmung des intrazellul{\"a}ren Bereichs des P1R von bis zu 95 \% erreichen. Der Nachweis des PLC-Signalwegs durch die Bestimmung der akkumulierten Gesamtinositolphosphate und des intrazellul{\"a}ren Kalziums zeigte eindrucksvoll, dass trotz einer weitgehenden intrazellul{\"a}ren {\"U}bereinstimmung der Aminos{\"a}uresequenz des P2R mit dem P1R die Eigenschaft des P1R an den PLC-Signalweg zu koppeln nicht auf den P2R {\"u}bertragen werden kann. Dies legt nahe, dass auch extrazellul{\"a}re Bereiche und Transmembranabschnitte die Ankopplung an intrazellul{\"a}re Signalwege steuern. Im Weiteren konnte f{\"u}r den cAMP-Signalweg durch diese Hybridrezeptoren gezeigt werden, dass im Kontext des P2R eingef{\"u}gte Teilabschnitte des P1R (C-Terminus, zweite und dritte intrazellul{\"a}re Schleife ) zusammenwirken und eine effizientere Ankopplung an den cAMP-Weg erm{\"o}glichen. Weiterf{\"u}hrende Untersuchungen der Membrantranslokation von beta Arrestin2 mit einer anschließenden Internalisierung des Rezeptors zeigten, dass sowohl der P2R als auch die hiervon abgeleiteten Hybridrezeptoren selektiv durch Stimulation mit TIP39, nicht jedoch nach einer Stimulation mit PTH, eine Translokation bewirken. Dieses Ereignis ist von den untersuchten Signalwegen (cAMP-, PLC- und Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-Signalweg) unabh{\"a}ngig. Erstmals wurde hier gezeigt, dass der P2R eine Phosphorilierung von MAPK bewirkt, wobei hierf{\"u}r einer beta-Arrestin2 Translokation nicht notwendig ist. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass der PTH-Rezeptor in unterschiedlichen Rezeptorkonformationen existiert, so dass einzelne Rezeptorabschnitte unabh{\"a}ngig voneinander verschiedene Signale aktivieren k{\"o}nnen. 3) Der letzte Teil dieser Arbeit besch{\"a}ftigte sich mit der Identifikation von intrazellul{\"a}ren Interaktionspartnern des humanen P1R. Neue Protein-Interaktionen mit dem humanen P1R wurden mit einem „Yeast-two-Hybrid" System identifiziert. Mit Hilfe dieser Methode konnte, als ein potentiell bedeutender intrazellul{\"a}rer Interaktionspartner des humanen P1R, das PDZ-Protein PDZK1 identifiziert werden. Es gelang mit Hilfe von Koimmunpr{\"a}zipitations-Experimenten und von GST-pull-down-Assays die Interaktion von PDZK1 mit dem P1R zu verifizieren. PDZK1 bindet an eine Liganden-Bindungsdom{\"a}ne innerhalb des C-terminalen Abschnitts des P1R, vermutlich an die letzten vier Aminos{\"a}uren. Durch einen Hefe-Interaktionstest konnte von den vier in diesem Protein vorkommenden PDZ-Dom{\"a}nen die PDZ1-Dom{\"a}ne als einzige selektiv mit dem P1R interagierende Dom{\"a}ne identifiziert werden. In der Niere interagiert PDZK1 {\"u}ber die PDZ3-Dom{\"a}ne mit dem Na/Pi-Transporter IIa. Eine attraktive Hypothese ist daher die Funktion von PDZK1 als einem Bindeglied zwischem dem Rezeptor und dem Transporter und die damit einhergehende PTH- vermittelte Regulation des Phosphattransports in der Niere. Diese Hypothese bedarf aber nochweiterer funktioneller Analysen (z.B. durch Untersuchungen an PDZK1 Knock-Out M{\"a}usen).},
  subject      = {Parathormon},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ege2023,
  author    = {Ege, Carolin},
  title     = {Einfluss der Phosphodiesterase 10A auf cAMP-abh{\"a}ngige Signalwege und deren Effekt auf osteogene Differenzierung und Mechanotransduktion von mesenchymalen Stromazellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-32832},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-328327},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Humane mesenchymale Stromazellen sind in der Lage in osteogene Zellen zu differenzieren, und f{\"u}r diese osteogene Differenzierung ist mechanische Belastung ein relevanter Kostimulus. Mechanotransduktion hat zur Folge, dass second messenger wie cAMP und cGMP gebildet werden und sich die Ca2+-Konzentration erh{\"o}ht, welche wiederum Transkriptionsfaktoren aktivieren, die die Regulation von Genen osteogener Marker vermitteln. Die second messenger cAMP und cGMP werden abgebaut durch Phosphodiesterasen, jedoch ist die Rolle dieser Phosphodiesterasen w{\"a}hrend der osteogenen Differenzierung oder Mechanotransduktion weiterhin unklar. Das Ziel dieser Arbeit war es, herauszufinden, inwieweit im Besonderen die Phosphodiesterase 10A einen Einfluss nimmt auf die osteogene Differenzierung und die Mechanotransduktion von mesenchymalen Stromazellen und inwiefern sie dabei die cAMP-abh{\"a}ngigen Signalwege moduliert. Langfristig soll hiermit herausgefunden wer-den, welche Bedeutung die PDE10A auf altersinduzierte Krankheiten hat, wobei der Fokus zun{\"a}chst auf der Osteoporose liegen soll. Um dies zu erreichen, wurden experimentelle Versuche zun{\"a}chst mit HEK293- und hMSC-TERT-Zellen als Modell f{\"u}r mesenchymale Stromazellen durchgef{\"u}hrt, dann auch mit den mesenchymalen Stromazellen selbst. Untersucht wurde der Einfluss des PDE10A-Inhibitors Papaverin auf die Zellen und auf deren mechanische Induzierbarkeit, sowieso auf die osteogene Differenzierung der hMSC. Außerdem wurden weitere mechanische Versuche durchgef{\"u}hrt, zur {\"U}berpr{\"u}fung des Effekts der Phosphodiesterase 10A. Es wurde beobachtet, dass die Inhibierung von PDE10A mit Papaverin die osteogene Differenzierung und Mineralisierung vermindert. Außerdem gab es einen ersten Hinweis, dass eine {\"U}berexpression von PDE10A schw{\"a}chenden Einfluss nimmt auf die Expression mechanoresponsiver Gene. Nachfolgend auf diese Arbeit wurde erkannt, dass die Expression von mechanoresponsiven Genen durch die PDE10A-Inhibition unterdr{\"u}ckt wird.},
  subject      = {Mesenchymzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Berisha2019,
  author    = {Berisha, Filip},
  title     = {Molekulare Wirkmechanismen von Sulfonylharnstoffen: Direkte Epac-Aktivierung oder Hemmung der Phosphodiesterasen},
  doi       = {10.25972/OPUS-17653},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-176535},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Diabetes mellitus ist die h{\"a}ufigste Stoffwechselerkrankung in Deutschland. Sulfonylharnstoffe (SH) stellen die {\"a}lteste und eine sehr prominente Gruppe in der oralen Therapie des Diabetes mellitus Typ II dar, die eine verst{\"a}rkte Insulinfreisetzung vorrangig durch die Hemmung eines ATP-sensitiven Kaliumkanals (K+ATPKanal) erreichen. Daneben konnten weitere Proteine identifiziert werden, die mit SH interagieren und zu deren Effekten beitragen. W{\"a}hrend bereits in fr{\"u}hen Arbeiten gezeigt werden konnte, dass SH Vertreter der Phosphodiesterasen (PDE)Familie in ihrer Funktion behindern k{\"o}nnen, wurde k{\"u}rzlich Epac2 (exchange protein directly activated by cAMP 2) als weiteres Zielprotein f{\"u}r SH angef{\"u}hrt. Insbesondere die F{\"a}higkeit von SH, direkt an Epac2 zu binden, wird in der Literatur kontrovers diskutiert und eine indirekte Aktivierung durch eine PDE-Hemmung und einen erh{\"o}hten cAMP-Spiegel als Mechanismus vermutet. Zur weiteren Untersuchung wurden in dieser Arbeit FRET-basierte Biosensoren verwendet, um die Wirkung von SH auf Epac und PDEs n{\"a}her zu untersuchen. Dabei konnte sowohl in einem photometrischen Ansatz als auch in lebenden Zellen, die einen Epac2-basierten Sensor enthalten, gezeigt werden, dass eine Aktivierung durch SH stattfindet. Da sowohl Epac2-camps, der von allen hier verwendeten Sensoren mit der h{\"o}chsten Sensitivit{\"a}t f{\"u}r cAMP, als auch CFP-Epac1δDEPYFP nicht auf SH reagieren, ist diese Aktivierung selektiv f{\"u}r die Isoform Epac2 und wird vorrangig nicht durch eine PDE-Hemmung verursacht. Die Verwendung weiterer Sensoren mit verschiedenen Varianten von Epac2 (verl{\"a}ngerte Version von Epac2-camps) zeigen mit zunehmender L{\"a}nge {\"u}ber die cAMP-Bindedom{\"a}ne hinaus eine beginnende Reaktion im Sinne einer instabilen FRET-Kurve (Epac2camps long) bzw. eine deutliche Aktivierung durch den SH (Epac2-camps superlong), wodurch eine direkte Aktivierung best{\"a}tigt wird, und suggerieren eine Bindestelle f{\"u}r SH, die sich von denen von cAMP unterschiedet und weiter eingeengt werden konnte (im n{\"a}heren Bereich von Q454 bzw. E460). Obwohl hierdurch eine direkte Aktivierung gezeigt werden konnte, ist die grunds{\"a}tzliche F{\"a}higkeit der SH, PDE zu beeinflussen, keineswegs gekl{\"a}rt. Daher wurden weitere Sensoren konstruiert bzw. verwendet, die basierend auf Epac1-camps und Epac2-camps verschiedene PDEs enthalten. Dabei konnte durch die Zugabe von SH eine deutliche Aktivierung des jeweiligen Sensors und somit eine PDEHemmung nachgewiesen werden. Dies konnte sowohl f{\"u}r PDE4A als auch f{\"u}r die in Inselzellen {\"u}berwiegend vorkommende PDE3B gezeigt werden. Dadurch ergeben sich einige (klinisch relevante) Implikationen. Zum einen stellt neben der direkten Epac-Aktivierung auch die direkte Hemmung der PDE einen wichtigen Mechanismus f{\"u}r die Sekretion von Insulin dar. Außerdem sind bei PDEHemmung und direkter Epac-Aktivierung außerhalb der Inselzellen auch Nebenwirkungen in anderen Organen zu erwarten wie z.B. die Entstehung lebensgef{\"a}hrlicher Rhythmusst{\"o}rungen in Herzmuskelzellen.},
  subject      = {Sulfonylharnstoffe},
  language  = {de}
}
@article{BeckYuStrzelczykPaulsetal.2018,
  author    = {Beck, Sebastian and Yu-Strzelczyk, Jing and Pauls, Dennis and Constantin, Oana M. and Gee, Christine E. and Ehmann, Nadine and Kittel, Robert J. and Nagel, Georg and Gao, Shiqiang},
  title     = {Synthetic light-activated ion channels for optogenetic activation and inhibition},
  series = {Frontiers in Neuroscience},
  volume    = {12},
  journal   = {Frontiers in Neuroscience},
  number    = {643},
  doi       = {10.3389/fnins.2018.00643},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-177520},
  year      = {2018},
  abstract  = {Optogenetic manipulation of cells or living organisms became widely used in neuroscience following the introduction of the light-gated ion channel channelrhodopsin-2 (ChR2). ChR2 is a non-selective cation channel, ideally suited to depolarize and evoke action potentials in neurons. However, its calcium (Ca2\(^{2+}\)) permeability and single channel conductance are low and for some applications longer-lasting increases in intracellular Ca\(^{2+}\) might be desirable. Moreover, there is need for an efficient light-gated potassium (K\(^{+}\)) channel that can rapidly inhibit spiking in targeted neurons. Considering the importance of Ca\(^{2+}\) and K\(^{+}\) in cell physiology, light-activated Ca\(^{2+}\)-permeant and K\(^{+}\)-specific channels would be welcome additions to the optogenetic toolbox. Here we describe the engineering of novel light-gated Ca\(^{2+}\)-permeant and K\(^{+}\)-specific channels by fusing a bacterial photoactivated adenylyl cyclase to cyclic nucleotide-gated channels with high permeability for Ca\(^{2+}\) or for K\(^{+}\), respectively. Optimized fusion constructs showed strong light-gated conductance in Xenopus laevis oocytes and in rat hippocampal neurons. These constructs could also be used to control the motility of Drosophila melanogaster larvae, when expressed in motoneurons. Illumination led to body contraction when motoneurons expressed the light-sensitive Ca\(^{2+}\)-permeant channel, and to body extension when expressing the light-sensitive K\(^{+}\) channel, both effectively and reversibly paralyzing the larvae. Further optimization of these constructs will be required for application in adult flies since both constructs led to eclosion failure when expressed in motoneurons.},
  language  = {en}
}
@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}
}