@phdthesis{Andronic2014,
  author    = {Andronic, Joseph},
  title     = {Volumenregulatorische Transportwege von anorganischen und organischen Osmolyten in S{\"a}ugetierzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-103255},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die Aufrechterhaltung des Zellvolumens unter variablen osmotischen Bedingungen stellt f{\"u}r nahezu alle tierischen Zellen eine essenzielle Aufgabe dar. Um regulatorische Volumenanpassungen vorzunehmen besitzen sie daher effektive Mechanismen, mit deren Hilfe der zellul{\"a}re Gehalt an organischen und anorganischen Osmolyten erh{\"o}ht (= regulatorische Volumenzunahme; RVI) oder gesenkt (= regulatorische Volumenabnahme; RVD) werden kann. Trotz langj{\"a}hriger Forschung auf diesem Gebiet konnten die hieran beteiligten Transportwege f{\"u}r Osmolyte bisher nur unvollst{\"a}ndig aufgekl{\"a}rt werden. Insbesondere bei T-Lymphozyten sind wichtige Zellfunktionen wie die Proliferation, Migration und die T-Zell-Aktivierung eng mit volumenregulatorischen Mechanismen verbunden. Bei all diesen Prozessen sind u. a. unterschiedliche Kaliumkan{\"a}le beteiligt, die insbesondere f{\"u}r die pharmakologische Manipulation von Immunsystemprozessen von wissenschaftlichem Interesse sind. Bisherige Modelle der hypotonen Volumenregulation von T-Lymphozyten ber{\"u}cksichtigen lediglich den spannungsabh{\"a}ngigen KV1.3 sowie den Ca2+-aktivierten IKCa1-Kanal, die zur Klasse der 6TM/P-K+-Kan{\"a}le geh{\"o}ren. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde eine potentielle Rolle von k{\"u}rzlich entdeckten Zwei-Poren Dom{\"a}nen Kaliumkan{\"a}len (K2P) am RVD von murinen und humanen prim{\"a}ren CD4+-T-Lymphozyten untersucht. In einem kombinierten genetischen und pharmakologischen Ansatz mittels knockout-Tiermodellen und dem Einsatz kanalspezifischer Inhibitoren konnte mithilfe zellvolumetrischer Analysen gezeigt werden, dass die K2P-Vertreter TASK1, TASK2, TASK3 und TRESK maßgeblich am schwellungsaktivierten Efflux von K+ beteiligt sind. Beurteilt an den Ergebnissen dieser Untersuchung sind der spannungsabh{\"a}ngige TASK2- und der Ca2+-aktivierte TRESK-Kanal f{\"u}r die hypotone Volumenregulation in T-Zellen deutlich bedeutender als TASK1 und TASK3. Der Beitrag der Kan{\"a}le TASK2 und TRESK am RVD-Prozess war {\"u}ber dies vergleichbar mit dessen des bisher bekannten KV1.3-Kanals. In dieser Arbeit wurde damit erstmals eine Beteiligung der K2P-Kan{\"a}le am RVD muriner und humaner CD4+-Lymphozyten identifiziert. Aufgrund der engen Verbindung zwischen T-Zell-Funktion und der Volumenregulation k{\"o}nnen Zwei-Poren Dom{\"a}nen K+-Kan{\"a}le damit in den engeren Kreis potentieller immunmodulierende Angriffspunkte aufgefasst werden. Im zweiten und umfangreicheren Teil dieser Arbeit wurden dar{\"u}ber hinaus die schwellungsaktivierten Transportwege f{\"u}r organische Osmolyte (small organic osmolytes; SOOs) untersucht. SOOs stellen chemisch inerte Verbindungen dar, zu denen vor allem Polyole (Sorbitol, myo-Inositol), Methylamine (Betain, α-Glycerophosphocholin) sowie Aminos{\"a}uren (α- bzw. β-Alanin und Prolin) und deren Derivate (Taurin) z{\"a}hlen. Da SOOs weder die zellul{\"a}re Struktur noch die Funktion von Makromolek{\"u}len beeintr{\"a}chtigen, sind sie wichtige Instrumente der Volumenregulation, die sich in hohen Konzentrationen im Zytosol nahezu aller Zellen wiederfinden. Werden tierische Zellen mit hypotonen Bedingungen konfrontiert, dann ist bei nahezu allen Zellen die Freisetzung organischer Osmolyte zu beobachten, wodurch die zellul{\"a}re Osmolarit{\"a}t unabh{\"a}ngig von Elektrolyten angepasst werden kann. Trotz der wichtigen Funktion der SOOs in der Osmoregulation tierischer Zellen konnte die molekulare Identit{\"a}t beteiligter Effluxwege (Kan{\"a}le bzw. Transporter) bisher nicht aufgekl{\"a}rt werden. Ungeachtet der molekularen Identit{\"a}t der SOO-Effluxwege war es aus zahlreichen biotechnologischen Anwendungen zu Beginn dieser Arbeit bekannt, dass die schwellungsaktivierten Transportwege f{\"u}r organische Osmolyte eine gr{\"o}ßenselektive Permeabilit{\"a}t f{\"u}r eine Reihe monomerer Zucker und verwandter Verbindungen aufweisen. Um diese Gr{\"o}ßenselektivit{\"a}t n{\"a}her zu charakterisieren, wurde im ersten Schritt die schwellungsaktivierte Membranpermeabilit{\"a}t f{\"u}r eine Reihe strukturell homogener Polyethylenglykole unterschiedlicher Polymerl{\"a}nge (PEG200-1500; hydrodynamische Radien zwischen ~0,5-1,5 nm) unter iso- und hypotonen Bedingungen in Jurkat-Lymphozyten untersucht. Unter milden hypotonen Bedingungen (200 mOsm) war die Plasmamembran der untersuchten Lymphozyten f{\"u}r PEG300-1500 undurchl{\"a}ssig, was aus der F{\"a}higkeit der Zellen zur hypotonen Volumenregulation geschlossen werden konnte. Dar{\"u}ber hinaus wurde RVD in stark hypotonen L{\"o}sungen (100 mOsm) mit PEG600-1500 beobachtet, w{\"a}hrend PEG300-400 unter vergleichbaren osmotischen Bedingungen die Volumenregulation der Zellen inhibierten. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass starkes hypotones Zellschwellen der Lymphozyten zur Permeabilisierung der Plasmamembran f{\"u}r PEG300-400, nicht jedoch f{\"u}r PEG600-1500, f{\"u}hrt. Anhand der hydrodynamischen Radien Rh der verwendeten PEGs konnte ein cutoff-Radius von ~0,74 nm f{\"u}r schwellungsaktivierte Transportwege organischer Osmolyte bestimmt werden. Da diese schwellungsaktivierten Transportwege vielf{\"a}ltig f{\"u}r Zellbeladungstechniken verwendet werden, k{\"o}nnte dieses Ergebnis f{\"u}r zahlreiche biotechnologische und biomedizinische Anwendungen von Interesse sein. Im zweiten Schritt wurde der Versuch unternommen, potentielle Transportwege f{\"u}r organische Osmolyte im RVD-Prozess molekular zu identifizieren. Da es grundlegend ungekl{\"a}rt war, wie viele unterschiedliche Transporter bzw. Kan{\"a}le am Efflux der zahlreichen organischen Osmolyte beteiligt sind, erfolgte zun{\"a}chst die vergleichende Analyse des schwellungsaktivierten Membrantransports strukturell verschiedener SOOs einschließlich der Aminosulfons{\"a}ure Taurin und des Polyols myo-Inositol. Hierbei wurde erstmals gezeigt, dass die schwellungsaktivierten Transportwege f{\"u}r Taurin und myo-Inositol deutlich unterschiedliche Aktivit{\"a}tsprofile aufweisen. W{\"a}hrend der Taurintransport bereits unter milden hypotonen Bedingungen, d.h. nach einer geringen Absenkung der Osmolalit{\"a}t von 300 auf ~230 mOsm, aktiviert wurde, erfolgte die Aktivierung der Membranpermeabilit{\"a}t f{\"u}r myo-Inositol bei einer viel niedrigeren Osmolalit{\"a}t von ~150 mOsm. Dar{\"u}ber hinaus wiesen die beiden Transportwege unter vergleichbarem hypotonen Stress von 100 mOsm deutlich unterschiedliche Aktivit{\"a}tsdauern auf (Transport von Taurin ~95 min und myo-Inositol ~40 min). Somit deuteten diese Ergebnisse erstmals auf substrat-spezifische Transportwege f{\"u}r SOOs hin, die voneinander stark abweichende osmotische Aktivierungsprofile besitzen. Als aussichtsreiche Kandidaten f{\"u}r diese Transportwege wurden zwei Mitglieder der Gruppe der Solute Carrier (SLC) untersucht, die klare {\"U}bereinstimmungen mit den gesuchten Transportern f{\"u}r SOOs aufweisen. Daher wurde im Weiteren eine RVD-Beteiligung dieser Transportergruppe mit einer Kombination aus molekularbiologischer und konventioneller bzw. hochaufgel{\"o}ster mikroskopischen Techniken {\"u}berpr{\"u}ft. Die semiqantitativen RT-PCR-Ergebnisse dieser Arbeit zeigen dabei, dass die Gentranskription der potentiellen SOO-Transporter SLC5A3 und SLC6A6 in den untersuchten Zelllinien Jurkat, HEK wie auch HepG2-Zellen durch hypotone Bedingungen deutlich verst{\"a}rkt wird. Hierbei nimmt der zellul{\"a}re mRNA-Gehalt der Gene SLC5A3 zwischen 20-60\% und SLC6A6 um 30-100\% innerhalb von 10-20 min zu, was auf eine potentielle RVD-Beteiligung von SLC-Transportern hindeutet. Ausgehend von diesem Ergebnis wurde daraufhin die zellul{\"a}re Lokalisation des SLC5A3-Transporters unter isotonen und hypotonen Bedingungen mikroskopisch untersucht. Wie anhand der konfokalen lasermikroskopischen Untersuchung zu erkennen ist, findet unter hypotoner Stimulation eine zellul{\"a}re Umverteilung des mit EGFP fluoreszenzmarkierten Proteins SLC5A3 statt. Innerhalb von 10 min wird der Transporter dabei von intrazellul{\"a}ren Regionen in Richtung Plasmamembran verlagert. Dar{\"u}ber hinaus konnte mit Hilfe der hochaufl{\"o}senden Mikroskopie-Technik dSTORM gezeigt werden, dass der Transporter SLC5A3 unter hypotoner Stimulation verst{\"a}rkt mit der Plasmamembran assoziiert vorliegt. Diese verst{\"a}rkte Membranassoziation des SLC5A3-Proteins deutet damit auf einen schwellungsinduzierten exozytotischen Einbau des Transporters hin. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen damit erstmals, dass SLC-Transporter wie SLC5A3, SLC6A6 und vermutlich andere Vertreter der SLC-Superfamilie potentiell am Mechanismus der hypotonen Volumenregulation beteiligt sind. Da SLC-Transporter als wichtige Transportsysteme f{\"u}r Therapeutika angesehen werden und die Mechanismen der Volumenregulation bereits in zahlreichen biotechnologischen Anwendungen implementiert sind, k{\"o}nnte der hier aufgedeckte Zusammenhang einen Erkenntnisgewinn f{\"u}r zahlreiche biomedizinische Forschungsgebiete darstellen.},
  subject      = {S{\"a}ugetiere},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fackler2014,
  author    = {Fackler, Marc},
  title     = {Biochemical characterization of GAS2L3, a target gene of the DREAM complex},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-103394},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {GAS2L3 was identified recently as a target gene of the DREAM complex (Reichert et al., 2010; Wolter et al., 2012). It was shown that GAS2L3 is expressed in a cell cycle specific manner and that depletion of the protein leads to defects in cytokinesis and genomic instability (Wolter et al., 2012). Major aim of this thesis was, to further characterize the biochemical properties and physiological function of GAS2L3. By in vitro co-sedimentation and bundling assays, GAS2L3 was identified as a cytoskeleton associated protein which bundles, binds and crosslinks F-actin and MTs. GST pulldown assays and co-immunoprecipitation experiments revealed that GAS2L3 interacts in vitro and in vivo with the chromosomal passenger complex (CPC), a very important regulator of mitosis and cytokinesis, and that the interaction is mediated by the GAR domain of GAS2L3 and the C-terminal part of Borealin and the N-terminal part of Survivin. Kinase assays showed that GAS2L3 is not a substrate of the CPC but is strongly phosphorylated by CDK1 in vitro. Depletion of GAS2L3 by shRNA influenced protein stability and activity of the CPC. However pharmacological studies showed that the decreased CPC activity is not responsible for the observed cytokinesis defects upon GAS2L3 depletion. Immunofluorescence experiments revealed that GAS2L3 is localized to the constriction zone by the CPC in a GAR dependent manner and that the GAR domain is important for proper protein function. New interacting proteins of GAS2L3 were identified by stable isotope labelling by amino acids in cell culture (SILAC) in combination with tandem affinity purification and subsequent mass spectrometrical analysis. Co-immunoprecipitation experiments further confirmed the obtained mass spectrometrical data. To address the physiological function of GAS2L3 in vivo, a conditional and a non-conditional knockout mouse strain was established. The non-conditional mouse strain showed a highly increased mortality rate before weaning age probably due to heart failure. The physiological function of GAS2L3 in vivo as well as the exact reason for the observed heart phenotype is not known at the moment.},
  subject      = {Zellzyklus},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hofstetter2014,
  author    = {Hofstetter, Christine},
  title     = {Inhibition of H3K27me-Specific Demethylase Activity During Murine ES cell Differentiation Induces DNA Damage Response},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107023},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Stem cells are defined by their capacity to self-renew and their potential to differentiate into multiple cell lineages. Pluripotent embryonic stem (ES) cells can renew indefinitely while keeping the potential to differentiate into any of the three germ layers (ectoderm, endoderm or mesoderm). For decades, ES cells are in the focus of research because of these unique features. When ES cells differentiate they form spheroid aggregates termed "embryoid bodies" (EBs). These EBs mimic post- implantation embryonic development and therefore facilitate the understanding of developmented mechanisms. During ES cell differentiation, de-repression or repression of genes accompanies the changes in chromatin structure. In ES cells, several mechanisms are involved in the regulation of the chromatin architecture, including post-translational modifications of histones. Post-translational histone methylation marks became one of the best- investigated epigenetic modifications, and they are essential for maintaining pluripotency. Until the first histone demethylase KDM1A was discovered in 2004 histone modifications were considered to be irreversible. Since then, a great number of histone demethylases have been identified. Their activity is linked to gene regulation as well as to stem cell self-renewal and differentiation. KDM6A and KDM6B are H3K27me3/2-specific histone demethylases, which are known to play a central role in the regulation of posterior development by regulating HOX gene expression. So far less is known about the molecular function of KDM6A or KDM6B in undifferentiated and differentiating ES cells. In order to completely abrogate KDM6A and KDM6B demethylase activity in undifferentiated and differentiating ES cells, a specific inhibitor (GSK-J4) was employed. Treatment with GSK-J4 had no effect on the viability or proliferation on ES cells. However, in the presence of GSK-J4 ES cell differentiation was completely abrogated with cells arrested in G1-phase and an increased rate of apoptosis. Global transcriptome analyses in early-differentiating ES cells revealed that only a limited set of genes were differentially regulated in response to GSK-J4 treatment with more genes up- regulated than down-regulated. Many of the up-regulated genes are linked to DNA damage response (DDR). In agreement with this, DNA damage was found in EBs incubated with GSK-J4. A co-localization of H3K27me3 or KDM6B with γH2AX foci, marking DNA breaks, could be excluded. However, differentiating Eed knockout (KO) ES cells, which are devoid of the H3K27me3 mark, showed an attenuated GSK-J4- induced DDR. Finally, hematopoietic differentiation in the presence of GSK-J4 resulted in a reduced colony-forming potential. This leads to the conclusion that differentiation in the presence of GSK-J4 is also restricted to hematopoietic differentiation. In conclusion, my results show that the enzymatic activity of KDM6A and KDM6B is not essential for maintaining the pluripotent state of ES cells. In contrast, the enzymatic activity of both proteins is indispensable for ES cell and hematopoietic differentiation. Additionally KDM6A and KDM6B enzymatic inhibition in differentiating ES cells leads to increased DNA damage with an activated DDR. Therefore, KDM6A and KDM6B are associated with DNA damage and in DDR in differentiating ES cells.},
  subject      = {Embryonale Stammzelle},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wende2014,
  author    = {Wende, Beate},
  title     = {Diversity of saproxylic beetles and host tree specialisation in differently managed forests across Germany},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107049},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Chapter I The gradual turnover of dead organic material into mineral nutrients is a key ecological function, linking decomposition and primary production, the essential parts of the nutrient-energy cycle. However, disturbances in terms of species or resource losses might impair the equilibrium between production and decomposition. Humanity has converted large proportions of natural landscapes and intensified land-use activity for food production. Globally, only very few areas are totally unaffected by human activity today. To ensure the maintenance of both essential ecosystem services, knowledge about the interplay of biodiversity and ecosystem functioning as well as effects of intensified management on both is crucial. The vast majority of terrestrial biomass production as well as decomposition take place in forest ecosystems. Though forestry has a long sustainable history in Europe, its intensification during the last century has caused severe impacts on forest features and, consequently, on the associated biota, especially deadwood dependent organisms. Among these, saproxylic beetles are the most diverse group in terms of species numbers and functional diversity, but also most endangered due to habitat loss. These features classify them as ideal research organisms to study effects of intensified forestry on ecosystem services. The BELONGDEAD project located in Germany aimed to investigate deadwood decay and functional consequences of diversity changes in the associated fauna on the decomposition process from the initialisation of deadwood decay to complete degradation. As part of the BeLongDead project, this dissertation focussed on saproxylic beetle species, thereby evaluating (1) regionally effects of tree species identity of fresh deadwood and (2) forest management of varying intensities on the diversity, abundance and community composition of saproxylic beetles (chapter II); (3) the specialisation degree of different trophic guilds of saproxylic beetles, and thus the stability and robustness of their interaction networks against disturbances (chapter III); (4) the impact of environmental features of local to regional spatial scales on species richness of saproxylic beetles differing in their habitat niche in terms of deadwood decay stages (chapter IV). Chapter II The vast majority of European forest ecosystems have been anthropogenically affected, leaving less than 1\% of the about 1 milliard hectare as natural forests. A long history of forestry and especially the technological progress during the last century have caused massive habitat fragmentation as well as substantial loss of essential resources in European forest ecosystems. Due to this, the substrate-dependent group of saproxylic beetles has experienced severe species losses. Thus, investigations concerning saproxylic diversity and deadwood volume were badly needed. However, the importance of different deadwood in terms of tree species identity for the colonization by saproxylic beetles under different local and regional management regimes is poorly understood. Therefore, we studied possible regional differences in colonization patterns of saproxylic beetle species in a total of 688 fresh deadwood logs of 13 tree species in 9 sites of managed conifer and beech forests, and unmanaged beech forests, respectively. We found that tree species identity was an important driver in determining saproxylic species composition and abundance within fresh deadwood. However, saproxylic species showed different colonization patterns of deadwood items of the same tree species among the study regions. Regionally consistent, conifer forests were most diverse. We attribute the latter result to the historically adaption of saproxylic beetle species to semi-open forests, which conditions are actually best reflected by conifer forests. To preserve a diverse local species pool of early successional saproxylic beetles, we suggest an equal high degree of deadwood diversity in a tree species context in due consideration of regional differences. Chapter III The extinction risk of a particular species corresponds with its species-specific requirements on resources and habitat conditions, in other words with the width of the species` ecological niche. Species with a narrow ecological niche are defined as specialists. Members of this group experience higher extinction risk by resource limitation than generalists, which are able to utilize a variety of resources. For the classification of species as specialists or generalists, thus evaluating possible extinction risks, ecologists use the concept of interaction networks. This method has often been applied for mutualistic or antagonistic plant-animal interactions, but information for networks of detritivores is scarce. Therefore, saproxylic beetle species sampled as described in chapter II were categorised according to their larval diet; additionally their interaction networks (N=108) with 13 dead host tree species were analysed. Specialisation degree was highest for wood-digesting beetles and decreased with increasing trophic level. Also the network indices evaluating robustness and generality indicated a higher susceptibility to species extinctions for xylophagous than for mycetophagous and predatory beetles. The specialisation of xylophagous species on specific tree species might be an adaption to tree species specific ingredients stored for defence against pathogens and pests. However, we conclude that the high specialisation degree of xylophages and thus their higher extinction risk by resource loss harbours certain dangers for ecosystem function and stability as species diversity is positively linked to both. Chapter IV Populations depend on individual emigration and immigration events to ensure genetic exchange. For successful migration it is of utmost importance that spatially separated populations are obtainable by specimen. Migratory success depends on the one hand on the species dispersal abilities and on the other on the availability of suitable habitats in the surrounding landscape in which the distinct host populations exist. However, consequences of intensive forest management correspond not only to severe reduction of local deadwood amount, but, among others, also a change in tree species composition and high levels of fragmentation in the surrounding forest area. Saproxylic beetle species differ in their dispersal behaviour according to the temporal availability of their preferred habitat. Generally, early successional saproxylic beetles are able to disperse over large distances, whereas beetles inhabiting advanced decayed wood often remain close to their larval habitat. Due to this, environmental factors might affect saproxylic beetle guilds differently. We classified the saproxylic beetles sampled as described in chapter II according to their calculated habitat niche as early, intermediate or late successional saproxylic beetles. For the different guilds the effects of 14 environmental factors on different spatial scales (stand factors at 0.1 km radius, landscape composition at 2 km radius, and regionally differing abiotic factors in 400 km to 700 km distance) were investigated. Consistently for all guilds, species richness decreased with fragmentation at local and landscape scale, and increased in warmer climate. However, we found contradictory results between the guilds to some extent. We relate this to guild specific habitat requirements of the saproxylic beetles. Therefore, for the development of appropriate conservation practices guild-specific requirements saproxylic beetles have to be considered not only locally but on larger spatial scales. Chapter V In conclusion, this dissertation identified main drivers of early successional saproxylic beetle species richness on various spatial scales. Our results emphasize the importance to develop management schemes meeting species-specific and guild-specific habitat requirements of the saproxylic beetle fauna at relevant spatial and temporal scales. Therefore, short-term actions suggested for sustainable forest management should be the focus on a diverse tree species composition consisting of indigenous tree species with respect to regional differences. Moreover, senescent trees, fallen and standing deadwood should remain in the forests, and some tree individuals should be allowed to grow old. Long-term actions should involve the reduction of forest fragmentation and the connection of spatial widely separated forest fragments. Furthermore, to fully understand the effects of forest management long-term research should be conducted to compare habitat requirements of intermediate and late successional beetles with the results presented in this dissertation.},
  subject      = {Saproxylophage},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schwarze2014,
  author    = {Schwarze, Simone},
  title     = {Untersuchung von Faltungs- und Funktionsdynamik isolierter Proteindom{\"a}nen mittels Fluoreszenzl{\"o}schung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107080},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Proteine bestehen aus einer spezifischen Sequenz verschiedener Aminos{\"a}uren, die ihre charakteristische Funktion bestimmt. Die große Variabilit{\"a}t an Aminos{\"a}uresequenzen erm{\"o}glichte die Evolution einer nahezu unbegrenzten Anzahl an Proteinen. Meistens nehmen diese Schl{\"u}sselpositionen ein, von robusten Baustoffen bis hin zu molekularen Maschinen. Daher kann eine Fehlfunktion gravierende Auswirkungen auf das Leben haben, z.B. Krankheiten wie Alzheimer oder Epilepsi. Um die Funktionen und Fehlfunktionen zu verstehen, ist eine umfassende Kenntnis der Proteinfaltung, der Protein-Protein Assoziation, sowie den Dynamiken innerhalb von Proteinen erforderlich. Diese Vorg{\"a}nge wurden in dieser Arbeit an drei isolierten Proteindom{\"a}nen durch die Anwendung der Fluoreszenzl{\"o}schmechanismen der H-Dimerbildung und des photoinduzierten Elektronentransfers untersucht. Der entfaltete Zustand der Bindungsdom{\"a}ne BBL, das Teil des 2-oxo-acid Dehydrogenasekomplexes ist, wurde unter physiologischen Bedingungen mit Zirkulardichroismus (CD) und einer Kombination aus photoinduziertem Elektronentransfer und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie analysiert. Beide Methoden zeigten {\"u}bereinstimmend anhand von 20 in BBL einzeln eingef{\"u}gten konservativen Punktmutationen, dass Seitenketteninteraktionen keine Auswirkungen auf die Sekund{\"a}rstruktur des denaturierten Zustandes, den Ausgangspunkt der Faltung, haben. Mit Hilfe der Dekonvolation der CD-Spektren wurde zudem gezeigt, dass die Reststruktur im denaturierten Zustand der helikalen Proteindom{\"a}ne von β-Str{\"a}ngen und β-Kehren dominiert wird, die eine entscheidende Funktion bei der Faltung in den nativen Zustand haben k{\"o}nnten. Die N-terminale Dom{\"a}ne (NTD), der f{\"u}r die Materialforschung hochinteressanten Spinnen-seidenfaser, ist f{\"u}r die Polymerisation des Spinnenseidenfadens auf den pH-Wechsel von pH 7 auf pH 6 hin verantwortlich. Dieser f{\"u}r die Proteinfunktion wichtige Prozess wurde durch die Einbringung eines extrinsischen Fluoreszenzschalters, basierend auf der H-Dimerbildung, mit der Stopped-Flow-Technik untersucht. Es wurde gezeigt, dass die NTDs 104 mit einer Rate von 3 x 10^8 M-1 s-1 assoziieren und somit nahezu das Geschwindigkeitslimit der Protein-Protein Assoziation erreicht wird. Zwei geladenen Seitenketten, der D39 und D40, kommt eine entscheidende Funktion in dem Prozess zu, da eine Mutation dieser die Assoziation verhindert. Des Weiteren wurde gezeigt, dass sich die NTD auf eine Erh{\"o}hung der Ionenst{\"a}rke entgegengesetzt zu anderen Proteinen verh{\"a}lt: die Dissoziation wird beschleunigt, die Assoziation nicht beeinflusst. Gleiches Verhalten wurde auf den einzelnen Austausch der {\"u}brigen protonierbaren Aminos{\"a}ureseitenketten hin beobachtet, ausgenommen die Mutation der E119, welche die Dissoziation verlangsamt. Daher scheint der makromolekulare Dipol, der auf Grund der Ladungsverteilung in der NTD entsteht, die Assoziation maßgeblich zu beeinflussen. Glutamatrezeptoren sind an der schnellen synaptischen Signalweiterleitung im Nervensys-tem von Vertebraten beteiligt. Die Konformationen der Ligandenbindungsdom{\"a}ne (LBD) haben dabei entscheidende Auswirkungen auf die Funktion des Gesamtrezeptors. Diese wurden mit einer Kombination aus photoinduziertem Elektronentransfer und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie untersucht. Mit dieser Methode wurde ein dynamisches Bild der gebundenen sowie ungebundenen Form der AMPA-spezifischen Glutamatrezeptor 2-LBD gezeigt. Es wurde zudem gezeigt, dass sich die Dynamiken in Abh{\"a}ngigkeit der Bindung von den Agonisten Glutamat und AMPA, dem partiellen Agonisten Kainate oder Cyclothiazid (CTZ), welches eine Dimerisierung der LBDs bewirkt, unterschiedlich ver{\"a}ndern. Dies k{\"o}nnte eine Auswirkung auf die Funktion der Rezeptoren haben. Die Anwendung der Fluoreszenzl{\"o}schmechanismen der H-Dimerbildung und des photoinduzierten Elektronentransfers in dieser Arbeit hat gezeigt, dass diese die M{\"o}glichkeit bieten, unterschiedlichste Fragestellungen zu beantworten und so Einblicke in dynamische Funktionsweisen von Proteinen er{\"o}ffnen. Kombiniert mit etablierten Fluoreszenzmethoden ist es so m{\"o}glich quantitativ Kinetiken auf unterschiedlichen Zeitskalen zu untersuchen.},
  subject      = {Protein-Protein-Wechselwirkung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schulze2014,
  author    = {Schulze, Katja},
  title     = {Automatisierte Klassifizierung und Viabilit{\"a}tsanalyse von Phytoplankton},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107174},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Zentrales Ziel dieser Arbeit war es, Methoden der Mikroskopie, Bildverarbeitung und Bilderkennung f{\"u}r die Charakterisierungen verschiedener Phyotplankter zu nutzen, um deren Analyse zu verbessern und zu vereinfachen. Der erste Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Analyse von Phytoplanktongemeinschaften, die im Rahmen der {\"U}berpr{\"u}fung der S{\"u}ßwasserqualit{\"a}t als Marker dienen. Die konventionelle Analyse ist dabei sehr aufwendig, da diese noch immer vollst{\"a}ndig von Hand durchgef{\"u}hrt wird und hierf{\"u}r speziell ausgebildetes Personal eingesetzt werden muss. Ziel war es, ein System zur automatischen Erkennung aufzubauen, um die Analyse vereinfachen zu k{\"o}nnen. Mit Hilfe von automatischer Mikroskopie war es m{\"o}glich Plankter unterschiedlicher Ausdehnung durch die Integration mehrerer Sch{\"a}rfeebenen besser in einem Bild aufzunehmen. Weiterhin wurden verschiedene Fluoreszenzeigenschaften in die Analyse integriert. Mit einem f{\"u}r ImageJ erstellten Plugin k{\"o}nnen Organismen vom Hintergrund der Aufnahmen abgetrennt und eine Vielzahl von Merkmalen berechnet werden. {\"U}ber das Training von neuralen Netzen wird die Unterscheidung von verschieden Gruppen von Planktontaxa m{\"o}glich. Zudem k{\"o}nnen weitere Taxa einfach in die Analyse integriert und die Erkennung erweitert werden. Die erste Analyse von Mischproben, bestehend aus 10 verschiedenen Taxa, zeigte dabei eine durchschnittliche Erkennungsrate von 94.7\% und eine durchschnittliche Falsch-Positiv Rate von 5.5\%. Im Vergleich mit bestehenden Systemen konnte die Erkennungsrate verbessert und die Falsch Positiv Rate deutlich gesenkt werde. Bei einer Erweiterung des Datensatzes auf 22 Taxa wurde darauf geachtet, Arten zu verwenden, die verschiedene Stadien in ihrem Wachstum durchlaufen oder h{\"o}here {\"A}hnlichkeiten zu den bereits vorhandenen Arten aufweisen, um evtl. Schwachstellen des Systemes erkennen zu k{\"o}nnen. Hier ergab sich eine gute Erkennungsrate (86.8\%), bei der der Ausschluss von nicht-planktonischen Partikeln (11.9\%) weiterhin verbessert war. Der Vergleich mit weiteren Klassifikationsverfahren zeigte, dass neuronale Netze anderen Verfahren bei dieser Problemstellung {\"u}berlegen sind. {\"A}hnlich gute Klassifikationsraten konnten durch Support Vektor Maschinen erzielt werden. Allerdings waren diese bei der Unterscheidung von unbekannten Partikeln dem neuralen Netz deutlich unterlegen. Der zweite Abschnitt stellt die Entwicklung einer einfachen Methode zur Viabilit{\"a}tsanalyse von Cyanobakterien, bei der keine weitere Behandlung der Proben notwendig ist, dar. Dabei wird die rote Chlorophyll - Autofluoreszenz als Marker f{\"u}r lebende Zellen und eine gr{\"u}ne unspezifische Fluoreszenz als Marker f{\"u}r tote Zellen genutzt. Der Assay wurde mit dem Modellorganismus Synechocystis sp. PCC 6803 etabliert und validiert. Die Auswahl eines geeigeneten Filtersets erm{\"o}glicht es beide Signale gleichzeitig anzuregen und zu beobachten und somit direkt zwischen lebendenden und toten Zellen zu unterscheiden. Die Ergebnisse zur Etablierung des Assays konnten durch Ausplattieren, Chlorophyllbestimmung und Bestimmung des Absorbtionsspektrums best{\"a}tigt werden. Durch den Einsatz von automatisierter Mikroskopie und einem neu erstellten ImageJ Plugin wurde eine sehr genaue und schnelle Analyse der Proben m{\"o}glich. Der Einsatz beim Monitoring einer mutagenisierten Kultur zur Erh{\"o}hung der Temperaturtoleranz erm{\"o}glichte genaue und zeitnahe Einblicke in den Zustand der Kultur. Weitere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Kombination mit Absorptionsspektren es erm{\"o}glichen k{\"o}nnen bessere Einblicke in die Vitalit{\"a}t der Kultur zu erhalten.},
  subject      = {Bilderkennnung},
  language  = {de}
}
@article{ChenGerber2014,
  author    = {Chen, Yi-chun and Gerber, Bertram},
  title     = {Generalization and discrimination tasks yield concordant measures of perceived distance between odours and their binary mixtures in larval Drosophila},
  series = {The Journal of Experimental Biology},
  volume    = {217},
  journal   = {The Journal of Experimental Biology},
  number    = {12},
  doi       = {10.1242/jeb.100966},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-121625},
  pages     = {2071-7},
  year      = {2014},
  abstract  = {Similarity between odours is notoriously difficult to measure. Widely used behavioural approaches in insect olfaction research are cross-adaptation, masking, as well as associative tasks based on olfactory learning and the subsequent testing for how specific the established memory is. A concern with such memory-based approaches is that the learning process required to establish an odour memory may alter the way the odour is processed, such that measures of perception taken at the test are distorted. The present study was therefore designed to see whether behavioural judgements of perceptual distance are different for two different memory-based tasks, namely generalization and discrimination. We used odour-reward learning in larval Drosophila as a study case. In order to challenge the larvae's olfactory system, we chose to work with binary mixtures and their elements (1-octanol, n-amyl acetate, 3-octanol, benzaldehyde and hexyl acetate). We determined the perceptual distance between each mixture and its elements, first in a generalization task, and then in a discrimination task. It turns out that scores of perceptual distance are correlated between both tasks. A re-analysis of published studies looking at element-to-element perceptual distances in larval reward learning and in adult punishment learning confirms this result. We therefore suggest that across a given set of olfactory stimuli, associative training does not grossly alter the pattern of perceptual distances.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kirscher2014,
  author    = {Kirscher, Lorenz},
  title     = {Melanogene rekombinante Vaccinia-Viren als diagnostisches und therapeutisches Agenz zur Tumorbehandlung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-112074},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Die g{\"a}ngigen therapeutischen Behandlungsmethoden f{\"u}r die verschiedensten Krebserkrankungen zeigen nach wie vor M{\"a}ngel bez{\"u}glich der Effizienz sowie zahlreiche Nebenwirkungen w{\"a}hrend und nach der Behandlung. Maßgeblich f{\"u}r diese Defizite ist die teilweise geringe Sensitivit{\"a}t der meisten konventionellen diagnostischen Systeme und damit einhergehend die oftmals zu sp{\"a}te Identifikation entarteter Gewebsbereiche. Zur L{\"o}sung dieser Problematik bieten onkolytische Vaccinia-Viren einen Ansatz, sowohl die Effizienz der Therapie wie auch die Diagnostik zu verbessern. In beiden F{\"a}llen sind die Tumorzell-spezifische Vermehrung der Viren und die M{\"o}glichkeit entscheidend, die Viren als Vektorsystem zur Expression therapeutischer oder diagnostischer Fremdgenkassetten zu nutzen. Um ein auf Vaccinia-Virus-basierendes Reportersystem zum diagnostischen Nachweis von Krebszellen mittels Tiefengewebs-Tomographie bereit zu stellen, wurden die f{\"u}r die murine Tyrosinase (mTyr) und das Tyrosinase-Helferprotein 1 (Tyrp1) kodierenden Gene in das Genom eines onkolytischen Vaccinia-Virus inseriert. Die Tyrosinase ist das Schl{\"u}sselenzym der Melaninsynthese. Bereits die solit{\"a}re Expression der Tyrosinase f{\"u}hrt in der transformierten Zelle zur Melaninproduktion. Das Tyrosinase-Helferprotein 1 ist an der Prozessierung und Stabilisierung der Tyrosinase beteiligt. Bereits in verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass Melanin als Reportermolek{\"u}l f{\"u}r die Magnetresonanz sowie f{\"u}r die multispektrale optoakustische Tomographie einsetzbar ist. Es wurde deswegen angestrebt, die Kombination aus dem therapeutischen Potential des onkolytischen Vaccinia-Virus und der diagnostischen Anwendung des Melanins als Reporter auszunutzen. S{\"a}mtliche in dieser Arbeit aufgef{\"u}hrten rekombinanten Vaccinia-Viren (rVACV) wurden von der Firma Genelux Corporation zur Verf{\"u}gung gestellt und in dieser Arbeit hinsichtlich der therapeutischen Effizienz und des diagnostischen Potentials untersucht. In ersten Zellkultur-Versuchen wurde anhand verschiedener konstitutiv melanogener rVACV-Konstrukte festgestellt, dass die Kombination aus dem Vaccinia-Virus-spezifischen synthetic early/late Promotor und dem Enzym Tyrosinase (GLV-1h327) bzw. den Enzymen Tyrosinase und Tyrosinase-Helferprotein 1 (GLV-1h324) die h{\"o}chste Melaninsynthese-Rate zeigte. Anschließend wurde mittels der Bestimmung der spektralen Absorption und der Enzymaktivit{\"a}t der viral kodierten Melanin synthetisierenden Enzyme sowie mikroskopischer Analysen gezeigt, dass es mit diesen auf 8 Vaccinia-Virus-basierenden melanogenen Reportersystemen m{\"o}glich ist, die Melaninsynthese in nicht-melanogenen Zellen zu induzieren. Anhand elektronenmikroskopischer Untersuchungen in Zellkultur und ex vivo konnte gezeigt werden, dass die nach rVACV-Infektion stattfindende Melaninsynthese in den Lysosomen der Wirtszelle abl{\"a}uft. Eine Analyse der atomaren Zusammensetzung des viral vermittelten Melanins ergab, dass es sich um eine Mischform aus Eu- und Ph{\"a}omelanin handelt. Dieser Melanin-Mix {\"a}hnelte dem Melanin aus Haut und Augen, jedoch lagen an Melanin-gebundene Metallionen in erh{\"o}htem Maß vor...},
  subject      = {Melanin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Vona2014,
  author    = {Vona, Barbara C.},
  title     = {Molecular Characterization of Genes Involved in Hearing Loss},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-112170},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {The auditory system is an exquisitely complex sensory organ dependent upon the synchronization of numerous processes for proper function. The molecular characterization of hereditary hearing loss is complicated by extreme genetic heterogeneity, wherein hundreds of genes dispersed genome-wide play a central and irreplaceable role in normal hearing function. The present study explores this area on a genome-wide and single gene basis for the detection of genetic mutations playing critical roles in human hearing. This work initiated with a high resolution SNP array study involving 109 individuals. A 6.9 Mb heterozygous deletion on chromosome 4q35.1q35.2 was identified in a syndromic patient that was in agreement with a chromosome 4q deletion syndrome diagnosis. A 99.9 kb heterozygous deletion of exons 58-64 in USH2A was identified in one patient. Two homozygous deletions and five heterozygous deletions in STRC (DFNB16) were also detected. The homozygous deletions alone were enough to resolve the hearing impairment in the two patients. A Sanger sequencing assay was developed to exclude a pseudogene with a high percentage sequence identity to STRC from the analysis, which further solved three of the six heterozygous deletion patients with the hemizygous, in silico predicted pathogenic mutations c.2726A>T (p.H909L), c.4918C>T (p.L1640F), and c.4402C>T (p.R1468X). A single patient who was copy neutral for STRC and without pathogenic copy number variations had compound heterozygous mutations [c. 2303_2313+1del12 (p.G768Vfs*77) and c.5125A>G (p.T1709A)] in STRC. It has been shown that STRC has been previously underestimated as a hearing loss gene. One additional patient is described who does not have pathogenic copy number variation but is the only affected member of his family having hearing loss with a paternally segregating translocation t(10;15)(q26.13;q21.1). Twenty-four patients without chromosomal aberrations and the above described patient with an USH2A heterozygous deletion were subjected to a targeted hearing loss gene next generation sequencing panel consisting of either 80 or 129 hearing-relevant genes. The patient having the USH2A heterozygous deletion also disclosed a second mutation in this gene [c.2276G>T (p.C759F)]. This compound heterozygous mutation is the most likely cause of hearing loss in this patient. Nine mutations in genes conferring autosomal dominant hearing loss [ACTG1 (DFNA20/26); CCDC50 (DFNA44); EYA4 (DFNA10); GRHL2 (DFNA28); MYH14 (DFNA4A); MYO6 (DFNA22); TCF21 and twice in MYO1A (DFNA48)] and four genes causing autosomal recessive hearing loss were detected [GJB2 (DFNB1A); MYO7A (DFNB2); MYO15A (DFNB3), and USH2A]. Nine normal hearing controls were also included. Statistical significance was achieved comparing controls and patients that revealed an excess of mutations in the hearing loss patients compared to the control group. The family with the GRHL2 c.1258-1G>A mutation is only the second family published worldwide with a mutation described in this gene to date, supporting the initial claim of this gene causing DFNA28 hearing loss. Audiogram analysis of five affected family members uncovered the progressive nature of DFNA28 hearing impairment. Regression analysis predicted the annual threshold deterioration in each of the five family members with multiple audiograms available over a number of years.},
  subject      = {Molekularbiologie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{KubischgebWiegand2014,
  author    = {Kubisch (geb. Wiegand), Franziska},
  title     = {Learning in botanical gardens: Investigating educational methods during an instruction about plants and water},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-111620},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {The contribution of botanical gardens to out-of-school education should be larger than it is currently in Germany. In the curricula of all school types botany plays only a minor role, although plants form the base for all animal life on earth. To increase the attractiveness of botanical gardens for teachers, offers and programs should be created and conducted in didactically sensible manners and allow students an emotional approach towards the topics through trial and experiments. Therefore it is insufficient to conduct guided tours, which are still most common. Student-centered methods, like learning at workstations, or experimental courses, can lead to an improved retention of the contents learned at the out-of-school learning setting. There are, however, methodological differences even within learning at workstations. In the first part of my study I compared a student- (S) and a teacher-centered (T) type of learning at workstations (chapter III). My intention was to find out, which of both methods results in more positive emotions at the out-of-school learning location and a higher sustainable knowledge increase. Like in all three parts of my study, 8th grade students from so-called "Mittelschulen" and "Realschulen" from Lower Franconia participated in the programs. I evaluated them by using multiple-choice tests assessing the students' knowledge regarding the topic 'plants and water' (see Appendix), following a before-after / control-impact study design. The students' emotions were assessed using the intrinsic motivation inventory directly after the garden visit. Using generalized linear mixed models, I did not find a significant difference between either of the two approaches. A reason for this could be that the students could be practically active in both methods, which made them fairly similar. Given that there was a significant knowledge increase in both methods, and the effort to develop the teacher-centered learning at workstations was much lower, I would suggest to follow that method for educational work in botanical gardens. Students already have many predefined concepts regarding many topics, especially when these are important in everyday life. These concepts do often not match the scientific state-of-the-art. Still, students bring their so-called 'alternative conceptions' into visits to the botanical garden. According to theory, confronting them with their own conceptions in the light of scientific facts, should foster updating their concepts with scientifically correct additions. To investigate this method regarding my topic 'plants and water', I developed an intervention with experiments on the lotus effect, which also plays a role in everyday life (chapter IV). Topics like the surface tension of the water, which is also found in 6th grade curricula in German schools, were included. Prior to the intervention, I assessed the students' conceptions using questionnaires and used the three most frequent alternative conceptions to develop a multiple-choice test, which was also used in a before-after / control-impact design. A group of students was also confronted with their conceptions during an introductory talk (AC), whereas another was not (NAC). This was conducted in a way, that likely led to dissatisfaction of the students with their own concepts. The analysis of the questionnaires with the Mann-Whitney U test showed, however, no difference between the two groups directly following the treatment. Over longer time, however, the NAC group retained significantly more knowledge. Probably the students confronted with the alternative conceptions remembered the illustrations of these more easily than the scientifically correct view. For some botanical topics it is certainly helpful to include this conceptual change approach, but apparently not for the lotus effect. In this case it is most sensible to focus on the surface structure of water-repellent leaves and fruits, as we describe it in a publication in 'Unterricht Biologie'. For the practical work in botanical gardens I would suggest to rather assess the students' concepts and assumptions in the beginning of an intervention in a botanical garden, especially with respect to feasibility. In the third part of my study I concentrate on the application of concept maps (chapter V). This method of cross-linking old and newly acquired knowledge is effective, but not very common in Germany, neither in schools, nor in botanical gardens. One group of students followed exclusively a teacher-centered learning at workstations regarding 'plants and water' (NCM), a second group created concept maps directly after the treatment and a second directly before the retention test (CM). The first map was intended to be a means of consolidation, whereas the late map was rather focused on recapitulation of what was learned about six weeks ago. To evaluate that I used the same multiple-choice tests as I did for the first part. The CM group showed a significantly higher knowledge increase, over short and long time-scales, although these students did significantly worse in the pretest than those of the NCM group. Regarding genders, female students profited especially from the first concept map (consolidation), males rather from the second (recapitulation). From the results one can conclude that prominently weaker students benefit from this method. Additionally the gender-related results show that using concept maps multiple times can be beneficial for different types of learners. In every study there also was a control group (C), which only had to fill out the questionnaires at the same time as the participating students, to account for external factors (like media, etc.). Especially learning at workstations and concept maps are very appropriate to be conducted at the out-of-school learning location botanical garden and are likely to strongly increase learning success. It is beneficial to mix several methods to achieve the best results in different types of learners. Additionally, when methods in school are mixed with those of out-of-school learning, the education gets more open, practical and colorful. That all resulted in a substantial long-term knowledge gain of all participating students.},
  subject      = {Konstruktive Didaktik},
  language  = {en}
}