@article{KorkmazPuladiGalleretal.2021,
  author    = {Korkmaz, Y{\"u}ksel and Puladi, Behrus and Galler, Kerstin and K{\"a}mmerer, Peer W. and Schr{\"o}der, Agnes and G{\"o}lz, Lina and Sparwasser, Tim and Bloch, Wilhelm and Friebe, Andreas and Deschner, James},
  title     = {Inflammation in the human periodontium induces downregulation of the α\(_1\)- and β\(_1\)-subunits of the sGC in cementoclasts},
  series = {International Journal of Molecular Sciences},
  volume    = {22},
  journal   = {International Journal of Molecular Sciences},
  number    = {2},
  issn      = {1422-0067},
  doi       = {10.3390/ijms22020539},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-285783},
  year      = {2021},
  abstract  = {Nitric oxide (NO) binds to soluble guanylyl cyclase (sGC), activates it in a reduced oxidized heme iron state, and generates cyclic Guanosine Monophosphate (cGMP), which results in vasodilatation and inhibition of osteoclast activity. In inflammation, sGC is oxidized and becomes insensitive to NO. NO- and heme-independent activation of sGC requires protein expression of the α\(_1\)- and β\(_1\)-subunits. Inflammation of the periodontium induces the resorption of cementum by cementoclasts and the resorption of the alveolar bone by osteoclasts, which can lead to tooth loss. As the presence of sGC in cementoclasts is unknown, we investigated the α\(_1\)- and β\(_1\)-subunits of sGC in cementoclasts of healthy and inflamed human periodontium using double immunostaining for CD68 and cathepsin K and compared the findings with those of osteoclasts from the same sections. In comparison to cementoclasts in the healthy periodontium, cementoclasts under inflammatory conditions showed a decreased staining intensity for both α\(_1\)- and β\(_1\)-subunits of sGC, indicating reduced protein expression of these subunits. Therefore, pharmacological activation of sGC in inflamed periodontal tissues in an NO- and heme-independent manner could be considered as a new treatment strategy to inhibit cementum resorption.},
  language  = {en}
}
@article{TianYangNageletal.2022,
  author    = {Tian, Yuehui and Yang, Shang and Nagel, Georg and Gao, Shiqiang},
  title     = {Characterization and modification of light-sensitive phosphodiesterases from choanoflagellates},
  series = {Biomolecules},
  volume    = {12},
  journal   = {Biomolecules},
  number    = {1},
  issn      = {2218-273X},
  doi       = {10.3390/biom12010088},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-254769},
  year      = {2022},
  abstract  = {Enzyme rhodopsins, including cyclase opsins (Cyclops) and rhodopsin phosphodiesterases (RhoPDEs), were recently discovered in fungi, algae and protists. In contrast to the well-developed light-gated guanylyl/adenylyl cyclases as optogenetic tools, ideal light-regulated phosphodiesterases are still in demand. Here, we investigated and engineered the RhoPDEs from Salpingoeca rosetta, Choanoeca flexa and three other protists. All the RhoPDEs (fused with a cytosolic N-terminal YFP tag) can be expressed in Xenopus oocytes, except the AsRhoPDE that lacks the retinal-binding lysine residue in the last (8th) transmembrane helix. An N296K mutation of YFP::AsRhoPDE enabled its expression in oocytes, but this mutant still has no cGMP hydrolysis activity. Among the RhoPDEs tested, SrRhoPDE, CfRhoPDE1, 4 and MrRhoPDE exhibited light-enhanced cGMP hydrolysis activity. Engineering SrRhoPDE, we obtained two single point mutants, L623F and E657Q, in the C-terminal catalytic domain, which showed ~40 times decreased cGMP hydrolysis activity without affecting the light activation ratio. The molecular characterization and modification will aid in developing ideal light-regulated phosphodiesterase tools in the future.},
  language  = {en}
}
@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}
}
@article{HoffmannEtzrodtWillkommetal.2015,
  author    = {Hoffmann, Linda S. and Etzrodt, Jennifer and Willkomm, Lena and Sanyal, Abhishek and Scheja, Ludger and Fischer, Alexander W. C. and Stasch, Johannes-Peter and Bloch, Wilhelm and Friebe, Andreas and Heeren, Joerg and Pfeifer, Alexander},
  title     = {Stimulation of soluble guanylyl cyclase protects against obesity by recruiting brown adipose tissue},
  series = {Nature Communications},
  volume    = {6},
  journal   = {Nature Communications},
  number    = {7235},
  doi       = {10.1038/ncomms8235},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-143127},
  year      = {2015},
  abstract  = {Obesity is characterized by a positive energy balance and expansion of white adipose tissue (WAT). In contrast, brown adipose tissue (BAT) combusts energy to produce heat. Here we show that a small molecule stimulator (BAY 41-8543) of soluble guanylyl cyclase (sGC), which produces the second messenger cyclic GMP (cGMP), protects against diet-induced weight gain, induces weight loss in established obesity, and also improves the diabetic phenotype. Mechanistically, the haeme-dependent sGC stimulator BAY 41-8543 enhances lipid uptake into BAT and increases whole-body energy expenditure, whereas ablation of the haeme-containing \(\beta\)\(_{1}\)-subunit of sGC severely impairs BAT function. Notably, the sGC stimulator enhances differentiation of human brown adipocytes as well as induces 'browning' of primary white adipocytes. Taken together, our data suggest that sGC is a potential pharmacological target for the treatment of obesity and its comorbidities.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bettaga2014,
  author    = {Bettaga, Noomen},
  title     = {Bedeutung der NO-sensitiven Guanylyl Cyclase bei der Angiogenese und der Arteriogenese in der Maus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-111284},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Stickstoffmonoxid (NO) spielt eine wichtige Rolle bei Gef{\"a}ßremodelling-Prozessen wie Angiogenese und Arteriogenese. Die NO-Synthese im Gef{\"a}ßsystem wird haupts{\"a}chlich durch die endotheliale NO-Synthase (eNOS) gew{\"a}hrleistet. Sie kann durch verschiedene Faktoren wie Scherkr{\"a}fte und Zytokine wie der vaskul{\"a}re endotheliale Wachstumsfaktor (VEGF) reguliert werden. VEGF ist ein wichtiger Stimulator der Angiogenese und wird w{\"a}hrend dieses Prozesses hochreguliert. Die meisten physiologischen Effekte von NO werden durch die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) vermittelt. Als Hauptrezeptor f{\"u}r NO produziert die NO-GC den sekund{\"a}ren Botenstoff cyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP) und f{\"u}hrt dadurch zur Stimulation der verschiedenen Effektoren wie z.B. der PKG. Ob die Wirkung von NO in Angiogenese und Arteriogenese ebenfalls durch NO-GC vermittelt wird, war bis zum Beginn dieser Arbeit noch unklar. Die NO-GC besteht aus zwei Untereinheiten (α und ß). Die Deletion der ß1-Untereinheit in M{\"a}usen resultiert in einer vollst{\"a}ndigen Knockout Maus (GCKO). Mithilfe des Cre-LoxP-Systems wurden zus{\"a}tzlich zellspezifische Knockout-M{\"a}use f{\"u}r glatte Muskelzellen (SMC-GCKO) und Endothelzellen (EC-GCKO) generiert. Um die Rolle der NO-GC in der Angiogenese und Arteriogenese zu untersuchen, wurden drei gut etablierte Methoden benutzt. Im ersten Teil des Projekts sollte die Expression der NO-GC in Endothelzellen untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde die reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) benutzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die NO-GC in Endothelzellen der Lunge nur {\"a}ußerst gering wenig exprimiert ist. Durch den Aortenring-Assay wurde eine Rolle der NO-GC bei der VEGF-vermittelten Angiogenese festgestellt. Dabei zeigte sich eine st{\"a}rkere Angiogeneserate bei globaler Abwesenheit der NO-GC. Bei Fehlen der NO-GC ausschließlich in Endothelzellen zeigte sich kein Unterschied in den aussprossenden Aorten im Vergleich zu den Kontroll-Tieren. Dies zeigt, dass die NO-GC in Endothelzellen sehr wahrscheinlich keine Rolle bei der VEGF-vermittelten Angiogenese spielt. Im zweiten Teil wurde die Rolle der NO-GC bei der Angiogenese in einem in vivo-Modell untersucht. In dem Modell der Sauerstoff-induzierten-Retinopathie zeigten die GCKO-M{\"a}use eine verringerte Vaso-Obliteration, eine verlangsamte Angiogenese und eine erh{\"o}hte Tuft-Bildung. {\"A}hnliche Ergebnisse wurden bei den SMC-GCKO-Tieren beobachtet. EC-GCKO-M{\"a}use zeigten eine gegen{\"u}ber den Kontroll-Tieren unver{\"a}nderte Vaso-Obliteration, Angiogeneserate und Tuft-Bildung. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die NO-GC in Endothelzellen keine Rolle spielt. Immunfluoreszenz-Aufnahmen zeigten die Expression von NO-GC in Perizyten der Gef{\"a}ßkapillaren der Mausretina. Daher k{\"o}nnte die NO-GC in diesem Zelltyp letztendlich f{\"u}r die Effekte bei den GCKO- und SMC-GCKO-Tieren verantwortlich sein. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde eine Versuchsreihe unter Anwendung des Hinterlauf-Isch{\"a}mie-Modells durchgef{\"u}hrt. Hierbei entwickelten die Pfoten aller GCKO- und teilweise der SMC-GCKO-Tiere nach der Ligation der Femoralarterie eine Nekrose. Die Regeneration der Hinterl{\"a}ufe der EC-GCKO-Tiere nach der Operation verlief normal. Diese Ergebnisse schließen eine bedeutende Rolle der NO-GC in Endothelzellen aus, zeigen allerdings, dass die NO-GC in den glatten Muskelzellen essentiell f{\"u}r den Arteriogenese-Prozess ist. Zusammengefasst f{\"u}hrt die Deletion der NO-GC in glatten Muskelzellen und wahrscheinlich auch in Perizyten zur einer verlangsamten Angiogenese und Inhibierung der Arteriogenese.},
  subject      = {Guanylylcyclase},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Karlisch2013,
  author    = {Karlisch, Kaja},
  title     = {Die Rolle der PDE3 im cGMP/cAMP-Crosstalk in NO-GC-defizienten M{\"a}usen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-98857},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) ist der wichtigste Rezeptor f{\"u}r das freigesetzte Signalmolek{\"u}l NO und katalysiert die Bildung des second Messenger cGMP. Die NO/cGMP Signalkaskade ist im kardiovaskul{\"a}ren System essentiell f{\"u}r die Hemmung der Thrombozytenaggregation und des Tonus der glatten Gef{\"a}ßmuskulatur und tr{\"a}gt damit zur Regulation des Blutdrucks bei. In der Arbeitsgruppe wurden Mauslinien generiert, bei denen die NO-GC ubiquit{\"a}r (GCKO) oder spezifisch in glatten Muskelzellen (SM-GCKO) ausgeschaltet ist. Beide Mausst{\"a}mme zeigen eine arterielle Hypertonie mit einem Anstieg des systolischen Blutdrucks um 30 mmHg im Vergleich zu den jeweiligen Kontrolltieren. Neben cGMP ist auch cAMP als weiterer second messenger in einer Reihe von Regulationsprozessen im kardiovaskul{\"a}ren System involviert. Die Intensit{\"a}t und Dauer eines cAMP-Signals wird zum einen durch seine Synthese durch die Adenylyl-Cyclasen, zum anderen durch seine Hydrolyse durch die Phosphodiesterasen (PDE) bestimmt. Dabei spielt die PDE3 als cGMP-inhibierte, cAMP-abbauende PDE eine wichtige Rolle im sogenannten cGMP/cAMP-Crosstalk. Ein wichtiges Instrument zur Untersuchung PDE3-abh{\"a}ngiger Prozesse ist der spezifische Hemmstoff Milrinon. Innerhalb dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die PDE3-Expression abh{\"a}ngig ist von der Expression des cGMP-produzierenden Enzyms NO-GC: So zeigte sich in Thrombozyten wie auch in glatten Gef{\"a}ßmuskelzellen nach Deletion der NO-GC im Vergleich zu den Kontrolltieren eine Reduktion der PDE3 um die H{\"a}lfte. Diese Reduktion der PDE3-Expression war sowohl in den glatten Muskelzellen von GCKO wie auch von SM-GCKO-M{\"a}usen zu finden. Weiterhin konnte dargestellt werden, dass die Down-Regulation der PDE3 in glatter Gef{\"a}ßmuskulatur in SM-GCKO-M{\"a}usen parallel zur Reduktion der NO-GC und nicht parallel zum daraus resultierenden Anstieg des Blutdrucks verl{\"a}uft. Die Reduktion der PDE3-Expression ging mit einer Verminderung der Aktivit{\"a}t in den Thrombozyten und glatten Muskelzellen des GCKOs einher. In Herzmuskelgewebe dagegen {\"a}nderten sich Expression und Aktivit{\"a}t der PDE3 nicht. Der spezifische PDE3-Hemmstoff Milrinon f{\"u}hrte zu einem weiteren Anstieg des systolischen Blutdrucks in den KO-Linien, nicht aber in Kontrolltieren. Zusammenfassend spielt die PDE3 eine wichtige Rolle im cGMP/cAMP-Crosstalk sowohl in Thrombozyten als auch in glatten Gef{\"a}ßmuskelzellen von M{\"a}usen.},
  subject      = {cGMP},
  language  = {de}
}
@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{Boerner2012,
  author    = {B{\"o}rner, Sebastian},
  title     = {Die endothelialen Effekte des atrialen natriuretischen Peptids (ANP) sind an der akuten Regulation des arteriellen Blutdrucks und des Blutvolumens beteiligt},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85351},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Mit dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass ANP {\"u}ber die Aktivierung der endothelialen Guanylyl Cyklase A (GC-A) akut die Permeabilit{\"a}t f{\"u}r Albumin an postkapill{\"a}ren Venolen stimuliert. Durch diesen Mechanismus ist ANP neben der chronischen auch an der akuten Reduktion des Plasmavolumens und des systolischen arteriellen Blutdrucks beteiligt. Aufgrund der wichtigen extrarenalen endothelialen Effekte stellt ANP das einzige hypovol{\"a}mische Hormon im Organismus dar und ist somit ein bedeutender physiologischer Regulator der transvaskul{\"a}ren Volumenhom{\"o}ostase. Jedoch sind diese Effekte deutlich von denen der vasoaktiven Substanzen, wie z. B. Histamin oder Thrombin und anderer diuretisch wirkender Substanzen, wie z. B. Schleifendiuretika, abzugrenzen. Vermutlich wird der permeabilit{\"a}tssteigernde Effekt von ANP durch die beobachtete gesteigerte PKG- und PKA-abh{\"a}ngige Phosphorylierung von VASP vermittelt, wodurch m{\"o}glicherweise die parazellul{\"a}re Permeabilit{\"a}t selektiv f{\"u}r Albumin gesteigert wird. Den gegenregulatorischen Mechanismus zur endothelialen GC-A stellt der NPR-C dar. Durch diesen erfolgt eine verminderte PKA- und PKG-abh{\"a}ngige Phosphorylierung von VASP, was durch die ANP-Infusion an EC GC-A KO M{\"a}usen beobachtet wurde und zu einer Reduktion der physiologischen Permeabilit{\"a}t f{\"u}r Albumin an den postkapill{\"a}ren Venolen f{\"u}hren k{\"o}nnte. Somit wird wahrscheinlich durch diesen Mechanismus das Plasmavolumen, aber nicht der systolische arterielle Blutdruck in vivo gesteigert und eine {\"u}bersteigerte Reaktion der GC-A verhindert. Aufgrund der enormen Bedeutung des ANP/GC-A Systems f{\"u}r die Modulation der endothelialen Permeabilit{\"a}t und die akuten sowie chronischen Regulation des Plasmavolumens und arteriellen Blutdrucks besitzt es bei Dysfunktion eine bedeutende klinische Relevanz. Denn durch eine verminderte Sekretion von ANP oder der Dysfunktion des endothelialen GC-A-Rezeptors, durch verschiedene Single Nucleotid Polymorphismen (SNPs) oder Desensitisierung, kann dieses System an der Entstehung der essentiellen Hypertonie oder der Hypervol{\"a}mie bzw. Hypernatri{\"a}mie bei herzinsuffizienten Patienten beteiligt sein.},
  subject      = {Atriales natriuretisches Hormon},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Eder2010,
  author    = {Eder, Elisabeth Christiane},
  title     = {Die Wirkung von Sildenafil auf das kardiovaskul{\"a}re System in zwei murinen Modellen der Myokardhypertrophie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-54515},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Myokardhypertrophie stellt einen Adaptationsmechanismus des Herzens an erh{\"o}hte Belastungen wie chronische arterielle Hypertonie, Myokardinfarkt, Koronare Herzkrankheit, Myokarditis und Kardiomyopathien dar. Sowohl biomechanische als auch neurohumorale Stimuli f{\"u}hren auf einer Reihe von Signalwegen zur Myokardhypertrophie, die als Gr{\"o}ßenzunahme postmitotischer Kardiomyozyten definiert ist. Zyklisches 3´5´-Guanosinmonophosphat ist ein ubiquit{\"a}rer intrazellul{\"a}rer Signaltr{\"a}ger, der im kardiovaskul{\"a}ren System auf mindestens drei bekannten Wegen aus Guanosintriphosphat durch Abspaltung von Pyrophosphat synthetisiert wird. Die Synthese erfolgt unter anderem durch Aktivierung der partikul{\"a}ren, membranst{\"a}ndigen Guanylylzyklase A durch Atriales Natriuretisches Peptid oder „B-Typ" Natriuretisches Peptid und der Guanylyzyklase B, durch „C-Typ" Natriuretisches Peptid. Des Weiteren wird {\"u}ber neuronale, endotheliale, oder induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase Stickstoffmonoxid synthetisiert, welches die l{\"o}sliche, vorwiegend zytosolisch lokalisierte Guanylyzyklase aktiviert, die wiederum aus Guanosintriphosphat zyklisches 3´5´-Guanosinmonophosphat synthetisiert. Das intrazellul{\"a}re zyklische 3´5´-Guanosinmonophosphat l{\"a}sst sich durch Behandlung mit Sildenafilcitrat, einem unter dem Markennamen Viagra® zur Therapie der Erektilen Dysfunktion und Revatio® zur Therapie der pulmonalen arteriellen Hypertonie zugelassenem Pharmakon, erh{\"o}hen. Sildenafil hemmt die Phosphodiesterase 5A, ein unter anderem in Lunge, Kardiomyozyten, Kleinhirn und glatter Muskulatur vorkommendes Isoenzym. In der vorliegenden Dissertation wurden die kardialen Effekte des Phosphodiesterase 5-Inhibitors Sildenafil an zwei Mausmodellen mit funktionell gut kompensierter Herzhypertrophie getestet. Die mittlere Tagesdosis betrug 150 (Studie 1) bzw. 240 (Studie 2) mg/kg K{\"o}rpergewicht Sildenafil, in Anlehnung an publizierte Studien mit Nagern (Takimoto et al., 2005b). Diese Dosis wurde oral {\"u}ber vier (Studie 1) bzw. neun Wochen (Studie 2) zugef{\"u}hrt. Die mittlere Plasmakonzentration von Sildenafil lag mit 60 nM weit {\"u}ber dessen IC 50 (3,5 nM) zur Hemmung der PDE 5 in vitro. Studie 1 In der ersten Studie wurde die Nachlast des Herzens mittels operativer transverser Aortenkonstriktion um ca. 25 - 35 mmHg {\"u}ber vier Wochen erh{\"o}ht. Vergleichbare Anstiege des systolischen Blutdrucks werden in Patienten mit ausgepr{\"a}gter essenzieller arterieller Hypertonie gemessen. Nekropsie, echokardiographische, histologische und morphometrische Untersuchungen zeigten {\"u}bereinstimmend die Entwicklung einer konzentrischen Herzhypertrophie ohne interstitielle Fibrose. Echokardiographische Bestimmungen der linksventrikul{\"a}ren Funktion zeigten einen leichten Anstieg der Ejektionsfraktion bei unver{\"a}nderter fraktioneller Verk{\"u}rzung der Wand des linken Ventrikels. Proteinchemische Analysen an linksventrikul{\"a}ren Gewebeproben zeigen die Aktivierung von Signalwegen der Herzypertrophie, insbesondere der Mitogen-Aktivierten Protein Kinase ERK 1 / 2. Zusammengenommen belegen diese morphologischen, funktionellen und biochemischen Analysen, dass durch die moderate operative Aortenstenose die Entwicklung einer ausgepr{\"a}gten, aber funktionell gut kompensierten Linksherzhypertrophie induziert wurde. Die Entwicklung dieser Herzhypertrophie wurde durch Sildenafil nicht verhindert. Im Gegenteil, es zeigte sich unter der Gabe des Pharmakons sogar eine leichte Tendenz zur funktionellen Verschlechterung des linken Ventrikels, mit leicht reduzierter Ejektionsfraktion und gesteigertem Lungenfeuchtgewicht. Auch die kardiale Aktivierung des Hypertrophiesignalweges MAPK / ERK wurde durch Sildenafil nicht beeinflusst. Studie 2 In der zweiten Studie wurden die Effekte von Sildenafil an einem monogenetischen Mausmodell mit globaler Deletion der Guanylylzyklase-A (GC-A -/-), dem Rezeptor f{\"u}r Atriales natriuretisches Peptid, getestet. Wie zuvor in publizierten Studien gezeigt wurde, haben GC-A -/- M{\"a}use eine chronische arterielle Hypertonie, mit Anstiegen des systolischen Blutdrucks um 20 - 25 mmHg. Nekropsie, Echokardiographie, Histologie und Morphometrie ergaben {\"u}bereinstimmend, dass diese arterielle Hypertonie von einer ausgepr{\"a}gten globalen, funktionell gut kompensierten Herzhypertrophie mit leichter interstitieller Fibrose begleitet wurde. Unter der neunw{\"o}chigen Behandlung mit Sildenafil kam es zu einem signifikanten aber inkomplettem R{\"u}ckgang der systemischen arteriellen Hypertonie (um ca 8 - 10 mmHg). Trotz dieser hypotensiven Effekte wurden die Rechts- und Linksherzhypertrophie und die kardiale Fibrose der GC-A -/- Tiere durch Sildenafil nicht beeinflusst. Dagegen zeigte sich auch hier mittels Echokardiographie eine leichte Verschlechterung der linksventrikul{\"a}ren Funktion unter Sildenafil, mit Abnahmen der Ejektionsfraktion und der fraktionellen Verk{\"u}rzung des linken Ventrikels sowie einer Zunahme des endsystolischen Kammerdurchmessers. Zusammenfassend wurden die in der Literatur beschriebenen protektiven, kardialen antihypertrophen Effekte von Sildenafil in der vorliegenden experimentellen Dissertation nicht best{\"a}tigt.},
  subject      = {Linksherzhypertrophie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{JurakBegonja2007,
  author    = {Jurak Begonja, Antonija},
  title     = {NO/cGMP and ROS Pathways in Regulation of Platelet Function and Megakaryocyte Maturation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21954},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Blutpl{\"a}ttchen spielen unter physiologischen Bedingungen eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der H{\"a}mostase. So verhindern sie ein andauerndes Bluten von Wunden, indem sie in Blutgef{\"a}ssen zwischen normalen Zellen des Endothels und besch{\"a}digten Bereichen unterscheiden und sich dort gezielt anheften k{\"o}nnen. Das Zusammenspiel der Pl{\"a}ttchenagonisten und den dazugeh{\"o}rigen Rezeptoren wird durch intrazellul{\"a}re Signalmolek{\"u}le kontrolliert, die die Aktivierung der Blutpl{\"a}ttchen regulieren. {\"A}usserst wichtige intrazellulare Signalmolek{\"u}le stellen dabei die zyklischen Nukleotide cGMP und cAMP dar, die bei der Hemmung der Pl{\"a}ttchen beteiligt sind. Die Bildung von cGMP und cAMP in den Blutpl{\"a}ttchen wird durch die aus dem Endothel freigesetzten Molek{\"u}le NO und Prostacyclin (PGI2) stimuliert, die ihrerseits Blutpl{\"a}ttchen hemmen, indem sie Proteinkinase G (PKG) und Proteinkinase A (PKA) aktivieren. Neuerdings wird vorgeschlagen, dass es sich bei ROS („reactive oxygen species") um einen neuen Modulator bei der Signaltransduktion zwischen verschiedenen Zelltypen handelt. Die hier zusammengefasste Arbeit beschreibt die Rolle der ROS-Produktion bei der Aktivierung von Blutpl{\"a}ttchen, die Beziehung zwischen dem NO/cGMP/PKG I Signalweg und der ROS bzw. MAP-Kinase Signaltransduktion, und die Rolle von zyklischen Nukleotiden bei der Entwicklung von Megakaryozyten und Blutpl{\"a}ttchen. Werden Blutpl{\"a}ttchen durch unterschiedliche Einfl{\"u}sse aktiviert, so produzieren sie {\"u}ber die Aktivierung von NAD(P)H-Oxidase nur intrazellul{\"a}res aber nicht extrazellul{\"a}res ROS. Dabei beinflusst das in den Blutpl{\"a}ttchen produzierte ROS signifikant die Aktivierung von \&\#945;IIb\&\#946;3 Integrin, nicht jedoch die Sekretion von alpha- bzw. dichten Granula oder die Gestalt der Blutpl{\"a}ttchen. Die Thrombin-induzierte Integrin \&\#945;IIb\&\#946;3-Aktivierung ist nach Behandlung der Blutpl{\"a}ttchen mit Hemmstoffen der NAD(P)H-Oxidase oder Superoxid-F{\"a}ngern signifikant reduziert. Diese Inhibitoren reduzieren auch die Aggregation der Blutpl{\"a}ttchen bzw. die Thrombusbildung auf Kollagen, wobei diese Effekte unabh{\"a}ngig vom NO/cGMP Signalweg vermittelt werden. Sowohl ADP, das von dichten Granula der Blutpl{\"a}ttchen sezerniert wird und zur Aktivierung von P2Y12-Rezeptoren f{\"u}hrt, als auch die Freigabe von Thromboxan A2 stellen wichtige, vorgeschaltete Vermittler bei der p38 MAP Kinase-Aktivierung durch Thrombin dar. Jedoch spielt die p38 MAP-Kinase-Aktivierung keine signifikante Rolle bei der Thrombin-induzierten Kalzium-Mobilisierung, P-Selektin Exprimierung, \&\#945;IIb\&\#946;3 Integrin Aktivierung oder Aggregation der Blutpl{\"a}ttchen. Abschliessend kann festgestellt werden, dass sich die Aktivierung der PKG insgesamt klar hemmend auf die p38 and ERK MAP-Kinasen in menschlichen Blutpl{\"a}ttchen auswirkt. Desweiteren zeigt diese Studie, dass zyklische Nukleotide nicht nur die Blutpl{\"a}ttchen hemmen, sondern auch einen Einfluss auf die Entwicklung der Megakaryozyten und Blutpl{\"a}ttchen haben, aber auf unterschiedliche Weise. cAMP ist an der Differenzierung von embryonalen h{\"a}matopoietischen Zellen zu Megakaryozyten beteiligt, wobei cGMP keine Rolle bei diesem Prozess spielt. W{\"a}hrend PKA in embryonalen Zellen schon vertreten ist, steigt beim Reifungsprozess der Megakaryozyten die Expression von Proteinen, die bei der cGMP Signalverbreitung („soluble guanylyl cyclase", sGC; PKG) mitwirken, stetig an. In der letzten Phase der Reifung von Megakaryozyten, die durch die Freisetzung der Blutpl{\"a}ttchen charakterisiert ist, zeigen cGMP und cAMP leicht divergierende Effekte: cGMP verst{\"a}rkt die Bildung von Blutpl{\"a}ttchen, w{\"a}hrend cAMP dieselbe reduziert. Dies deutet auf einen fein abgestimmten Prozess hin, abh{\"a}ngig von einem Stimulus, der von den benachbarten Zellen des Sinusoid-Endothels stammen k{\"o}nnte. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen zu einen besseren Verst{\"a}ndnis der Regulation von Blutpl{\"a}ttchen sowie der m{\"o}glichen molekularen Mechanismen bei, die eine Rolle bei der Reifung von Megakaryozyten im vaskularen Mikroumfeld des Knochenmarks innehaben.},
  subject      = {Thrombozyt},
  language  = {en}
}
@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{Nedvetsky2003,
  author    = {Nedvetsky, Pavel I.},
  title     = {Regulation of the nitric oxide receptor, soluble guanylyl cyclase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7046},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Soluble guanylyl cyclase (sGC) is the best established receptor for nitric oxide (NO) and regulates a great number of important physiological functions. Surprisingly, despite the wellappreciated roles of this enzyme in regulation of vascular tone, smooth muscle cell proliferation, platelet aggregation, renal sodium secretion, synaptic plasticity, and other functions, extremely little is known about the regulation of sGC activity and protein levels. To date, the only well-proven physiologically relevant sGC regulator is NO. In the present study, some additional possibilities for sGC regulation were shown. Firstly, we evaluated the ability of different NO donors to stimulate sGC. Significant differences in the sGC stimulation by SNP and DEA/NO were found. DEA/NO stimulated sGC much stronger than did SNP. Interestingly, no correlation between the sGC protein and maximal activity distribution was found in rat brain regions tested, suggesting the existence of some additional regulatory mechanisms for sGC. The failure of SNP to stimulate sGC maximally might be one of the reasons why the lack of correlation between the distribution of sGC activity and proteins in brain was not detected earlier. Prolonged exposure of endothelial cells to NO donors produced desensitization of the cGMP response. This desensitization cannot be explained by increased PDE activity, since PDE inhibitors were not able to prevent the NO donor-induced decrease of the maximal cGMP response in endothelial cells. The failure of SH-reducing agents to improve the cGMP response after its desensitization by NO suggests that a SH-independent mechanism mediates NO effects. Demonstration that the potency of the recently described activator of oxidized (heme-free) sGC, BAY58-2667, to stimulate sGC increases after prolonged exposure of the cells to an NO donor, DETA/NO, suggests that oxidation of heme may be a reason for NOinduced desensitization of sGC and decrease in sGC protein level. Indeed, the well-known heme-oxidizing agent ODQ produces a dramatic decrease in sGC protein levels in endothelial cells and BAY58-2667 prevents this effect. Although the mechanism of sGC activation and stabilization by BAY58-2667 is unknown, this substance is an interesting candidate to modulate sGC under conditions where sGC heme iron is oxidized. Very little is known about regulation of sGC by intracellular localization or translocation between different intracellular compartments. In the present study, an increase in sGC sensitivity to NO under membrane association was demonstrated. Treatment of isolated lung with VEGF markedly increased sGC in membrane fractions of endothelial cells. Failure of VEGF to stimulate sGC membrane association in cultured endothelial cells allows us to propose a complex mechanism of regulation of sGC membrane association and/or a transient character of sGC membrane attachment. A very likely mechanism for the attachment of sGC to membranes is via sGCinteracting proteins. These proteins may participate also in other aspects of sGC regulation. The role of the recently described sGC interaction partner, Hsp90, was investigated. Shortterm treatment of endothelial cells with an Hsp90 inhibitor does not affect NO donor or calcium ionophore-stimulated cGMP accumulation in the cells. However, inhibition of Hsp90 results in a rapid and dramatic decrease in sGC protein levels in endothelial cells. These effects were unrelated to changes in sGC transcription, since inhibition of transcription had much slower effect on sGC protein levels. In contrast, inhibitors of proteasomes abolished the reduction in sGC protein levels produced by an Hsp90 inhibitor, suggesting involvement of proteolytic degradation of sGC proteins during inhibition of Hsp90. All these data together suggest that Hsp90 is required to maintain mature sGC proteins. In conclusion, in the present study it was demonstrated that multiple mechanisms are involved in the regulation of sGC activity and its sensitivity to NO. Oxidation of sGC heme by NO seems to be one of the mechanisms for negative regulation of sGC in the presence of high or prolonged stimulation with NO. Another possible means of regulating sGC sensitivity to NO is via the intracellular translocation of the enzyme. It has been also demonstrated here that attachment of sGC to the membrane fraction results in an apparent increase in the enzyme sensitivity to NO. Additionally, Hsp90 was required to maintain sGC protein in endothelial and other cell types. However, we could not find any acute affect of Hsp90 on sGC activity, as reported recently. All these findings demonstrate that the regulation of sGC activity and protein level is a much more complex process than had been assumed earlier.},
  subject      = {Guanylatcyclase},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Telkamp2003,
  author    = {Telkamp, Myriam},
  title     = {Untersuchung der funktionellen Interaktion zwischen der sarkolemmalen Calcium-ATPase und der neuronalen NO-Synthase},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-5386},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die Plasmamembrancalcium-ATPase (PMCA) konnte als Interaktionspartner und Inhibitor der neuronalen NO-Synthase (nNOS) in Kardiomyozyten identifiziert werden. PMCA und nNO-Synthase kommen in Caveolae von Kardiomyocyten vor. Humane PMCA4b {\"u}berexprimierende Rattenherzen zeigen ex vivo eine signifikant h{\"o}here cGMP-Konzentration als wildtypische Rattenherzen. Das Ergebnis kann in mit PMCA4b und nNOS transfizierten wildtypischen und PMCA4b-{\"u}berexprimierenden Kardiomyozyten best{\"a}tigt werden. Je h{\"o}her die PMCA-Konzentration w{\"a}hrend der Transfektion ist, desto niedriger wird die Induktion von cGMP bei gleichbleibender nNOS-Transfektionskonzentration. Auff{\"a}llig sind die absolut h{\"o}heren Werte bei einer deutlich niedrigeren x-fachen Induktion von cGMP in PMCA4b-{\"u}berexprimierenden Zellen. Dies deutet auf eine Anpassungsreaktion der transgenen Kardiomyozyten auf den inhibitorischen Effekt der PMCA auf die neuronale NO-Synthase.},
  language  = {de}
}