@phdthesis{Fink2023,
  author    = {Fink, Julian},
  title     = {Synthese von molekularen Werkzeugen zur Visualisierung und Untersuchung des Sphingolipidmetabolismus und weiterer biologischer Prozesse},
  doi       = {10.25972/OPUS-28699},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-286992},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Die Zelle stellt die kleinste Einheit des Lebens dar und zeichnet sich durch die hoch koordinierte Anordnung von mehreren Millionen (Bio-)Molek{\"u}len zu einem mikrometergroßen Objekt aus. Als struktureller Bestandteil der Lipiddoppelschicht eukaryotischer Zellen spielt neben Sterolen und Glycerolipiden die Verbindungsklasse der Sphingolipide eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Membranintegrit{\"a}t.[472] Dar{\"u}ber hinaus sind bioaktive Sphingolipide bei vielen grundlegenden zellul{\"a}ren Prozessen wie Apoptose, Wachstum, Differenzierung, Migration und Adh{\"a}sion entscheidend beteiligt.[87,120] Ein gest{\"o}rtes Gleichgewicht des Sphingolipidmetabolismus und Defekte der entsprechenden Stoffwechselwege stehen im Zusammenhang mit vielen Krankheiten wie Krebs, Diabetes, Adipositas, Arteriosklerose, chronischen Entz{\"u}ndungen und Autoimmunerkrankungen sowie viraler und bakterieller Pathogenese.[22,143,473,474] Die Entwicklung und Anwendung von Sphingolipidanaloga als potenzielle Wirkstoffe r{\"u}ckten in den letzten Jahren immer weiter in den Fokus der interdisziplin{\"a}ren Forschung von Biologen, Chemikern und Medizinern. Als bekanntestes Beispiel ist Fingolimod (FTY720) zu nennen, das als Sphingosin-1-phosphat-Mimetikum heute unter dem Markennamen Gilenya® erfolgreich als Arzneistoff zur Behandlung von Multipler Sklerose eingesetzt wird.[475] Es besteht jedoch die Gefahr, dass Fingolimod zur Sch{\"a}digung anderer Zellfunktionen und zu gravierenden Nebeneffekten wie Bradykardie f{\"u}hren kann.[476] Da Sphingolipide ebenfalls in der Kontrolle von bakteriellen und viralen Infektionen essentiell beteiligt sind, spielen Sphingolipide und deren synthetisch dargestellte Derivate vermehrt eine Rolle in der Wirkstoffentwicklung im Kampf gegen pathogene Krankheitserreger.[175,477-479] Die Wirkweise von antimikrobiellen Sphingolipiden ist bisher nicht vollst{\"a}ndig aufgekl{\"a}rt. F{\"u}r eine Weiterentwicklung von bekannten Medikamenten gegen verschiedene Krankheiten oder f{\"u}r die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe gegen Erreger ist eine umfassende Untersuchung der zugrundeliegenden zellul{\"a}ren Mechanismen auf molekularer Ebene entscheidend. Hierf{\"u}r finden aufgrund der relativ einfachen Detektion mittels Fluoreszenzmikroskopie h{\"a}ufig fluoreszenzmarkierte Sphingolipidderivate breite Anwendung.[480] Die kovalent gebundene Farbstoffeinheit bringt jedoch wesentliche Nachteile mit sich, da sich die Biomolek{\"u}le durch die ver{\"a}nderte Struktur und Polarit{\"a}t in ihren biologischen Eigenschaften von den nat{\"u}rlichen Substraten unterscheiden k{\"o}nnen. Die Verwendung von bioorthogonal funktionalisierten Biomolek{\"u}len umgeht dieses Problem, da die strukturellen {\"A}nderungen minimal gehalten werden. Nach dem zellul{\"a}ren Einbau dieser Derivate ist eine schnelle und spezifische Konjugation mit einem komplement{\"a}ren Fluorophor zu einem gew{\"u}nschten Zeitpunkt durch sogenannte Click-Reaktionen wie CuAAC oder SPAAC m{\"o}glich.[12,46] Das Prinzip der Click-Chemie wurde bereits auf eine Vielzahl an Biomolek{\"u}len wie Sphingolipide, Fetts{\"a}uren, Aminos{\"a}uren, Proteine, Kohlenhydrate, Nukleoside oder Nukleins{\"a}uren (DNA und RNA) {\"u}bertragen.[47,280] Jedoch bedarf es weiterer spezifisch modifizierter Verbindungen, die vielf{\"a}ltige bioorthogonale Reaktionen f{\"u}r die Untersuchung von Zellprozessen zulassen ‒ sowohl in vitro als auch in vivo. Um neue Therapieans{\"a}tze gegen verschiedene Krankheiten zu entwickeln und schwerwiegende Nebenwirkungen zu vermeiden, ist die detaillierte Erforschung hochkomplexer Zellvorg{\"a}nge auf molekularer Ebene von entscheidender Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Synthese und Charakterisierung von molekularen Werkzeugen, die in Kombination mit verschiedenen aktuellen Mikroskopie- und Massenspektrometriemethoden die Visualisierung und Untersuchung des Sphingolipidmetabolismus und weiterer biologischer Prozesse erm{\"o}glichen. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit eine Vielzahl an Sphingolipiden und deren bioorthogonal funktionalisierte Analoga ausgehend von der Aminos{\"a}ure L-Serin erfolgreich synthetisiert. Die vorgestellten Verbindungen eignen sich in Kombination mit Massenspektrometrie und Fluoreszenz- oder Elektronenmikroskopie als molekulare Werkzeuge zur Untersuchung des komplexen Sphingolipidmetabolismus sowie des Einbaus und der Dynamik von Sphingolipiden in Modell- und Zellmembranen. Sowohl in humanen und tierischen Zellen als auch in Bakterien wurden die azidmodifizierten Sphingolipide durch Click-Reaktionen visualisiert, um ein verbessertes Verst{\"a}ndnis von bakteriellen und viralen Infektionsprozessen zu erhalten. Der modulare Ansatz der Click-Chemie erm{\"o}glicht die Verwendung verschiedener komplement{\"a}r funktionalisierter Farbstoffe, die unterschiedliche Eigenschaften bez{\"u}glich der Membrandurchg{\"a}ngigkeit oder Absorptions- und Emissionswellenl{\"a}ngen besitzen und somit je nach biologischer Fragestellung gezielt eingesetzt werden k{\"o}nnen. Alles in allem tragen die in dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen dazu bei, die Rolle von Sphingolipiden bei Infektionsprozessen und Krankheitsverl{\"a}ufen auf subzellul{\"a}rer Ebene aufzukl{\"a}ren. Dadurch wird ein entscheidender Beitrag f{\"u}r die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe gegen bakterielle oder virale Erreger sowie innovativer Therapien gegen verschiedene humane Krankheiten geliefert.},
  subject      = {Chemische Synthese},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Peer2010,
  author    = {Peer, Markus},
  title     = {Sphingolipide - Analytik, Biosynthese und Funktion in der Arabidopsis thaliana Pathogenantwort},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55034},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Sphingolipide (SPL) sind wichtige und ubiquitar verbreitete Bestandteile von Biomembranen. Aufgrund der enormen Vielfalt, der komplexen Struktur und diverser physiko-chemischer Eigenschaften der Sphingolipide gestaltet sich die qualitative und quantitative Untersuchung der Sphingolipide allerdings schwierig. In dieser Arbeit konnten, basierend auf publizierten Methoden, analytische Verfahren entwickelt werden, mit deren Hilfe sich die Gehalte spezifischer Sphingolipide in A. thaliana quantitativ nachweisen lassen. Unter Einsatz eines targeted metabolite profiling-Ansatzes wurde die Rolle spezifischer Sphingolipide in der Pflanzen-Pathogen Interaktion charakterisiert. Infiltration von avirulenten P. syringae pv. tomato (Pst) in Bl{\"a}tter von A. thaliana f{\"u}hrte zu schnell und transient erh{\"o}hten Gehalten der freien Sphingobase Phytosphingosin (t18:0). Im Gegensatz zu avirulenten Pst kam es nach Infiltration von virulenten Pst zu einer schnellen R{\"u}ckkehr auf Basalniveau und nicht zu einer hypersensitiven Antwort (HR), was auf eine positiv regulatorische Rolle von t18:0 in Abwehrreaktionen von Pflanzen hinwies, z.B. bei der HR. Damit konnte in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Spiegel freier Sphingobasen der Pflanze, insbesondere von t18:0, in Antwort auf bakterielle Pathogene reguliert werden. Diese spezifische Regulation korreliert, in Abh{\"a}ngigkeit von der Pathogeninfektion, mit dem Verlauf der HR. Im Unterschied zu avirulenten St{\"a}mmen sind virulente Pst in der Lage, Abwehrreaktionen des Wirtsorganismus zu unterdr{\"u}cken. Daher tritt keine HR auf, welche die Ausbreitung des Pathogens stoppen k{\"o}nnte. Die unterschiedliche Beeinflussung der t18:0 Gehalte virulenter und avirulenter St{\"a}mme zeigte sich auch in Experimenten mit einem anderen P. syringae Stamm. Freie Sphingobasen zeigten in dieser Arbeit typische Merkmale von Signalmolekulen: geringe basale Spiegel, schnelle und transiente Gehaltsanderungen, pr{\"a}zise Regulation sowie spezifische Wirkeffekte. Sphingolipide stellen somit, neben den etwa durch PAMPs ausgel{\"o}sten und durch Phytohormone vermittelten, weitere Signalwege in der Pflanzen Pathogen Interaktion dar. Die Infiltration von Pst in Bl{\"a}tter der A. thaliana Mutante sbh1-1 f{\"u}hrte zu transient erh{\"o}hten d18:0 Spiegeln. In dieser Mutante ist die Funktion von einer der zwei Sphingobasen-Hydroxylasen gest{\"o}rt. Wie sich nach Totalhydrolyse zeigte, sind die Gesamtgehalte von t18:0 in der Mutante allerdings nicht reduziert. Dies spricht daf{\"u}r, dass der pathogenabh{\"a}ngige transiente Anstieg von t18:0 durch de novo Synthese aus d18:0 entsteht und nicht durch Freisetzung aus komplexen Sphingolipiden mittels spezifischer Lipasen. Somit ist die Hydroxylase SBH1 f{\"u}r den schnellen signalvermittelten Anstieg von t18:0 verantwortlich. Neben t18:0 l{\"o}sen auch strukturell {\"a}hnliche freie Sphingobasen, z.B. d18:1 und d18:0, Abwehrreaktionen und Zelltod aus, w{\"a}hrend andere Sphingobasen (d20:0 und d20:1) sowie Ceramide keine Reaktionen ausl{\"o}sten. Dies weist auch direkt auf die Spezifit{\"a}t der beteiligten Mechanismen hin.},
  subject      = {Sphingolipide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Dennstaedt2020,
  author    = {Dennst{\"a}dt, Fabio Stefan},
  title     = {Modulation CD4+ humaner Treg- und Tconv-Zellen durch Inhibition der sauren Sphingomyelinase in vitro},
  doi       = {10.25972/OPUS-20542},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-205420},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Die saure Sphingomyelinase (ASM) stellt durch die Umwandlung von Sphingomyelin in Ceramid und Phosphorylcholin ein zentrales, fein reguliertes Enzym im Sphingolipidmetabolismus dar. Dadurch nimmt es Einfluss auf verschiedene zellul{\"a}re Mechanismen wie Signalvermittlung, Endo- und Exozytose und Zellaktivierung. Dementsprechend weitreichend ist auch die Bedeutung der ASM bei verschiedenen Krankheiten wie Arteriosklerose, Depression oder Neoplasien. Auch auf das Immunsystem, insbesondere auf die Signalvermittlung durch T-Zellen innerhalb des adaptiven Immunsystems, nimmt die saure Sphingomyelinase Einfluss. Aufbauend auf fr{\"u}heren Forschungsarbeiten zur pharmakologischen und genetischen Hemmung der ASM im Mausmodell untersuchten wir, welche Auswirkungen die Hemmung dieses Enzyms in humanen Zellkulturen auf die Population regulatorischer und konventioneller T-Zellen haben. Hierzu verwendeten wir die beiden selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer Sertralin und Citalopram; zwei antidepressiv wirksame Medikamente, die durch eine Verdr{\"a}ngung der ASM von der lysosomalen Membran eine hemmende Wirkung aus{\"u}ben. Wir konnten zeigen, dass diese beiden Substanzen sowohl in Maus-T-Zellen, als auch in humanen T-Zellen, in der Lage sind, die Aktivit{\"a}t der sauren Sphingomyelinase zu inhibieren. Durch Kultivierung von Immunzellen der Maus zusammen mit den Inhibitoren konnte dar{\"u}ber hinaus eine Erh{\"o}hung der Treg-Zellfrequenz erreicht werden. Verschiedene Zellkulturexperimente mit humanen PBMCs zeigten weiterhin, dass unter gewissen Umst{\"a}nden so auch eine Vermehrung regulatorischer T-Zellen im Menschen m{\"o}glich ist, und dass dies mutmaßlich durch Einbindung der ASM im CD3/CD28-Signalweg bedingt ist. In mit AntiCD3-Antik{\"o}rper stimulierten experimentellen Ans{\"a}tzen kam es jedoch nur bei einzelnen Individuen, die als Responder identifiziert werden konnten, zu einer Treg-Zellvermehrung. Umgekehrt kam es durch externe Zugabe von C6-Ceramid zu einer Verringerung des Anteils an regulatorischen T-Zellen. Des Weiteren wurden verschiedene Ver{\"a}nderungen im Expressionsverhalten von Treg- und Tconv-Zellen bez{\"u}glich CD25, CD69 und CTLA-4 in Anwesenheit der ASMInhibitoren beobachtet. Weiterhin best{\"a}tigte sich, dass die pharmakologische Hemmung der sauren Sphingomyelinase auch Auswirkungen auf die Effektorfunktion von T-Zellen hat. W{\"a}hrend die Proliferation der Zellen weitgehend unbeeintr{\"a}chtigt blieb, kam es zu einer verringerten Sekretion der Zytokine IFN-gamma, TNF, IL-5 und IL-10. In ihrer Gesamtheit sprechen diese Ergebnisse daf{\"u}r, dass Inhibitoren der sauren Sphingomyelinase beg{\"u}nstigend auf Krankheitsgeschehen mit {\"u}berschießender oder dysregulierter Aktivit{\"a}t des Immunsystems einwirken k{\"o}nnten. Immunmodulatorischen Wirkungen durch Inhibition der ASM erkl{\"a}ren m{\"o}glicherweise auch Einfl{\"u}sse auf das Immunsystem, die f{\"u}r verschiedene Antidepressiva beschrieben wurden. Insgesamt ist die Bedeutung der sauren Sphingomyelinase innerhalb der Regulation des adaptiven Immunsystems jedoch noch ein weitgehend ungekl{\"a}rtes Thema mit vielen offenen Fragen. Daher ist auch in Zukunft weitere klinische und experimentelle Forschung erforderlich, um zu kl{\"a}ren, welchen Einfluss dieses Enzyms auf Immunzellen hat und wie sich dieser auch klinisch anwenden l{\"a}sst.},
  subject      = {T-Lymphozyt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Stieber2022,
  author    = {Stieber, Hanna},
  title     = {Auswirkungen des Sphingolipidsynthese-Inhibitors Myriocin auf Vitalit{\"a}t und Antimykotikaresistenz von \(Candida\) \(auris\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-28912},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-289121},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Candida Spezies geh{\"o}ren als kommensale Organismen zur normalen menschlichen Mikroflora, k{\"o}nnen allerdings unter bestimmten Bedingungen Krankheitswert erlangen. Limitationen in der Behandlung durch immer mehr resistente Candida Spezies und die wachsende Zahl immunsupprimierter Patienten gelten als Hauptursachen f{\"u}r die steigende H{\"a}ufigkeit invasiver Candidosen und systemischer Candid{\"a}mien. Die 2009 entdeckte Spezies C. auris stellt durch ihre zahlreichen Resistenzen, das Potential zur Ausl{\"o}sung nosokomialer Ausbr{\"u}che in Krankenh{\"a}usern und die schnelle Verbreitung {\"u}ber mehrere Kontinente eine neue Herausforderung dar. Der Bedarf an neuen Antimykotika mit anderen Wirkmechanismen und neuen Zielstrukturen ist gr{\"o}ßer denn je. Die fungale Sphingolipid-Biosynthese wurde bereits mehrfach als potenzielles Ziel antimykotischer Therapie diskutiert, allerdings bezieht sich die meiste Forschung hierzu auf C. albicans]. In vorliegender Arbeit wurden die Auswirkungen der Inhibition der Sphingolipid Biosynthese durch Myriocin auf C. auris und sein Resistenzverhalten untersucht und mit denen auf andere Candida Spezies verglichen. Sowohl die Mikrodilution als auch die Plattentropftests zeigten, dass C. auris verglichen mit anderen Candida Spezies besonders sensitiv auf die Anwesenheit von Myriocin reagierte und st{\"a}rker im Wachstum gehemmt wurde. Der Survival Assay ergab f{\"u}r alle drei Spezies ein Absenken der CFU durch Myriocin, die Abweichungen zwischen den St{\"a}mmen waren jedoch unwesentlich. Unterschiede konnten in Vitalit{\"a}t und Vermehrung der verschiedenen Spezies unter Myriocineinfluss festgestellt werden. Aus der Lebend/Tot-F{\"a}rbung ging hervor, dass Myriocin bei allen St{\"a}mmen zum Absterben von Candida Zellen f{\"u}hrte, C. albicans und C. glabrata allerdings signifikant niedrigere {\"U}berlebensraten im Vergleich zu den C. auris Isolaten aufwiesen. Im Gegensatz dazu konnte mithilfe der FITC-Mikroskopie gezeigt werden, dass Candida Zellen unter Zugabe von Myriocin weniger Tochterzellen ausbildeten, was auf eine erschwerte oder zumindest verlangsamte Zellvermehrung hindeutet. Dabei schien das Wachstum der C. auris St{\"a}mme durch Myriocin deutlich eingeschr{\"a}nkter zu sein als das von C. albicans und C. glabrata. Durch weitere Mikroskopie und die Kombination aus Lebend/Tot F{\"a}rbung mittels PI und FITC F{\"a}rbung, sollte die Verteilung der toten Zellen auf Mutter- und Tochterzellen evaluiert werden. Hier konnte ein Trend zu einem vermehrten Zellsterben der Tochterzellen, vor allem f{\"u}r C. auris, festgestellt werden. Abschließende E-Tests f{\"u}r Amphotericin B, Anidulafungin und Fluconazol ergaben eine signifikante Herabsetzung der MHK f{\"u}r alle C. auris Isolate durch Myriocin. Die hier vorgestellten Ergebnisse und die durch mehrere Studien festgestellten Differenzen in der Sphingolipidkomposition von C. auris verglichen mit anderen Candida Spezies geben Hinweis darauf, dass Sphingolipide f{\"u}r Vitalit{\"a}t, Zellteilung und vor allem f{\"u}r die Wirkung einiger Antimykotika auf C. auris eine besondere, wenn nicht {\"u}bergestellte Bedeutung haben k{\"o}nnten. Zwar wurde die Sphingolipidsynthese bereits mehrfach als potenzieller Angriffspunkt f{\"u}r die antifungale Therapie diskutiert, allerdings lediglich am Beispiel anderer Candida Spezies. Der Sphingolipidstoffwechsel k{\"o}nnte somit ein vielversprechender Ansatz f{\"u}r die Behandlung des sonst so therapieresistenten und lebensbedrohlichen Pilzes C. auris sein.},
  subject      = {Candida},
  language  = {de}
}