@phdthesis{Goehler2012,
  author    = {G{\"o}hler, Antonia},
  title     = {Untersuchung Karbohydrat-bindender Proteine mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-76665},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Das menschliche Genom verschl{\"u}sselt 30000 bis 40000 Proteine, von denen ein Großteil kovalent gebundene Karbohydrat-Gruppen an Asparagin-, Serin-, Threonin- oder Hydroxylysin-Resten tr{\"a}gt. Diese sogenannten Glykoproteine sind allgegenw{\"a}rtige Bestandteile der extrazellul{\"a}ren Matrix von Zelloberfl{\"a}chen. Sie steuern Zell-Zell- und Zell-Matrix-Kommunikationen, k{\"o}nnen bei der roteinfaltung helfen bzw. die Proteinstabilit{\"a}t erh{\"o}hen oder Immunantworten regulieren. Die Ausl{\"o}sung von biologischen Prozesse erfordert aber {\"U}bersetzer der zuckerbasierten Informationen. Solche Effektoren sind die Lektine, unter ihnen auch die Galektine. Galektine binden spezifisch β-Galaktosen, weisen strukturelle {\"U}bereinstimmungen in der Aminos{\"a}uresequenz ihrer Zuckererkennungsdom{\"a}nen (CRDs) auf und zeigen ein „jelly-roll"-Faltungsmuster, bestehend aus einem β-Sandwich mit zwei antiparallelen Faltbl{\"a}ttern. Strukturell werden die CRDs in drei verschiedenen, topologischen Formen pr{\"a}sentiert. Proto-Typen existieren als nicht-kovalent verkn{\"u}pfte Dimere der CRDs, Chimera-Typen besitzen neben der CRD eine Nicht-Lektin-Dom{\"a}ne und bei den Tandem-Repeat-Typen sind zwei verschiedene CRDs {\"u}ber ein kurzes Linker-Peptid kovalent verbunden. Galektine werden sowohl in normalem wie auch pathogenem Gewebe exprimiert und das zunehmende Wissen {\"u}ber die Beteiligung an verschiedenen Krankheiten und Tumorwachstum liefert die Motivation, strukturelle Aspekte und die Vernetzung von Lektinen detailliert, insbesondere im Hinblick auf ihre intrafamili{\"a}ren Unterschiede, zu untersuchen. Durch die Kombination verschiedener Spektroskopie-Techniken mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung, basierend auf der Verwendung von Fluorophoren (intrinsisch und extrinsisch), werden in dieser Arbeit die Eigenschaften von Galektinen n{\"a}her untersucht. Mit Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) und Anisotropie-Messungen wird gezeigt, dass eine Liganden-Bindung bei Proto-Typ-Galektinen mit einer Verringerung des hydrodynamischen Radius einhergeht. Bei Tandem-Repeat- und Chimera-Typen bleibt der Radius konstant. Daf{\"u}r skaliert die Diffusionskonstante von Tandem-Repeat-Typen anormal mit der molaren Masse. Die Anisotropie-Messungen werden parallel zu den FCS-Messungen durchgef{\"u}hrt, um einen Einfluss des Fluoreszenzmarkers auszuschließen. Mit Hilfe dieser Technik wird außerdem gezeigt, dass unterschiedliche Dissoziationskonstanten und Kinetiken f{\"u}r den Bindungsprozess innerhalb der Proto-Typ-Gruppe m{\"o}glichweise auf unterschiedliche Konformationsdynamiken zur{\"u}ckgehen. Der Vergleich von hGal-1 und cG-1B verdeutlicht, dass strukturelle {\"A}hnlichkeiten zwar ein identisches Bindungsverhalten hervorrufen k{\"o}nnen, der Oxidationsprozess der Proteine aber unterschiedlich ablaufen kann. Beide Methoden k{\"o}nnen so als sehr sensitive Techniken zur Untersuchung von Strukturmerkmalen bei Galektinen etabliert werden, wobei die {\"U}bertragbarkeit auf andere Glykoproteine gew{\"a}hrleistet ist. Weiterhin gilt Quervernetzung als eine der wichtigsten Eigenschaften von Galektinen, da durch die Vernetzung von Glykoproteinen auf der Zelloberfl{\"a}che Signalwege aktiviert und Immunantworten reguliert werden. Um die r{\"a}umliche organisation und Quervernetzung von hGal-1 auf den Oberfl{\"a}chen von Neuroblastomzellen nachzuweisen, eignet sich das hochaufl{\"o}sende Mikroskopieverfahren dSTORM sehr gut. Durch Verwendung des photoschaltbaren Fluorophors Alexa647 als spezifischem Marker f{\"u}r hGal-1, einem Standard-Weitfeld-Aufbau und verschiedenen Analyseverfahren, kann eine Clusterformation von hGal-1 auf der Zelloberfl{\"a}che best{\"a}tigt werden. hGal-1 bildet Cluster mit einem mittleren Durchmesser von 81±7 nm aus. Der Durchmesser ist unabh{\"a}ngig von der Konzentration, w{\"a}hrend die Anzahl der Cluster davon abh{\"a}ngt. F{\"u}r die Clusterausbildung ist ein Startpunkt, also eine minimale Dichte der Galektin-Molek{\"u}le, notwendig. Durch Blockierung der CRDs mit Laktose wird die Clusterbildung unterdr{\"u}ckt und die Spezifit{\"a}t der CRDs gegen{\"u}ber β-Galaktosen erneut herausgestellt. Anders als dimeres hGal-1 binden Monomere deutlich schlechter an die Membranrezeptoren. Es werden keine Cluster ausgebildet, eine Quervernetzung von Membranrezeptoren ist nicht m{\"o}glich. Außerdem kann es durch die Monomere zu einer vollst{\"a}ndigen Markierung und damit Abkugellung der Zellen kommen. M{\"o}glicherweise wird der Zelltod induziert. Hochaufl{\"o}sende Mikroskopieverfahren sind durch den Markierungsprozess limitiert. Die bioorthogonale Click-Chemie er{\"o}ffnet jedoch neue M{\"o}glichkeiten zur Markierung und Visualisierung von Biomolek{\"u}len, ohne die Notwenigkeit genetischer Manipulationen. Es werden modifizierte Zuckermolek{\"u}le in die Zellmembranen eingebaut, {\"u}ber eine 1,3-polare Cycloaddition mit einem Alkin markiert und ihre Verteilung mit Hilfe von dSTORM untersucht. Es wird nachgewiesen, dass die Zuckermolek{\"u}le in Clustern auftreten und Click-Chemie trotz dem Katalysator Kupfer an lebenden Zellen durchf{\"u}hrbar ist. Die Bewegung der Gesamtcluster wird mittels Mean Square Displacement aufgeschl{\"u}sselt und eine Diffusionskonstante f{\"u}r Cluster im Bereich von 40 - 250 nm bestimmt. Zusammenfassend stellt die Kombination verschiedener Spektroskopie-Techniken ein gutes Werkzeug zur Untersuchung von Karbohydrat-bindendenden Proteinen mit hoher r{\"a}umlicher und zeitlicher Aufl{\"o}sung dar und erm{\"o}glicht einen neuen Einblick in die Biologie der Galektine.},
  subject      = {Fluoreszenz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Glogger2018,
  author    = {Glogger, Marius},
  title     = {Single-molecule fluorescence microscopy in live \(Trypanosoma\) \(brucei\) and model membranes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-169222},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Der eukaryotische Parasit Trypanosoma brucei hat komplexe Strategien entwickelt um der Immunantwort eines Wirtes zu entkommen und eine persistente Infektion innerhalb dessen aufrechtzuerhalten. Ein zentrales Element seiner Verteidigungsstrategie st{\"u}tzt sich auf die Schutzfunktion seines Proteinmantels auf der Zelloberfl{\"a}che. Dieser Mantel besteht aus einer dichten Schicht aus identischen, Glykosylphosphatidylinositol (GPI)-verankerten variablen Oberfl{\"a}chenglykoproteinen (VSG). Der VSG Mantel verhindert die Erkennung der darunterliegenden, invarianten Epitope durch das Immunsystem. Obwohl es notwendig ist die Funktionsweise des VSG Mantels zu verstehen, vor allem um ihn als m{\"o}gliches Angriffsziel gegen den Parasiten zu verwenden, sind seine biophysikalischen Eigenschaften bisher nur unzureichend verstanden. Dies ist vor allem der Tatsache geschuldet, dass die hohe Motilit{\"a}t der Parasiten mikroskopische Studien in lebenden Zellen bisher weitestgehend verhinderten. In der vorliegenden Arbeit wird nun hochmoderne Einzelmolek{\"u}l-Fluoreszenzmikroskopie (EMFM) als M{\"o}glichkeit f{\"u}r mikroskopische Untersuchungen im Forschungsbereich der Trypanosomen vorgestellt. Die Arbeit umfasst Untersuchungen der VSG Dynamik unter definierten Bedingungen k{\"u}nstlicher Membransysteme. Es wurde zuerst der Einfluss der lateralen Proteindichte auf die VSG Diffusion untersucht. Experimente mittels Fluoreszenz- Wiederkehr nach irreversiblem Photobleichen und komplement{\"a}re Einzelmolek{\"u}l- Verfolgungs Experimente offenbarten, dass ein molekularer Diffusionsschwellenwert existiert. {\"U}ber diesem Schwellenwert wurde eine dichteabh{\"a}nige Reduzierung des Diffusionskoeffizienten gemessen. Eine relative Quantifizierung der rekonstituierten VSGs verdeutlichte, dass der Oberfl{\"a}chenmantel der Trypanosomen sehr nahe an diesem Schwellenwert agiert. Der VSG Mantel ist optimiert um eine hohe Proteindichte bei gleichzeitiger hoher Mobilit{\"a}t der VSGs zu gew{\"a}hrleisten. Des Weiteren wurde der Einfluss der VSG N-Glykosylierung auf die Diffusion des Proteins quantitativ untersucht. Die Messungen ergaben, dass die N-Glykosylierung dazu beitr{\"a}gt eine hohe Mobilit{\"a}t bei hohen Proteindichten aufrechtzuerhalten. Eine detaillierte Analyse von VSG Trajektorien offenbarte, dass zwei unterschiedliche Populationen frei diffundierender VSGs in der k{\"u}nstlichen Membran vorlagen. K{\"u}rzlich wurde entdeckt, dass VSGs zwei strukturell unterschiedliche Konformationen annehmen k{\"o}nnen. Die Messungen in der Arbeit stimmen mit diesen Beschreibungen {\"u}berein. Die Ergebnisse der EMFM in k{\"u}nstlichen Membranen wurden durch VSG Einzelmolek{\"u}l- Verfolgungs Experimente auf lebenden Zellen erg{\"a}nzt. Es wurde eine hohe Mobilit{\"a}t und Dynamik einzelner VSGs gemessen, was die allgemein dynamische Natur des VSG Mantels verdeutlicht. Dies f{\"u}hrte zu der Schlussfolgerung, dass der VSG Mantel auf lebenden Trypanosomen ein dichter und dennoch dynamischer Schutzmantel ist. Die F{\"a}higkeit der VSGs ihre Konformation flexibel anzupassen, unterst{\"u}tzt das Erhalten der Fluidit{\"a}t bei variablen Dichten. Diese Eigenschaften des VSG Mantels sind elementar f{\"u}r die Aufrechterhaltung einer presistenden Infektion eines Wirtes. In dieser Arbeit werden des Weiteren verschiedene, auf Hydrogel basierende Einbettungsmethoden vorgestellt. Diese erm{\"o}glichten die Zellimmobilisierung und erlaubten EMFM in lebenden Trypanosomen. Die Hydrogele wiesen eine hohe Zytokompatibilit{\"a}t auf. Die Zellen {\"u}berlebten in den Gelen f{\"u}r eine Stunde nach Beginn der Immobilisierung. Die Hydrogele erf{\"u}llten die Anforderungen der Superresolution Mikroskopie (SRM) da sie eine geringe Autofluoreszenz im Spektralbereich der verwendeten Fluorophore besaßen. Mittels SRM konnte nachgewiesen werden, dass die Hydrogele die Zellen effizient immobilisierten. Als erstes Anwendungsbeispiel der Methode wurde die Organisation der Plasmamembran in lebenden Trypanosomen untersucht. Die Untersuchung eines fluoreszenten Tracers in der inneren Membranschicht ergab, dass dessen Verteilung nicht homogen war. Es wurden spezifische Membrandom{\"a}nen gefunden, in denen das Molek{\"u}l entweder vermehrt oder vermindert auftrat. Dies f{\"u}hrte zu der Schlussfolgerung, dass diese Verteilung durch eine Interaktion des Tracers mit Proteinen des zellul{\"a}ren Zytoskeletts zustande kam. Die in dieser Arbeit pr{\"a}sentierten Ergebnisse zeigen, dass EMFM erfolgreich f{\"u}r verschiedene biologische Untersuchungen im Forschungsfeld der Trypanosomen angewendet werden kann. Dies gilt zum Beispiel f{\"u}r die Untersuchung von der VSG Dynamik in k{\"u}nstlichen Membransystemen, aber auch f{\"u}r Studien in lebenden Zellen unter Verwendung der auf Hydrogelen basierenden Zelleinbettung.},
  subject      = {Trypanosoma brucei},
  language  = {en}
}