@phdthesis{Drehmann2018,
  author    = {Drehmann, Paul},
  title     = {SLC7A10 als neues Gen f{\"u}r humane Hyperekplexie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159736},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Neuste Studien haben ergeben, dass Asc-1 Knock-out M{\"a}use aufgrund einer verminderten intrazellul{\"a}ren Glycinkonzentration in synaptischen Boutons im Gehirn, einen Hyperekplexie-{\"a}hnlichen Ph{\"a}notyp entwickeln. Aufgrund nicht vollst{\"a}ndig gekl{\"a}rter Ursachen f{\"u}r die Entstehung des Krankheitsbildes der Hyperekplexie beim Menschen, wurde eine Kohorte von 51 Patienten zusammengetragen, um vor dem Hintergrund der Forschungsergebnisse zu Asc-1 im Tiermodell, das kodierende Gen beim Menschen SLC7A10 als m{\"o}gliches Kandidatengen auf Sequenzalterationen zu untersuchen. Hierf{\"u}r wurde aus Vollblut der an Hyperekplexie erkrankten Patienten genomische DNA isoliert, um mittels PCR und anschließendem Screening der Sequenzen, Mutationen innerhalb funktionell wichtiger Bereiche des Gens zu eruieren. Neben weiteren Sequenzunterschieden, die meist in Introns gefunden wurden, wurde die codierende Mutation G307R innerhalb von Exon 7 identifiziert, die letztendlich der Grund f{\"u}r eine Versuchsreihe war, um zu hinterfragen, ob dieser Aminos{\"a}ureaustausch in der Proteinsequenz funktionelle Konsequenzen zur Folge hat. HEK293-Zellen wurden mit dem zuvor hergestellten Klon G307R transfiziert, um {\"u}ber Biotinylierung, immuncytochemische F{\"a}rbungen und funktionelle Untersuchungen die Aktivit{\"a}t des Transporters zu beurteilen. Hier zeigte sich ein Funktionsverlust von {\"u}ber 95 \%, bei uneingeschr{\"a}nkter Oberfl{\"a}chenexpression. ASC-1 best{\"a}tigt sich damit als neue Ursache in der Auspr{\"a}gung von Hyperekplexie. Ferner k{\"o}nnen Zusammenh{\"a}nge mit geistiger Retardierung und eingeschr{\"a}nkter neuronaler Plastizit{\"a}t bestehen.},
  subject      = {Knockout},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Janzen2022,
  author    = {Janzen, Dieter},
  title     = {Functional analysis of ion channels and neuronal networks in 2D and 3D \(in\) \(vitro\) cell culture models},
  doi       = {10.25972/OPUS-25170},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251700},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {In the central nervous system, excitatory and inhibitory signal transduction processes are mediated by presynaptic release of neurotransmitters, which bind to postsynaptic receptors. Glycine receptors (GlyRs) and GABAA receptors (GABAARs) are ligand-gated ion channels that enable synaptic inhibition. One part of the present thesis elucidated the role of the GlyRα1 β8 β9 loop in receptor expression, localization, and function by means of amino acid substitutions at residue Q177. This residue is underlying a startle disease phenotype in the spontaneous mouse model shaky and affected homozygous animals are dying 4-6 weeks after birth. The residue is located in the β8 β9 loop and thus part of the signal transduction unit essential for proper ion channel function. Moreover, residue Q177 is involved in a hydrogen network important for ligand binding. We observed no difference in ion channel trafficking to the cellular membrane for GlyRα1Q177 variants. However, electrophysiological measurements demonstrated reduced glycine, taurine, and β alanine potency in comparison to the wildtype protein. Modeling revealed that some GlyRα1Q177 variants disrupt the hydrogen network around residue Q177. The largest alterations were observed for the Q177R variant, which displayed similar effects as the Q177K mutation present in shaky mice. Exchange with structurally related amino acids to the original glutamine preserved the hydrogen bond network. Our results underlined the importance of the GlyR β8 β9 loop for proper ion channel gating. GlyRs as well as GABAARs can be modulated by numerous allosteric substances. Recently, we focused on monoterpenes from plant extracts and showed positive allosteric modulation of GABAARs. Here, we focused on the effect of 11 sesquiterpenes and sesquiterpenoids (SQTs) on GABAARs. SQTs are compounds naturally occurring in plants. We tested SQTs of the volatile fractions of hop and chamomile, including their secondary metabolites generated during digestion. Using the patch-clamp technique on transfected cells and neurons, we were able to observe significant GABAAR modulation by some of the compounds analyzed. Furthermore, a possible binding mechanism of SQTs to the neurosteroid binding site of the GABAAR was revealed by modeling and docking studies. We successfully demonstrated GABAAR modulation by SQTs and their secondary metabolites. The second part of the thesis investigated three-dimensional (3D) in vitro cell culture models which are becoming more and more important in different part of natural sciences. The third dimension allows developing of complex models closer to the natural environment of cells, but also requires materials with mechanical and biological properties comparable to the native tissue of the encapsulated cells. This is especially challenging for 3D in vitro cultures of primary neurons and astrocytes as the brain is one of the softest tissues found in the body. Ultra-soft matrices that mimic the neuronal in vivo environment are difficult to handle. We have overcome these challenges using fiber scaffolds created by melt electrowriting to reinforce ultra-soft matrigel. Hence, the scaffolds enabled proper handling of the whole composites and thus structural and functional characterizations requiring movement of the composites to different experimental setups. Using these scaffold-matrigel composites, we successfully established methods necessary for the characterization of neuronal network formation. Before starting with neurons, a mouse fibroblast cell line was seeded in scaffold-matrigel composites and transfected with the GlyR. 3D cultured cells displayed high viability, could be immunocytochemically stained, and electrophysiologically analyzed. In a follow-up study, primary mouse cortical neurons in fiber-reinforced matrigel were grown for up to 21 days in vitro. Neurons displayed high viability, and quantification of neurite lengths and synapse density revealed a fully formed neuronal network already after 7 days in 3D culture. Calcium imaging and patch clamp experiments demonstrated spontaneous network activity, functional voltage-gated sodium channels as well as action potential firing. By combining ultra-soft hydrogels with fiber scaffolds, we successfully created a cell culture model suitable for future work in the context of cell-cell interactions between primary cells of the brain and tumor cells, which will help to elucidate the molecular pathology of aggressive brain tumors and possibly other disease mechanisms.},
  subject      = {Zellkultur},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kitzenmaier2020,
  author    = {Kitzenmaier, Alexandra},
  title     = {GlyT2-Mutationen als zweith{\"a}ufigste Ursache bei Hyperekplexie - Pathologischer Mechanismus der Mutation P429L},
  doi       = {10.25972/OPUS-20257},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-202574},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Mutationen im Glycintransporter 2 (GlyT2) stellen die pr{\"a}synaptische Komponente der neurologischen Erkrankung Hyperekplexie oder Startle Disease dar. Der neuronale Na+/Cl- -abh{\"a}ngige GlyT2 ist f{\"u}r das Recycling von Glycin verantwortlich und bildet an inhibitorischen glycinergen Synapsen die Hauptquelle des freigesetzten Transmitters. Dominante, rezessive und zusammengesetzte heterozygote Mutationen wurden bereits identifiziert, von denen die meisten zu einer beeintr{\"a}chtigten Glycinaufnahme f{\"u}hren. In dieser Arbeit konnten wir eine neue pathogene Mutation innerhalb des neuronalen Glycintransporter-2-Gens (SLC6A5, OMIM604159) in einer Familie identifizieren, in der beide Elternteile heterozygote Tr{\"a}ger waren. Ein homozygotes Kind litt an schweren neuromotorischen Defiziten, wohingegen Heterozygote keine Symptome aufwiesen. Die neue rezessive Mutation c.1286C>T erzeugte einen missense Aminos{\"a}ureaustausch von Prolin gegen Leucin an Position 429 (pP429L) in der Transmembrandom{\"a}ne 5. Wir haben die GlyT2P429L-Variante mittels Homologiemodellierung, immuncytochemischer F{\"a}rbungen, Western Blot Analysen, Biotinylierung und funktioneller Glycinaufnahmetests charakterisiert. Der mutierte GlyT2 zeigte beim Proteintransport durch verschiedene intrazellul{\"a}re Kompartimente zur Zelloberfl{\"a}che keine Defizite. Die gesamte Proteinexpression war jedoch signifikant verringert. Obwohl GlyT2P429L an der Zelloberfl{\"a}che vorhanden ist, zeigte er einen Verlust der Proteinfunktion. Die Co-Expression der Mutante mit dem Wildtyp-Protein, die die Situation der Eltern widerspiegelte, hatte keinen Einfluss auf die Transporterfunktion und erkl{\"a}rte somit ihren nicht symptomatischen Ph{\"a}notyp. Wenn jedoch die Mutante im Vergleich zum Wildtyp-Protein im {\"U}berschuss exprimiert wurde, war die Glycinaufnahme signifikant verringert. Die Strukturanalyse ergab, dass der eingef{\"u}hrte Leucinrest an Position 429 zu Konformations{\"a}nderungen in der α-Helix 5 f{\"u}hrt, die in unmittelbarer N{\"a}he zur Natriumbindungsstelle des Transporters lokalisiert sind. Dies deutet darauf hin, dass die Zugangsmechanismen des GlyT2 gest{\"o}rt sein k{\"o}nnten und einen vollst{\"a}ndigen Verlust der Transportaktivit{\"a}t verursachen. Unsere Ergebnisse belegen, dass P429 in GlyT2 ein strukturell wichtiger Aminos{\"a}urerest ist, der eine wichtige funktionelle Rolle beim Glycintransport spielt.},
  subject      = {Glycin},
  language  = {de}
}