@article{LukešGlatzovaKvičalovaetal.2017,
  author    = {Lukeš, Tom{\´a}š and Glatzov{\´a}, Daniela and Kv{\´i}čalov{\´a}, Zuzana and Levet, Florian and Benda, Aleš and Letschert, Sebastian and Sauer, Markus and Brdička, Tom{\´a}š and Lasser, Theo and Cebecauer, Marek},
  title     = {Quantifying protein densities on cell membranes using super-resolution optical fluctuation imaging},
  series = {Nature Communications},
  volume    = {8},
  journal   = {Nature Communications},
  doi       = {10.1038/s41467-017-01857-x},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-172993},
  year      = {2017},
  abstract  = {Quantitative approaches for characterizing molecular organization of cell membrane molecules under physiological and pathological conditions profit from recently developed super-resolution imaging techniques. Current tools employ statistical algorithms to determine clusters of molecules based on single-molecule localization microscopy (SMLM) data. These approaches are limited by the ability of SMLM techniques to identify and localize molecules in densely populated areas and experimental conditions of sample preparation and image acquisition. We have developed a robust, model-free, quantitative clustering analysis to determine the distribution of membrane molecules that excels in densely labeled areas and is tolerant to various experimental conditions, i.e. multiple-blinking or high blinking rates. The method is based on a TIRF microscope followed by a super-resolution optical fluctuation imaging (SOFI) analysis. The effectiveness and robustness of the method is validated using simulated and experimental data investigating nanoscale distribution of CD4 glycoprotein mutants in the plasma membrane of T cells.},
  language  = {en}
}
@article{EndresKneitzOrthetal.2016,
  author    = {Endres, Marcel and Kneitz, Susanne and Orth, Martin F. and Perera, Ruwan K. and Zernecke, Alma and Butt, Elke},
  title     = {Regulation of matrix metalloproteinases (MMPs) expression and secretion in MDA-MB-231 breast cancer cells by LIM and SH3 protein 1 (LASP1)},
  series = {Oncotarget},
  volume    = {7},
  journal   = {Oncotarget},
  number    = {39},
  doi       = {10.18632/oncotarget.11720},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-176920},
  pages     = {64244-64259},
  year      = {2016},
  abstract  = {The process of tumor invasion requires degradation of extracellular matrix by proteolytic enzymes. Cancer cells form protrusive invadopodia, which produce and release matrix metalloproteinases (MMPs) to degrade the basement membrane thereby enabling metastasis. We investigated the effect of LASP1, a newly identified protein in invadopodia, on expression, secretion and activation of MMPs in invasive breast tumor cell lines. By analyzing microarray data of in-house generated control and LASP1-depleted MDA-MB-231 breast cancer cells, we observed downregulation of MMP1, -3 and -9 upon LASP1 depletion. This was confirmed by Western blot analysis. Conversely, rescue experiments restored in part MMP expression and secretion. The regulatory effect of LASP1 on MMP expression was also observed in BT-20 breast cancer cells as well as in prostate and bladder cancer cell lines. In line with bioinformatic FunRich analysis of our data, which mapped a high regulation of transcription factors by LASP1, public microarray data analysis detected a correlation between high LASP1 expression and enhanced c-Fos levels, a protein that is part of the transcription factor AP-1 and known to regulate MMP expression. Compatibly, in luciferase reporter assays, AP-1 showed a decreased transcriptional activity after LASP1 knockdown. Zymography assays and Western blot analysis revealed an additional promotion of MMP secretion into the extracellular matrix by LASP1, thus, most likely, altering the microenvironment during cancer progression. The newly identified role of LASP1 in regulating matrix degradation by affecting MMP transcription and secretion elucidated the migratory potential of LASP1 overexpressing aggressive tumor cells in earlier studies.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Burgert2018,
  author    = {Burgert, Anne},
  title     = {Untersuchung von Sphingolipiden und anderen Membrankonjugaten mittels hochaufl{\"o}sender Fluoreszenzmikroskopie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-145725},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Methoden der Fluoreszenz-Lokalisationsmikroskopie (engl. single-molecule localization microscopy, SMLM) erm{\"o}glichen es Molek{\"u}le zu quantifizieren und deren Verteilung zu analysieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Membranmolek{\"u}le auf unterschiedlichen eukaryotischen Zellen, aber auch auf Prokaryoten mit dSTORM (engl. direct stochastic optical reconstruction microscopy) oder PALM (engl.: photoactivated localization microscopy) aufgenommen und quantifiziert. Bevor jedoch diese hochaufl{\"o}sende fluoreszenzbasierte Technik f{\"u}r biologische Fragestellungen angewendet werden konnten, mussten zun{\"a}chst potentielle Artefakt-ausl{\"o}sende Quellen identifiziert und Strategien gefunden werden, um diese zu eliminieren. Eine m{\"o}gliche Artefakt-Quelle ist eine zu niedrige Photonenzahl, die von Fluorophoren emittiert wird. Werden zu wenige Photonen detektiert, kann die Lokalisation eines Fluorophors weniger pr{\"a}zise bestimmt werden. Dies kann zu einer falschen Abbildung von Strukturen f{\"u}hren oder zu falschen R{\"u}ckschl{\"u}ssen {\"u}ber die Verteilung von Molek{\"u}len. Eine M{\"o}glichkeit die Anzahl der emittierten Photonen zu erh{\"o}hen, ist chemische Additive als Triplettl{\"o}scher einzusetzen. Sie bewirken, dass die Fluorophore wieder in den Grundzustand relaxieren und somit wieder angeregt werden k{\"o}nnen. Es wurden verschiedene Additive, die in der Literatur als Triplettl{\"o}scher beschrieben sind, getestet. Dazu wurden zun{\"a}chst ihre Auswirkungen auf den Triplettzustand verschiedener Fluorophore (Alexa Fluor (Al) 488, 532 und 647 und Atto655) mit Hilfe von Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) untersucht. Cyclooctatetraen (COT) bewirkte dabei eine Abnahme der Triplettausbeute von Al488, Al532 und Al647 um ~ 40-60\%, bei Atto655 ver{\"a}nderte sie sich nicht. Obwohl die Ergebnisse der FCS-Messungen darauf hindeuten, dass COT in einer erh{\"o}hten Anzahl an emittierten Photonen resultiert, konnte dies bei dSTORM-Messungen nicht best{\"a}tigt werden. Hier hatte COT nur einen gr{\"o}ßeren positiven Effekt auf das Fluorophor Al647 (Zunahme um ~ 60\%). Eine Erkl{\"a}rung f{\"u}r diese Widerspr{\"u}chlichkeit zu den Ergebnissen aus den FCS-Messungen, k{\"o}nnte das Vorhandensein des Schaltpuffers bei dSTORM-Messungen sein. Dieser bewirkt den {\"U}bergang der Fluorophore in den Aus-Zustand bzw. entzieht dem Puffer Sauerstoff. Bei der Zugabe von 5 mM Kaliumiodid (KI) nahm die Triplettamplitude bei FCS-Messungen nur bei Al488 ab (um ~ 80\%). Eine geringe Steigerung (um ~ 10\%) der Intensit{\"a}t von Al488 mit KI konnte bei dSTORM-Messungen mit niedrigen Konzentrationen (~ 0,5 mM) erzielt werden. Bei einer Konzentration von 5 mM sank die Intensit{\"a}t jedoch wieder um 40\%. Deuteriumoxid (D2O) soll, anders als die Triplettl{\"o}scher, eine Verbesserung der Photonenausbeute dadurch bewirken, dass strahlungslose Relaxationsprozesse minimiert werden. Mit dSTORM-Messungen konnte gezeigt werden, dass Atto655 und Al647 in D2O zwar pro An-Zustand mehr Photonen emittieren als in Schaltpuffer ohne D2O, da die Fluorophore hier jedoch schneller bleichen, letztendlich die gleiche Anzahl an Photonen detektiert werden. Um die Anzahl an emittierten Photonen zu erh{\"o}hen, eignet sich also nur COT bei dSTORM-Messungen mit AL647 und KI in sehr geringen Konzentrationen bei Al488. D2O kann eingesetzt werden, wenn eine Probe schnell vermessen werden muss, wie zum Beispiel bei Lebendzellmessungen. Nicht nur eine zu niedrige Photonenzahl, auch eine zu geringe Photoschaltrate kann Artefakte bei dSTORM-Messungen erzeugen. Dies wurde anhand von verschiedenen biologischen Strukturen, die mit unterschiedlichen Anregungsintensit{\"a}ten aufgenommen wurden, deutlich gemacht. Besonders die Aufnahmen von Plasmamembranen sind anf{\"a}llig f{\"u}r die Generierung von Artefakten. Sie weisen viele inhomogene und lokal dichte Regionen auf. Wenn nun mehr als ein Emitter pro µm² gleichzeitig an ist, erzeugt das Auswertungsprogramm große artifizielle Cluster. Die hier durchgef{\"u}hrten Messungen machen deutlich, wie wichtig es ist, dSTORM-Bilder immer auf m{\"o}gliche Artefakte hin zu untersuchen, besonders wenn Molek{\"u}le quantifiziert werden sollen. Daf{\"u}r m{\"u}ssen die unbearbeiteten Rohdaten sorgf{\"a}ltig gesichtet werden und notfalls die Messungen mit einer h{\"o}heren Laserleistung wiederholt werden. Da dSTORM mittlerweile immer mehr zur Quantifizierung eingesetzt wird und Clusteranalysen durchgef{\"u}hrt werden, w{\"a}re es sinnvoll bei Ver{\"o}ffentlichungen die Rohdaten von entscheidenden Aufnahmen der {\"O}ffentlichkeit zur Verf{\"u}gung zu stellen. Die F{\"a}rbemethode ist ein weiterer Punkt, durch den Artefakte bei der Abbildung von Molek{\"u}len mittels SMLM entstehen k{\"o}nnen. H{\"a}ufig werden Antik{\"o}rper zum Markieren verwendet. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass m{\"o}glichst kleine Antik{\"o}rper oder Antik{\"o}rperfragmente verwendet werden, besonders wenn Clusteranalysen durchgef{\"u}hrt werden sollen. Anderenfalls leidet die Aufl{\"o}sung darunter, bzw. erh{\"o}ht sich die Gefahr der Kreuzvernetzung von Molek{\"u}len. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit, wurden Plasmamembran-Ceramide untersucht. Ceramide geh{\"o}ren zu den Sphingolipiden und regulieren diverse zellul{\"a}re Prozesse. Verschiedene Stimuli bewirken eine Aktivierung von Sphingomyelinasen (SMasen), die Ceramide in der Plasmamembran synthetisieren. Steigt die Konzentration von Ceramiden in der Plasmamembran an, kondensieren diese zu Ceramid-reichen Plattformen (CRPs). Bisher ist noch wenig {\"u}ber die Verteilung der Ceramide und die Gr{\"o}ße der CRPs bekannt. Sie wurden hier {\"u}ber IgG-Antik{\"o}rper in der Plasmamembran von Jurkat-, U2OS-, HBME- und prim{\"a}ren T-Zellen angef{\"a}rbt und erstmals mit dSTORM hochaufgel{\"o}st, um sie dann zu quantifizieren. Unabh{\"a}ngig von der Zelllinie befanden sich 50\% aller Ceramidmolek{\"u}le in ~ 75 nm großen CRPs. Im Mittel bestanden die CRPs aus ~ 20 Ceramiden. Mit Hilfe einer Titrationsreihe konnte ausgeschlossen werden, dass diese Cluster nur durch die Antik{\"o}rper-F{\"a}rbung artifiziell erzeugt wurden. Bei Inkubation der Zellen mit Bacillus cereus Sphingomyelinase (bSMase) stieg die Gesamtkonzentration der Ceramide in der Plasmamembran an, ebenso wie die Ceramidanzahl innerhalb der CRPs, außerdem die Anzahl und Gr{\"o}ße der CRPs. Dies k{\"o}nnte zu einer Ver{\"a}nderung der L{\"o}slichkeit von Membrankomponenten f{\"u}hren, was wiederum eine Akkumulation bestimmter Rezeptoren oder eine Kompartimentierung bestimmter Proteine erleichtern k{\"o}nnte. Die Anh{\"a}ufung der Ceramide in den CRPs k{\"o}nnte ebenfalls die lokale Interaktion mit anderen Membranmolek{\"u}len erleichtern und dadurch m{\"o}glicherweise die Reaktivit{\"a}t von Rezeptoren ver{\"a}ndern. Mittels Azid-modifizierten Ceramidanaloga und kupferfreier Click-Chemie wurden Plasmamembran-Ceramide auch in lebenden Jurkat-Zellen mit Hilfe konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie (CLSM, engl. confocal laser scanning microscopy) und Strukturierter Beleuchtungsmikroskopie (SIM, engl. structured illumination microscopy) untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Fetts{\"a}ure-Kettenl{\"a}nge und die Position des Azids bei den Ceramidanaloga eine entscheidende Rolle spielt, wie hoch das detektierte Signal in der Plasmamembran letztendlich ist. Die Versuche machen auch deutlich, dass die klickbaren Ceramidanaloga lebendzellkompatibel sind, sodass sie eine hervorragende M{\"o}glichkeit darstellen, zellul{\"a}re Reaktionen zu verfolgen. Es wurden hier nicht nur Ceramide in eukaryotischen Zellen analysiert, sondern auch in Bakterien. Neisseria meningitidis (N. meningitidis) sind gramnegative Bakterien, die im Menschen eine Sepsis oder eine Meningitis ausl{\"o}sen k{\"o}nnen. Es wurde mittels immunhistochemischen F{\"a}rbungen mit dem anti-Ceramid IgG-Antik{\"o}rper, aber auch mit den klickbaren Ceramidanaloga, ein Signal in der Membran erhalten, was mit dSTORM hochaufgel{\"o}st wurde. In anderen Bakterien wurden ebenfalls schon Sphingolipide nachgewiesen. Studien zu Ceramiden in N. meningitidis wurden bisher jedoch noch nicht ver{\"o}ffentlicht. Im Rahmen dieser Arbeit konnten erstmals Ergebnisse erhalten werden, die darauf hinweisen, dass N. meningitidis ebenfalls Ceramide besitzen k{\"o}nnten. In einem dritten Projekt wurde die Interaktion zwischen NK-Zellen und Aspergillus fumigatus untersucht. Der Schimmelpilz kann eine Invasive Aspergillose in immunsupprimierten Menschen ausl{\"o}sen, was zum Tod f{\"u}hren kann. Verschiedene Studien konnten schon zeigen, dass NK-Zellen eine wichtige Rolle bei der Bek{\"a}mpfung des Pilzes spielen. Der genaue Mechanismus ist jedoch noch unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass der NK-Zell-Marker CD56 entscheidend f{\"u}r die Pilzerkennung ist. Mit immunhistochemischen F{\"a}rbungen und LSM-, aber auch dSTORM-Messungen, konnte gezeigt werden, dass die normalerweise homogen verteilten CD56-Rezeptoren auf der Plasmamembran von NK-Zellen aktiv an die Interaktionsstelle zu A. fumigatus transportiert werden. Mit der Zeit akkumulieren hier immer mehr CD56-Proteine, w{\"a}hrend das Signal in der restlichen Membran immer weiter abnimmt. Es konnte erstmals CD56 als wichtiger Erkennungsrezeptor f{\"u}r A. fumigatus identifiziert werden. In dem letzten bearbeiteten Projekt, wurde die Bindung von Anti-N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor Enzephalitis Autoantik{\"o}rper an Neuronen untersucht. Bei einer Anti-NMDA-Rezeptor Enzephalitis bilden die Patienten Autoantik{\"o}rper gegen die NR1-Untereinheit ihrer eigenen postsynaptischen NMDA-Rezeptoren. Da die Krankheit oft sehr sp{\"a}t erkannt wird und die Behandlungsm{\"o}glichkeiten noch sehr eingeschr{\"a}nkt sind, f{\"u}hrt sie noch oft zum Tod. Sie wurde erst vor wenigen Jahren beschrieben, sodass der genaue Mechanismus noch unbekannt ist. Im Rahmen dieser Arbeit, konnten erste F{\"a}rbungen mit aufgereinigten Antik{\"o}rper aus Anti-NMDA-Rezeptor Enzephalitis Patienten an NMDA-Rezeptor-transfizierte HEK-Zellen und hippocampalen Maus-Neuronen durchgef{\"u}hrt und mit dSTORM hochaufgel{\"o}st werden. Mit den Messungen der HEK-Zellen konnte best{\"a}tigt werden, dass die Autoantik{\"o}rper an die NR1-Untereinheit der Rezeptoren binden. Es konnten erstmals auch die Bindung der Antik{\"o}rper an Neuronen hochaufgel{\"o}st werden. Dabei wurde sichtbar, dass die Antik{\"o}rper zum einen dicht gepackt in den Synapsen vorliegen, aber auch d{\"u}nner verteilt in den extrasynaptischen Regionen. Basierend auf der Ripley's H-Funktion konnten in den Synapsen große Cluster von ~ 90 nm Durchmesser und im Mittel ~ 500 Lokalisationen und extrasynaptisch kleinere Cluster mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ~ 70 nm und ~ 100 Lokalisationen ausgemacht werden. Diese ersten Ergebnisse legen den Grundstein f{\"u}r weitere Messungen, mit denen der Mechanismus der Krankheit untersucht werden kann.},
  subject      = {Ceramide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Bucher2018,
  author    = {Bucher, Hannes},
  title     = {Pre-clinical modeling of viral- and bacterial-induced exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-144368},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  pages     = {XIII, 105},
  year      = {2018},
  abstract  = {Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) exacerbations are a considerable reason for increased morbidity and mortality in patients. Infections with influenza virus (H1N1), respiratory syncytial virus (RSV) or nontypeable Haemophilus influenzae (NTHi) are important triggers of exacerbations. To date, no treatments are available which can stop the progression of COPD. Novel approaches are urgently needed. Pre-clinical models of the disease are crucial for the development of novel therapeutic options. In order to establish pre-clinical models which mimic aspects of human COPD exacerbations, mice were exposed to cigarette smoke (CS) and additionally infected with H1N1, RSV and/or NTHi. Clinically relevant treatments such as the corticosteroids Fluticasone propionate and Dexamethasone, the phosphodiesterase-4 (PDE-4) inhibitor Roflumilast and the long-acting muscarinic receptor antagonist Tiotropium were tested in the established models. Furthermore, a novel treatment approach using antibodies (Abs) directed against IL-1α, IL-1β or IL-1R1 was examined in the established CS/H1N1 model. Levels of IFN-γ, IL-1β, IL-2, IL-6, KC, TNF-α, RANTES, IL-17, MCP-1, MIP 1α and MIP-1β were measured in lung homogenate. Numbers of total cells, neutrophils and macrophages were assessed in bronchoalveolar lavage (BAL) fluid. Hematoxylin- and eosin- (H\&E-) stained lung slices were analyzed to detect pathological changes. Quantitative polymerase-chain-reaction (qPCR) was used to investigate gene expression of ICAM-1 and MUC5 A/C. The viral/bacterial load was investigated in lung homogenate or BAL fluid. In addition to the in vivo studies, the effects of the above mentioned treatments were investigated in vitro in H1N1, RSV or NTHi-infected (primary) human bronchial epithelial cells using submerged or air-liquid-interface (ALI) cell culture systems. Four pre-clinical models (CS/H1N1, CS/RSV, CS/NTHi, CS/H1N1/NTHi) were established depicting clinically relevant aspects of COPD exacerbations such as increased inflammatory cells and cytokines in the airways and impaired lung function. In the CS/H1N1 model, Tiotropium improved lung function and was superior in reducing inflammation in comparison to Fluticasone or Roflumilast. Moreover, Fluticasone increased the loss of body-weight, levels of IL-6, KC and TNF-α and worsened lung function. In CS/RSV-exposed mice Tiotropium but not Fluticasone or Roflumilast treatment reduced neutrophil numbers and IL-6 and TNF α levels in the lung. The viral load of H1N1 and RSV was significantly elevated in CS/virus-exposed mice and NCI-H292 cells after Fluticasone and Dexamethasone treatment. The results from these studies demonstrate that Tiotropium has anti-inflammatory effects on CS/virus-induced inflammation and might help to explain the observed reduction of exacerbation rates in Tiotropium-treated COPD patients. Furthermore, the findings from this work indicate that treatment with Fluticasone or Dexamethasone might not be beneficial to reduce inflammation in the airways of COPD patients and supports clinical studies that link treatment with corticosteroids to an increased risk for pneumonia. Testing of anti-IL-1α, anti-IL-1β or anti-IL-1R1 Abs in the CS/H1N1 model suggests that, in line with clinical data, antagonization of IL-1β is not sufficient to reduce pulmonary inflammation and indicates a predominant role of IL-1α in CS/virus-induced airway inflammation. In line with the in vivo findings, anti-IL-1α but not anti-IL-1β Abs reduced levels of TNF-α and IL-6 in H1N1-infected primary human bronchial epithelial ALI cell culture. Blocking the IL-1R1 provided significant inhibitory effects on inflammatory cells in vivo but was inferior compared to inhibiting both its soluble ligands IL-1α and IL-1β. Concomitant usage of Abs against IL-1α/IL-1β revealed strong effects and reduced total cells, neutrophils and macrophages. Additionally, levels of KC, IL-6, TNF-α, MCP-1, MIP-1α and MIP-1β were significantly reduced and ICAM-1 mRNA expression was attenuated. These results suggest that combined inhibition of IL-1α/IL-1β might be beneficial to reduce inflammation and exacerbations in COPD patients. Moreover, combined targeting of both IL-1α/IL-1β might be more efficient compared to inhibition of the IL-1R1. As in the CS/virus models, corticosteroid treatment failed to reduce inflammatory cells in the CS/NTHi and CS/H1N1/NTHi models, increased the loss of body-weight and the bacterial load. Furthermore, Roflumilast administration had no significant effects on cell counts or cytokines. However, it improved compliance in the CS/NTHi model. Treatment with Azithromycin reduced the bacterial load in the CS/NTHi model and reduced numbers of total cells, neutrophils, macrophages and levels of KC and TNF-α in the CS/H1N1/NTHi model. In conclusion, the established CS/H1N1, CS/RSV, CS/NTHi, CS/H1N1/NTHi models depict clinically relevant aspects of human COPD exacerbations in mice and provide the opportunity to investigate underlying disease mechanisms and to test novel therapies.},
  subject      = {Obstruktive Ventilationsst{\"o}rung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Letschert2019,
  author    = {Letschert, Sebastian},
  title     = {Quantitative Analysis of Membrane Components using Super-Resolution Microscopy},
  doi       = {10.25972/OPUS-16213},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-162139},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {The plasma membrane is one of the most thoroughly studied and at the same time most complex, diverse, and least understood cellular structures. Its function is determined by the molecular composition as well as the spatial arrangement of its components. Even after decades of extensive membrane research and the proposal of dozens of models and theories, the structural organization of plasma membranes remains largely unknown. Modern imaging tools such as super-resolution fluorescence microscopy are one of the most efficient techniques in life sciences and are widely used to study the spatial arrangement and quantitative behavior of biomolecules in fixed and living cells. In this work, direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) was used to investigate the structural distribution of mem-brane components with virtually molecular resolution. Key issues are different preparation and staining strategies for membrane imaging as well as localization-based quantitative analyses of membrane molecules. An essential precondition for the spatial and quantitative analysis of membrane components is the prevention of photoswitching artifacts in reconstructed localization microscopy images. Therefore, the impact of irradiation intensity, label density and photoswitching behavior on the distribution of plasma membrane and mitochondrial membrane proteins in dSTORM images was investigated. It is demonstrated that the combination of densely labeled plasma membranes and inappropriate photoswitching rates induces artificial membrane clusters. Moreover, inhomogeneous localization distributions induced by projections of three-dimensional membrane structures such as microvilli and vesicles are prone to generate artifacts in images of biological membranes. Alternative imaging techniques and ways to prevent artifacts in single-molecule localization microscopy are presented and extensively discussed. Another central topic addresses the spatial organization of glycosylated components covering the cell membrane. It is shown that a bioorthogonal chemical reporter system consisting of modified monosaccharide precursors and organic fluorophores can be used for specific labeling of membrane-associated glycoproteins and -lipids. The distribution of glycans was visualized by dSTORM showing a homogeneous molecule distribution on different mammalian cell lines without the presence of clusters. An absolute number of around five million glycans per cell was estimated and the results show that the combination of metabolic labeling, click chemistry, and single-molecule localization microscopy can be efficiently used to study cell surface glycoconjugates. In a third project, dSTORM was performed to investigate low-expressing receptors on cancer cells which can act as targets in personalized immunotherapy. Primary multiple myeloma cells derived from the bone marrow of several patients were analyzed for CD19 expression as potential target for chimeric antigen receptor (CAR)-modified T cells. Depending on the patient, 60-1,600 CD19 molecules per cell were quantified and functional in vitro tests demonstrate that the threshold for CD19 CAR T recognition is below 100 CD19 molecules per target cell. Results are compared with flow cytometry data, and the important roles of efficient labeling and appropriate control experiments are discussed.},
  subject      = {Fluoreszenzmikroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Griffoni2019,
  author    = {Griffoni, Chiara},
  title     = {Towards advanced immunocompetent skin wound models for in vitro drug evaluation},
  doi       = {10.25972/OPUS-19212},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-192125},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Current preclinical models used to evaluate novel therapies for improved healing include both in vitro and in vivo methods. However, ethical concerns related to the use of animals as well as the poor physiological translation between animal and human skin wound healing designate in vitro models as a highly relevant and promising platforms for healing investigation. While current in vitro 3D skin models recapitulate a mature tissue with healing properties, they still represent a simplification of the in vivo conditions, where for example the inflammatory response originating after wound formation involves the contribution of immune cells. Macrophages are among the main contributors to the inflammatory response and regulate its course thanks to their plasticity. Therefore, their implementation into in vitro skin could greatly increase the physiological relevance of the models. As no full-thickness immunocompetent skin model containing macrophages has been reported so far, the parameters necessary for a successful triple co-culture of fibroblasts, keratinocytes and macrophages were here investigated. At first, cell source and culture timed but also an implementation strategy for macrophages were deter-mined. The implementation of macrophages into the skin model focused on the minimization of the culture time to preserve immune cell viability and phenotype, as the environment has a major influence on cell polarization and cytokine production. To this end, incorporation of macrophages in 3D gels prior to the combination with skin models was selected to better mimic the in vivo environment. Em-bedded in collagen hydrogels, macrophages displayed a homogeneous cell distribution within the gel, preserving cell viability, their ability to respond to stimuli and their capability to migrate through the matrix, which are all needed during the involvement of macrophages in the inflammatory response. Once established how to introduce macrophages into skin models, different culture media were evaluated for their effects on primary fibroblasts, keratinocytes and macrophages, to identify a suitable medium composition for the culture of immunocompetent skin. The present work confirmed that each cell type requires a different supplement combination for maintaining functional features and showed for the first time that media that promote and maintain a mature skin structure have negative effects on primary macrophages. Skin differentiation media negatively affected macrophages in terms of viability, morphology, ability to respond to pro- and anti-inflammatory stimuli and to migrate through a collagen gel. The combination of wounded skin equivalents and macrophage-containing gels con-firmed that culture medium inhibits macrophage participation in the inflammatory response that oc-curs after wounding. The described macrophage inclusion method for immunocompetent skin creation is a promising approach for generating more relevant skin models. Further optimization of the co-cul-ture medium will potentially allow mimicking a physiological inflammatory response, enabling to eval-uate the effects novel drugs designed for improved healing on improved in vitro models.},
  subject      = {Haut},
  language  = {en}
}
@phdthesis{daCruzGueerisoli2021,
  author    = {da Cruz G{\"u}erisoli, Irene Maria},
  title     = {Investigating the murine meiotic telomere complex TERB1-TERB2-MAJIN: spatial organization and evolutionary history},
  doi       = {10.25972/OPUS-21056},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-210562},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Einess der faszinierenden Merkmale der meiotischen Prophase I sind die hochkonservierten kr{\"a}ftigen Bewegungen homologer Chromosomen. Diese Bewegungen sind entscheidend f{\"u}r den Erfolg von Schl{\"u}sselereignissen wie die Ausrichtung, Paarung und Rekombination der homologen Chromosomen. Mehrere bisher untersuchte Organismen, darunter S{\"a}ugetiere, W{\"u}rmer, Hefen und Pflanzen, erreichen diese Bewegungen, indem sie die Chromosomenenden an spezialisierten Stellen in der Kernh{\"u}lle verankern. Diese Verankerung erfordert Telomer-Adapterproteine, die bisher in der Spalthefe und der Maus identifiziert wurden. Die meiosespezifischen Telomer-Adapterproteine der Maus, TERB1, TERB2 und MAJIN, sind an der Verankerung des ubiquit{\"a}ren Telomer-Shelterin-protein an den LINC-Komplex beteiligt, mit einem analogen Mechanismus, wie er die Spalthefe beschrieben wird. Obgleich die meiose-spezifischen TelomerAdapterproteine eine wesentliche Rolle spielen, ist der genaue Mechanismus der Verankerung der Telomere an die Kernh{\"u}lle sowie ihre evolution{\"a}re Geschichte bisher noch wenig verstanden. Das Hauptziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung der Organisation des meiosespezifischen TelomerAdapterkomplexes TERB1-TERB2-MAJIN der Maus und dessen Evolutionsgeschichte. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Organisation des TERB1-TERB2-MAJIN Komplexes mittels hochaufl{\"o}sender Mikroskopie (SIM), an Mausspermatozyten untersucht, sowie die Lokalisation in Bezug auf TRF1 des Telomer-ShelterinKomplexes und die telomerische DNA analysiert. In den Stadien Zygot{\"a}n und Pachyt{\"a}n zeigten die Fluoreszenzsignale eine starke {\"U}berlappung der Verteilung der meiotischen Telomer-Komplex-Proteine, wobei die Organisation von TERB2 an den Chromosomenenden heterogener war als die von TERB1 und MAJIN. Außerdem konnte die TRF1-Lokalisation an den Enden der Lateralelemente (LEs) mit einer griffartigen Anordnung um die TERB1- und MAJIN-Signale im Zygot{\"a}n- und Pachyt{\"a}n-Stadium gezeigt werden. Interessanterweise erwies sich die telomerische DNA als lateral verteilt und teilweise {\"u}berlappend mit der zentralen Verteilung der meiotischen Telomer-Komplex-Proteine an den Enden der LEs. Die Kombination dieser Ergebnisse erlaubte die Beschreibung eines alternativen Modells der Verankerung der Telomer an die Kernh{\"u}lle w{\"a}hrend der meiotischen Prophase I. Der zweite Teil dieser Arbeit analysiert die Evolutionsgeschichte der Mausproteine von TERB1, TERB2 und MAJIN. Die fehlende {\"U}bereinstimmung zwischen den Meiose-spezifische Telomer-Adapteproteinen der Maus und der Spalthefe hat die Frage nach dem evolutionsbedingten Ursprung dieses spezifischen Komplexes aufgeworfen. Um vermeintliche Orthologen der Mausproteinevon TERB1, TERB2 und MAJIN {\"u}ber Metazoen hinweg zu identifizieren, wurden computergest{\"u}tzte Verfahren und phylogenetische Analysen durchgef{\"u}hrt. Dar{\"u}ber hinaus wurden Expressionsstudien implementiert, um ihre potenzielle Funktion w{\"a}hrend der Meiose zu testen. Die Analysen haben ergeben, dass der Meiose-spezifische Telomer-Komplex der Maus sehr alt ist, da er bereits in den Eumetazoen entstand, was auf einen einzigen Ursprung hindeutet. Das Fehlen jeglicher Homologen des meiosespezifischen Telomerkomplexes in Nematoden und die einigen wenigen in Arthropoden nachgewiesenen Kandidaten, deuten darauf hin, dass die Telomer-Adapterproteine in diesen Abstammungslinien verloren/ersetzt oder stark diversifiziert worden sind. Bemerkenswerterweise zeigten Proteindom{\"a}nen von TERB1, TERB2 und MAJIN, die an der Bildung des Komplexes sowie an der Interaktion mit dem Telomer-Shelterin-Protein und den LINC-Komplexen beteiligt sind, eine hohe Sequenz{\"a}hnlichkeit {\"u}ber alle Kladen hinweg. Abschließend lieferte die Genexpression im Nesseltier Hydra vulgaris den Beweis, dass der TERB1-TERB2-MAJIN-Komplex selektiv in der Keimbahn exprimiert wird, was auf die Konservierung meiotischer Funktionen {\"u}ber die gesamte Metazoen-Evolution hinweg hindeutet. Zusammenfassend bietet diese Arbeit bedeutende neue Erkenntnisse hinsichtlich des Meiose-spezifischen Telomer-Adapterkomplex, seines Mechanismus zur Verankerung der Telomer an die Kernh{\"u}lle und die Entschl{\"u}sselung seines Ursprungs in den Metazoen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Jahn2012,
  author    = {Jahn, Daniel},
  title     = {Die Bedeutung von verk{\"u}rzten Spleißvarianten des Lamin A-Gens f{\"u}r die Meiose und f{\"u}r die Pathogenese von Laminopathien},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74123},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Lamina ist ein dichtes Netzwerk aus Intermedi{\"a}r-Filamenten, den Laminen, an der nucleoplasmatischen Seite der inneren Kernmembran. Hier interagieren Lamine sowohl mit Transmembran-Proteinen der Kernh{\"u}lle als auch mit dem Chromatin. Diese Wechselwirkungen mit Interaktionspartnern verschiedener zellul{\"a}rer Kompartimente macht die Lamina, neben einer Ger{\"u}ststruktur mit wichtigen mechanische Aufgaben, auch zu einer zentralen Schnittstelle von Signalwegen, die eine intrazellul{\"a}re Kommunikation zwischen Nucleus und Cytoplasma erm{\"o}glichen. Die Lamina ist somit ein entscheidender Regulator der funktionellen Organisation des Chromatins und der differentiellen Genexpression. Das Expressionsmuster der Lamine w{\"a}hrend der Spermatogenese von S{\"a}ugern unterscheidet erheblich von der Lamin-Expression somatischer Zellen und weist einige Besonderheiten auf. Dies schließt unter anderem die spezifische Expression der verk{\"u}rzten A-Typ Lamin-Spleißvariante C2 w{\"a}hrend der meiotischen Phase der Spermatogenese ein. Diese und andere Beobachtungen deuteten bereits l{\"a}nger darauf hin, dass der speziellen Zusammensetzung der Lamina und vor allem dem meiosespezifischen Lamin C2 w{\"a}hrend der Gametogenese im m{\"a}nnlichen Organismus eine entscheidende Rolle zukommen k{\"o}nnte. Neuere Studien im Mausmodell bekr{\"a}ftigen diese Hypothese und leisten dar{\"u}ber hinaus einen entscheidenden Betrag dazu, die Funktion der Lamina w{\"a}hrend der Meiose auf molekularer Ebene pr{\"a}zise zu definieren. Im deutlichen Gegensatz zu den weitreichenden Kenntnissen zur Situation in M{\"a}nnchen lagen zu Beginn der vorliegenden Arbeit keine Daten {\"u}ber die Zusammensetzung der Lamina in weiblichen Keimzellen vor. Konsequenterweise existierten auch keine funktionellen Untersuchungen zur Relevanz der Lamina f{\"u}r die Oogenese. In der vorliegenden Arbeit wurden diese reproduktionsbiologisch hoch interessanten Fragestellungen detailliert untersucht. Dabei zeigte sich unter anderem, dass Lamin C2 auch in weiblichen Keimzellen spezifisch w{\"a}hrend der Meiose exprimiert wird. Durch Studien an einer Lamin C2-defizienten Mauslinie wurde die Funktion von Lamin C2 in der Meiose in Weibchen genau untersucht. Dabei wurde eine erhebliche Beeintr{\"a}chtigung der strukturellen Paarung der homologen Chromosomen und der homologen Rekombination in Lamin C2-defizienten Weibchen festgestellt. Da die genannten Prozesse Schl{\"u}sselereignisse f{\"u}r die korrekte Segregation der Homologen in sp{\"a}teren Stadien der Meiose sind, deuten die erzielten Ergebnisse auf eine erhebliche qualitative Beeintr{\"a}chtigung der reifen Gameten in Lamin C2-defizienten Weibchen hin. Ein weiterer zentraler Aspekt der Arbeit war die Analyse der molekularen Eigenschaften des meiosespezifischen Lamin C2 in vitro. Diese Experimente definieren wichtige Unterschiede hinsichtlich seiner Polymerisationseigenschaften im Vergleich zu Laminen somatischer Zellen und tragen, zusammen mit anderen Studien, dadurch erheblich dazu bei, die Funktion von Lamin C2 in der Meiose im mechanistischen Sinne besser zu verstehen. Zudem deckt die vorliegende Arbeit erstmals einen funktionellen Zusammenhang zwischen der Lamina-Zusammensetzung und der Qualit{\"a}t der Keimzellen weiblicher S{\"a}uger auf und erm{\"o}glicht dadurch zuk{\"u}nftige Studien zur Rolle der Lamine in der Oogenese, die m{\"o}glicherweise auch f{\"u}r die menschliche Fertilit{\"a}t sehr interessant sein k{\"o}nnte. Der zweite Teil der Dissertation besch{\"a}ftigt sich mit der Beschreibung einer trunkierten A-Typ Lamin-Spleißvariante in einer Mauslinie, die bislang als A-Typ Lamin-defizient angesehen wurde (Lmna-/-). Die durchgef{\"u}hrten Untersuchungen besitzen vor allem dadurch hohe Relevanz, dass die untersuchte Lmna-/- Mauslinie seit Jahren als das wichtigste Modell zur funktionellen Untersuchung der A-Typ Lamine gilt und bereits in einer Vielzahl von Publikationen eingesetzt wurde. In den hierzu durchgef{\"u}hrten Versuchen konnte das in der Lmna-/- Mauslinie persistierende A-Typ Lamin mittels diverser methodischer Ans{\"a}tze als C-terminale Deletionsmutante definiert werden, der die Exons 8-11 der insgesamt 12 Exons des Lmna-Gens fehlen. Daher wurde diese Lamin A-Mutante als Lamin AΔ8-11 bezeichnet. Die Konsequenzen der C-terminalen Deletion f{\"u}r die physiologischen Eigenschaften des Lamin Adelta8-11 sowie die Auswirkungen seiner Expression in der Lmna-/- Mauslinie auf aktuelle Modellvorstellungen zur Funktion der A-Typ Lamine und zur Entstehung Lamin-assoziierter, humaner Erkrankungen (Laminopathien) werden in der Arbeit ausf{\"u}hrlich diskutiert.},
  subject      = {Meiose},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Sbiera2012,
  author    = {Sbiera, Silviu},
  title     = {Interaction of Human Polyomavirus JC with cells of the hematopoietic system in the periphery},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74183},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Primary contact with human polyomaviruses is followed by lifelong asymptomatic persistence of viral DNA. Under severe immunosuppression JCV activation may lead to unrestricted virus growth in the CNS followed by development of progressive multifocal leukoencephalopathy (PML). Besides the kidney and the brain, target cells of persistent infection were also found in the hematopoietic system. This included the presence of JCV genomes in peripheral blood cells (PBCs). In the attempt to understand the role of PBCs for the JCV infection in humans, we asked for the type of cells affected as well as for virus interaction with PBCs. Analysis of separated subpopulations by highly sensitive and specific polymerase chain reaction and Southern blot hybridization revealed the presence of JCV DNA mostly in circulating granulocytes. These cells have important functions in innate immunity and are professional phagocytes. This suggested that PCR amplified DNA might be the result of an extranuclear association of the virus due to membrane attachment or phagocytosis rather than JCV infection with presence of viral DNA in the nucleus. In the attempt to answer this question JCV DNA was subcellularly localized in the blood of 22 healthy donors by JCV specific fluorescence in situ hybridization (FISH). Granulocytes and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were separated by Percoll gradient centrifugation. Intracellular JCV DNA was hybridized with Digoxigenin-labeled JCV specific DNA probes covering half of the viral genome. As the sensitivity of the anti-digoxigenin antibody system was lower than the PCR detection level, a chemical amplification step was included consisting of peroxidase labeled secondary antibody precipitating biotinylated tyramide followed by detection with streptavidin-Texas-Red and fluorescence microscopy. Comparison of the number of cells affected in healthy individuals with 15 HIV-1 infected patients with and without PML revealed that the rate of affected PBMCs was comparable in both groups (2.5±0.4 and 14.5±0.9 per 1000). In contrast, the rate of JCV positive granulocytes in the immunosuppressed group was 92.6±1.7\% compared to 4±1.4\% in healthy donors thus confirming that granulocytes are the major group of circulating cells affected by JCV and that HIV-1 associated immune impairment has an important effect on the virus-cell association. Localization revealed that JCV DNA was predominantly located within the cytoplasm, although hybridizing signals occasionally covered the nuclear compartment. The fluorescent glow of chemical amplification combined with classical fluorescence microscopy did not allow an unequivocal localization of viral DNA. However, confocal microscopy of 24 sections through single cells combined with FISH without chemical amplification confirmed cytoplasmic localization of JCV DNA in a large number of cells. Additionally, it clearly demonstrated that JCV DNA was also located in the nucleus and nuclear localization directly correlated with the number of cells affected. Calculation of the virus load in subcellular compartments revealed that up to 50\% of the JCV genomes were located in the nucleus thus pointing to viral infection at least in the granulocytes of HIV-1 infected patients. This may contribute to the distribution of the virus from sites of peripheral infection to the CNS and may promote the development of active PML in the severely immune impaired patients.},
  subject      = {Polyomaviren},
  language  = {en}
}
@article{AlbrechtSharmaReinhardtetal.2010,
  author    = {Albrecht, Marco and Sharma, Cynthia M. and Reinhardt, Richard and Vogel, Joerg and Rudel, Thomas},
  title     = {Deep sequencing-based discovery of the Chlamydia trachomatis transcriptome},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-68389},
  year      = {2010},
  abstract  = {Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular pathogenic bacterium that has been refractory to genetic manipulations. Although the genomes of several strains have been sequenced, very little information is available on the gene structure of these bacteria. We used deep sequencing to define the transcriptome of purified elementary bodies (EB) and reticulate bodies (RB) of C. trachomatis L2b, respectively. Using an RNAseq approach, we have mapped 363 transcriptional start sites (TSS) of annotated genes. Semiquantitative analysis of mapped cDNA reads revealed differences in the RNA levels of 84 genes isolated from EB and RB, respectively. We have identified and in part confirmed 42 genome- and 1 plasmid-derived novel non-coding RNAs. The genome encoded non-coding RNA, ctrR0332 was one of the most abundantly and differentially expressed RNA in EB and RB, implying an important role in the developmental cycle of C. trachomatis. The detailed map of TSS in a thus far unprecedented resolution as a complement to the genome sequence will help to understand the organization, control and function of genes of this important pathogen.},
  subject      = {Biologie},
  language  = {en}
}
@article{KoetschanFoersterKelleretal.2010,
  author    = {Koetschan, Christian and Foerster, Frank and Keller, Alexander and Schleicher, Tina and Ruderisch, Benjamin and Schwarz, Roland and Mueller, Tobias and Wolf, Matthias and Schultz, Joerg},
  title     = {The ITS2 Database III-sequences and structures for phylogeny},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-68390},
  year      = {2010},
  abstract  = {The internal transcribed spacer 2 (ITS2) is a widely used phylogenetic marker. In the past, it has mainly been used for species level classifications. Nowadays, a wider applicability becomes apparent. Here, the conserved structure of the RNA molecule plays a vital role. We have developed the ITS2 Database (http://its2.bioapps .biozentrum.uni-wuerzburg.de) which holds information about sequence, structure and taxonomic classification of all ITS2 in GenBank. In the new version, we use Hidden Markov models (HMMs) for the identification and delineation of the ITS2 resulting in a major redesign of the annotation pipeline. This allowed the identification of more than 160 000 correct full ength and more than 50 000 partial structures. In the web interface, these can now be searched with a modified BLAST considering both sequence and structure, enabling rapid taxon sampling. Novel sequences can be annotated using the HMM based approach and modelled according to multiple template structures. Sequences can be searched for known and newly identified motifs. Together, the database and the web server build an exhaustive resource for ITS2 based phylogenetic analyses.},
  subject      = {Biologie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pleiser2012,
  author    = {Pleiser, Sandra},
  title     = {Mouse genetic analyses of Spir functions},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73634},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Das Aktin-Zytoskelett ist f{\"u}r viele zellul{\"a}re Funktionen unerl{\"a}sslich, dazu geh{\"o}ren der strukturelle Aufbau von Zellen, die Zellwanderung und Vesikeltransportprozesse. Die funktionelle Vielfalt der Aktinstrukturen spiegelt sich in einer Vielzahl verschiedener molekularer Mechanismen wieder, welche die Polymerisierung von Aktinfilamenten regulieren. Die sponante Aktinpolymerisierung wird jedoch verhindert aufgrund der Instabilit{\"a}t von kleinen Aktin Oligomeren und durch Aktin Monomer bindende Proteine, welche die Bildung solcher Oligomere unterbinden. Aktinnukleationsfaktoren helfen diese kinetische Barriere der Filamentbildung zu {\"u}berwinden und sind wesentlich f{\"u}r die Erzeugung von neuen Aktinfilamenten an bestimmten subzellul{\"a}ren Kompartimenten. Spir Proteine sind die ersten beschriebenen Mitglieder der neuen Klasse von WH2 Dom{\"a}nen Aktinnukleationsfaktoren. Sie leiten die Polymerisierung von Aktin ein, indem sie Aktinmonomere an die vier WH2 Dom{\"a}nen im Zentrum des Proteins binden. Trotz ihrer Eigenschaft Aktinpolymerisation in vitro selber zu nukleieren, bilden Spir Proteine einen regulatorischen Komplex mit anderen Aktinnukleatoren der formin Untergruppe von forminen. Spir hat eine Funktion bei der Regulierung von vesikul{\"a}r erzeugten filament{\"o}sen Aktinstrukturen, Vesikeltransportprozessen und der Bildung der Teilungsfurche w{\"a}hrend der asymmetrischen meiotischen Zellteilung. Das S{\"a}ugetiergenom kodiert zwei spir Gene, spir-1 und spir-2. Die entsprechenden Proteine haben einen identischen strukturellen Aufbau und sind zu einem großen Teil homolog zueinander. Um die Spir Funktion im sich entwickelnden und adulten Nervensystem zu untersuchen, wurde die bisher unbekannte Expression des Maus spir-2 Gens analysiert. Real-time PCR Analysen haben ergeben, dass spir-2 in adulten M{\"a}usen in Oozyten, dem Gehirn, im Gastrointestinaltrakt, den Hoden und der Niere exprimiert wird. In situ Hybridisierungen wurden durchgef{\"u}hrt um die zellul{\"a}re Natur der spir Expression nachzuweisen. W{\"a}hrend der Embryogenese haben in situ Hybridisierungen gezeigt, dass spir-2 im sich entwickelnden Nervensytem und Darmtrakt exprimiert wird. In adulten Mausgeweben, wurde die h{\"o}chste Expression von spir-2 in Epithelzellen des Verdauungstraktes, in neuronalen Zellen des Nervensystems und in Spermatocyten gefunden. Im Gegensatz zur eher begrenzten Expression des Maus spir-1 Gens, welches {\"u}berwiegend im Nervensystem, den Oozyten und Hoden zu finden ist, zeigen die hier aufgef{\"u}hrten Daten ein breiteres Expressionsmuster des spir-2 Gens und unterst{\"u}tzen damit eine allgemeinere zellbiologische Funktion der neuen Aktinnukleatoren. Um die Funktion des Spir Proteins im sich entwickelnden und adulten Nervensystem zu untersuchen, wurden Spir-1 defiziente M{\"a}use mit Hilfe der gene trap Methode generiert. Spir-1 defiziente M{\"a}use sind lebensf{\"a}hig und eignen sich daher perfekt um die Neurobiologie des Spir-1 Aktinnukleators zu untersuchen. Die Analyse von prim{\"a}ren kortikalen Neuronen von Spir-1 defizienten M{\"a}usen zeigte eine Reduktion dendritischer Verzweigungen und ist die erste Beschreibung einer neuronalen Funktion von Spir-1. Desweiteren wurde eine transgene Mauslinie (thy1-GFP-M) eingesetzt, die das gr{\"u}ne Fluoreszenzprotein (GFP) unter der Kontrolle von Neuronen-spezifischen Elementen des thy1 Promoters exprimiert. GFP ist dabei nur in einer Teilmenge von Neuronen exprimiert, f{\"a}rbt diese Neuronen jedoch in ihrer Gesamtheit an. Spir-1 defiziente M{\"a}use, die das GFP Transgen exprimieren wurden generiert und analysiert. Es wurde herausgefunden, dass Spir-1 defiziente M{\"a}use eine reduzierte Anzahl an dendritischen Dornen im entorhinalen Kortex im Vergleich zu Wildtyp- Geschwistertieren aufweisen. Zusammengefasst gibt diese Studie neue Erkenntnisse {\"u}ber die zellbiologische Funktion von Spir und liefert Einsichten wie das neuronale Netzwerk sturkturiert wird.},
  subject      = {Actin-bindende Proteine},
  language  = {en}
}
@article{GoebMeyerNatusBenaventeetal.2011,
  author    = {G{\"o}b, Eva and Meyer-Natus, Elisabeth and Benavente, Ricardo and Alsheimer, Manfred},
  title     = {Expression of individual mammalian Sun1 isoforms depends on the cell type},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-68750},
  year      = {2011},
  abstract  = {Mammalian Sun1 belongs to an evolutionarily conserved family of inner nuclear membrane proteins, which are known as SUN domain proteins. SUN domain proteins interact with KASH domain partners to form bridging complexes, so-called LINC complexes, that physically connect the nuclear interior to the cytoskeleton. LINC complexes are critical for nuclear integrity and play fundamental roles in nuclear positioning, shaping and movement. The mammalian genome codes for at least five different SUN domain proteins used for the formation of a number of different LINC complexes. Recently, we reported on the identification of everal Sun1 isoforms, which tremendously enlarges the alternatives to form functional LINC complexes. We now confirmed that Sun1 actually exists in at least seven distinct splice variants. Besides that, we observed that expression of individual Sun1 isoforms remarkably depends on the cell type, suggesting a cell type-specific adaption of Sun1 dependent LINC complexes to specific cellular and physiological requirements.},
  subject      = {Biologie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bartl2012,
  author    = {Bartl, Jasmin},
  title     = {Impairment of insulin signaling pathway in Alzheimer's disease},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74197},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {The neurodegenerative disorder Alzheimer's disease (AD) is the cause of approximately 60\% of the world's 35 million patients suffering from dementia. Current research focuses here are on association with other diseases such as diabetes type 2 (T2DM), possible genetic markers, specific signal transduction pathways within the brain and potential protein modification, because the pathogenesis and etiology of AD are still not fully understood. Specifically association of T2DM with AD came to the focus with the so-called "Rotterdam study" in 1999, indicating that T2DM doubles the risk of developing AD. In the meantime, it is known that the prevalence rate in patients with T2DM is 30\%. Drugs commonly used in the treatment of T2DM such as peroxisome proliferator-activated receptors gamma (PPARγ) agonists show improvement of the cognitive abilities in patients with early stage of dementia, with potential therapeutically relevance. Therefore it is important not only to investigate a link between these diseases, but also to investigate the insulin signaling pathway in the brain of AD patients. In order to investigate this complex issue in more details and demonstrate additional links between T2DM and AD, the present study used several basic biological methods to clarify the question: "Is impaired insulin signaling pathway within the brain crucial for the development of AD?" from several points of view. The methods used in this work have been i) an analysis of single nucleotide (SNP) polymorphism of the insulin-degrading enzyme gene (IDE) in relation to risk of AD and / or of T2DM, ii) post-mortem histochemical studies of brain tissue of patients with only AD, with AD combined with T2DM and with only T2DM compared with an age-matched control group, and iii.) investigations of neurochemical pathways and gene/protein expression changes of a human cell culture as a consequences of amyloid β (Aβ) treatment. After analysis of the IDE SNP polymorphism in the selected VITA (Vienna Trans Danube Aging) cohort disease-specific effects were discovered. The upstream polymorphism (IDE2) was found to influence AD risk in a protective manner, while the downstream polymorphism (IDE7) modified the T2DM risk. Based on the SNP results, the presented study delineate the model that IDE promoter and 3‟ untranslated region/downstream variation can have different effects on IDE expression, maybe a relevant endophenotype with disorder-specific effects on AD and T2DM susceptibility. Furthermore, the human post-mortem studies could show that both AD as well as T2DM patients had a significantly lower density of the insulin receptor (IR) in the hippocampus, whereas a significantly increased density of inactive phosphorylated PPARγ has been found and this persisted even in patients with both diseases. Summarizing the histological study, it was possible to reveal common histological features of AD and T2DM, but no direct connection between the two diseases. Although AD is nowadays not only characterized by amyloid-containing plaque deposits and by the hyperphosphorylation of tau protein, the excessive Aβ42 presence in the brains of AD patients is still playing a key role. Up to date it is still not entirely clear which physical form of Aβ42 is responsible for the development of AD. The present work investigated, what impact has the state of aggregation of Aβ42 on genes and proteins of the insulin signaling pathway and the amyloid cascade. It could be shown that the oligomeric variant enhanced specifically the gene and protein expression of glycogen synthase kinase (GSK) 3β and also the enzyme activity was significantly increased, but has in turn strongly inhibited the IR gene and protein expression. Additionally, the effect of Aβ42 on monoamine oxidase B (MAO-B) was examined. An effect of both aggregated forms of Aβ42 had on enzyme activity was discovered. However, the fibrillar variants led to significantly increased activity of MAO-B while the oligomeric variants inhibited the enzyme activity. Several previous studies have demonstrated the involvement of increased MAO-B activity in AD, but the present work provides for the first time a direct link between the states of aggregation of Aβ42 to enzyme activity. Finally the results of the presented thesis can be summarized to following conclusion: Although AD and T2DM sharing some degrees of common features, still there is a lack of direct association, and therefore the diseases must be considered more independent rather than linked. But the impaired cerebral insulin signaling pathway seems to be another manifested hallmark of AD.},
  subject      = {Alzheimer-Krankheit},
  language  = {en}
}
@article{NiewaldaVoellerEschbachetal.2011,
  author    = {Niewalda, Thomas and V{\"o}ller, Thomas and Eschbach, Claire and Ehmer, Julia and Chou, Wen-Chuang and Timme, Marc and Fiala, Andr{\´e} and Gerber, Bertram},
  title     = {A Combined Perceptual, Physico-Chemical, and ImagingApproach to 'Odour-Distances' Suggests a CategorizingFunction of the Drosophila Antennal Lobe},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74769},
  year      = {2011},
  abstract  = {How do physico-chemical stimulus features, perception, and physiology relate? Given the multi-layered and parallel architecture of brains, the question specifically is where physiological activity patterns correspond to stimulus features and/ or perception. Perceived distances between six odour pairs are defined behaviourally from four independent odour recognition tasks. We find that, in register with the physico-chemical distances of these odours, perceived distances for 3-octanol and n-amylacetate are consistently smallest in all four tasks, while the other five odour pairs are about equally distinct. Optical imaging in the antennal lobe, using a calcium sensor transgenically expressed in only first-order sensory or only second-order olfactory projection neurons, reveals that 3-octanol and n-amylacetate are distinctly represented in sensory neurons, but appear merged in projection neurons. These results may suggest that within-antennal lobe processing funnels sensory signals into behaviourally meaningful categories, in register with the physico-chemical relatedness of the odours.},
  subject      = {Drosophila Antennal Lobe},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Zeeshan2012,
  author    = {Zeeshan, Ahmed},
  title     = {Bioinformatics Software for Metabolic and Health Care Data Management},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73926},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Computer Science approaches (software, database, management systems) are powerful tools to boost research. Here they are applied to metabolic modelling in infections as well as health care management. Starting from a comparative analysis this thesis shows own steps and examples towards improvement in metabolic modelling software and health data management. In section 2, new experimental data on metabolites and enzymes induce high interest in metabolic modelling including metabolic flux calculations. Data analysis of metabolites, calculation of metabolic fluxes, pathways and their condition-specific strengths is now possible by an advantageous combination of specific software. How can available software for metabolic modelling be improved from a computational point of view? A number of available and well established software solutions are first discussed individually. This includes information on software origin, capabilities, development and used methodology. Performance information is obtained for the compared software using provided example data sets. A feature based comparison shows limitations and advantages of the compared software for specific tasks in metabolic modeling. Often found limitations include third party software dependence, no comprehensive database management and no standard format for data input and output. Graphical visualization can be improved for complex data visualization and at the web based graphical interface. Other areas for development are platform independency, product line architecture, data standardization, open source movement and new methodologies. The comparison shows clearly space for further software application development including steps towards an optimal user friendly graphical user interface, platform independence, database management system and third party independence especially in the case of desktop applications. The found limitations are not limited to the software compared and are of course also actively tackled in some of the most recent developments. Other improvements should aim at generality and standard data input formats, improved visualization of not only the input data set but also analyzed results. We hope, with the implementation of these suggestions, metabolic software applications will become more professional, cheap, reliable and attractive for the user. Nevertheless, keeping these inherent limitations in mind, we are confident that the tools compared can be recommended for metabolic modeling for instance to model metabolic fluxes in bacteria or metabolic data analysis and studies in infection biology. ...},
  subject      = {Stoffwechsel},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Seida2012,
  author    = {Seida, Ahmed Adel},
  title     = {The Immunomodulatory Role of Endogenous Glucocorticoids in Ovarian Cancer},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73901},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Ovarian cancer currently causes ~6,000 deaths per year in Germany alone. Since only palliative treatment is available for ovarian carcinomas that have developed resistance against platinum-based chemotherapy and paclitaxel, there is a pressing medical need for the development of new therapeutic approaches. As survival is strongly influenced by immunological parameters, immunotherapeutic strategies appear promising. The research of our group thus aims at overcoming tumour immune escape by counteracting immunosuppressive mechanisms in the tumour microenvironment. In this context, we found that tumour-infiltrating myeloid-derived suppressor cells (MDSC) or tumour associated macrophages (TAM) which are abundant in ovarian cancer express high levels of the enzyme 11β-hydroxysteroid dehydrogenase1 (11-HSD1). This oxido-reductase enzyme is essential for the conversion of biologically inactive cortisone into active cortisol. In line with this observation, high endogenous cortisol levels could be detected in serum, ascitic fluid and tumour exudates from ovarian cancer patients. Considering that cortisol exerts strong anti-inflammatory and immunosuppressive effects on immune cells, it appears likely that high endogenous cortisol levels contribute to immune escape in ovarian cancer. We thus hypothesised that local activation of endogenous glucocorticoids could suppress beneficial immune responses in the tumour microenvironment and thereby prevent a successful immunotherapy. To investigate the in vivo relevance of this postulated immune escape mechanism, irradiated PTENloxP/loxP loxP-Stop-loxP-krasG12D mice were reconstituted with hematopoietic stem cells from either glucocorticoid receptor (GR) expressing mice (GRloxP/loxP) or from mice with a T cell-specific glucocorticoid receptor knock-out (lck-Cre GRloxP/loxP) mice. In the host mice, the combination of a conditional PTEN knock-out with a latent oncogenic kras leads to tumour development when a Cre-encoding adenovirus is injected into the ovarian bursa. Using this model, mice that had been reconstituted with GC-insensitive T cells showed better intratumoural T cell infiltration than control mice that had received functionally unaltered GRloxP/loxP cells via adoptive transfer. However, tumour-infiltrating T cells mostly assumed a Foxp3+ (regulatory) phenotype and survival was even shortened in mice with cortisol-insensitive T cells. Thus, endogenous cortisol seems to inhibit immune cell infiltration in ovarian cancer, but productive anti-tumour immune responses might still be prevented by further factors from the tumour microenvironment. Thus, our data did not provide a sufficiently strong rationale to further pursue the antagonisation of glucocorticoid signalling in ovarian cancer patients, Moreover, glucocorticoids are frequently administered to cancer patients to reduce inflammation and swelling and to prevent chemotherapy-related toxic side effects like nausea or hypersensitivity reactions associated with paclitaxel therapy. Thus, we decided to address the question whether specific signalling pathways in innate immune cells, preferentially in NK cells, could still be activated even in the presence of GC. A careful investigation of the various activating NK cell receptors (i.e. NKp30, NKp44, NKp46), DNAM-1 and NKG2D) was thus performed which revealed that NKp30, NKp44 and NKG2D are all down-regulated by cortisol whereas NKp46 is actually induced by cortisol. Interestingly, NKp46 is the only known receptor that is strictly confined to NK cells. Its activation via crosslinking leads to cytokine release and activation of cytotoxic activity. Stimulation of NK cells via NKp46 may contribute to immune-mediated tumour destruction by triggering the lysis of tumour cells and by altering the cytokine pattern in the tumour microenvironment, thereby generating more favourable conditions for the recruitment of antigen-specific immune cells. Accordingly, our observation that even cortisol-treated NK cells can still be activated via NKp46 and CD2 might become valuable for the design of immunotherapies that can still be applied in the presence of endogenous or therapeutically administered glucocorticoids.},
  subject      = {Cortison},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schneider2011,
  author    = {Schneider, Christof},
  title     = {Detecting the influence of different potential stress factors on the behavior of the honeybee Apis mellifera using Radiofrequency Identification (RFID)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71344},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {This study was conducted to determine the influence of different stress factors on the honeybee Apis mellifera. The investigation was motivated by previous experiments that suggested the existence of an unspecific defense mechanism causing a generalized change of flight behavior after the onset of different diseases. This mechanism is thought to impede the ability of flight bees to return to their respective colonies thereby removing the disease from the colony over time. During the last years, the existence of such a "suicidal behavior" was supported by further studies. Thus, an unnoticed, potentially highly effective defense mechanism of social insects was revealed whose spectrum of activity and physiological basics require further investigation. Suggesting that the reaction by the bees is unspecific to different diseases as well as to other potential stress factors, this study was designed to investigate the influence of pathogens, insecticides, and different brood rearing temperatures on different parameters like lifespan, foraging activity, and foraging trip duration of worker bees.},
  subject      = {Biene},
  language  = {en}
}
@article{WangorschButtMarketal.2011,
  author    = {Wangorsch, Gaby and Butt, Elke and Mark, Regina and Hubertus, Katharina and Geiger, J{\"o}rg and Dandekar, Thomas and Dittrich, Marcus},
  title     = {Time-resolved in silico modeling of fine-tuned cAMP signaling in platelets: feedback loops, titrated phosphorylations and pharmacological modulation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-69145},
  year      = {2011},
  abstract  = {Background: Hemostasis is a critical and active function of the blood mediated by platelets. Therefore, the prevention of pathological platelet aggregation is of great importance as well as of pharmaceutical and medical interest. Endogenous platelet inhibition is predominantly based on cyclic nucleotides (cAMP, cGMP) elevation and subsequent cyclic nucleotide-dependent protein kinase (PKA, PKG) activation. In turn, platelet phosphodiesterases (PDEs) and protein phosphatases counterbalance their activity. This main inhibitory pathway in human platelets is crucial for countervailing unwanted platelet activation. Consequently, the regulators of cyclic nucleotide signaling are of particular interest to pharmacology and therapeutics of atherothrombosis. Modeling of pharmacodynamics allows understanding this intricate signaling and supports the precise description of these pivotal targets for pharmacological modulation. Results: We modeled dynamically concentration-dependent responses of pathway effectors (inhibitors, activators, drug combinations) to cyclic nucleotide signaling as well as to downstream signaling events and verified resulting model predictions by experimental data. Experiments with various cAMP affecting compounds including antiplatelet drugs and their combinations revealed a high fidelity, fine-tuned cAMP signaling in platelets without crosstalk to the cGMP pathway. The model and the data provide evidence for two independent feedback loops: PKA, which is activated by elevated cAMP levels in the platelet, subsequently inhibits adenylyl cyclase (AC) but as well activates PDE3. By multi-experiment fitting, we established a comprehensive dynamic model with one predictive, optimized and validated set of parameters. Different pharmacological conditions (inhibition, activation, drug combinations, permanent and transient perturbations) are successfully tested and simulated, including statistical validation and sensitivity analysis. Downstream cyclic nucleotide signaling events target different phosphorylation sites for cAMP- and cGMP-dependent protein kinases (PKA, PKG) in the vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP). VASP phosphorylation as well as cAMP levels resulting from different drug strengths and combined stimulants were quantitatively modeled. These predictions were again experimentally validated. High sensitivity of the signaling pathway at low concentrations is involved in a fine-tuned balance as well as stable activation of this inhibitory cyclic nucleotide pathway. Conclusions: On the basis of experimental data, literature mining and database screening we established a dynamic in silico model of cyclic nucleotide signaling and probed its signaling sensitivity. Thoroughly validated, it successfully predicts drug combination effects on platelet function, including synergism, antagonism and regulatory loops.},
  subject      = {Vasodilatator-stimuliertes Phosphoprotein},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Krueger2012,
  author    = {Kr{\"u}ger, Beate},
  title     = {Integration und Kombination bioinformatischer Methoden in Biotechnologie, synthetischer Biologie und Pharmaindustrie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70702},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Bioinformatik ist eine interdisziplin{\"a}re Wissenschaft, welche Probleme aus allen Lebenswissenschaften mit Hilfe computergest{\"u}tzter Methoden bearbeitet. Ihr Ziel ist es, die Verarbeitung und Interpretation großer Datenmengen zu erm{\"o}glichen. Zudem unterst{\"u}tzt sie den Designprozess von Experimenten in der Synthetischen Biologie. Die synthetische Biologie besch{\"a}ftigt sich mit der Generierung neuer Komponenten und deren Eigenschaften, welche durch die Behandlung und Manipulation lebender Organismen oder Teilen daraus entstehen. Ein besonders interessantes Themengebiet hierbei sind Zweikomponenten-Systeme (Two-Component System, TCS). TCS sind wichtige Signalkaskaden in Bakterien, welche in der Lage sind Informationen aus der Umgebung in eine Zelle zu {\"u}bertragen und darauf zu reagieren. Die vorliegende Dissertation besch{\"a}ftigt sich mit der Beurteilung, Nutzung und Weiterentwicklung von bioinformatischen Methoden zur Untersuchung von Proteininteraktionen und biologischen Systemen. Der wissenschaftliche Beitrag der vorliegenden Arbeit kann in drei Aspekte unterteilt werden: - Untersuchung und Beurteilung von bioinformatischen Methoden und Weiterf{\"u}hrung der Ergebnisse aus der vorhergehenden Diplomarbeit zum Thema Protein-Protein-Interaktionsvorhersagen. - Analyse genereller evolution{\"a}rer Modifikationsm{\"o}glichkeiten von TCS sowie deren Design und spezifische Unterschiede. - Abstraktion bzw. Transfer der gewonnenen Erkenntnisse auf technische und biologische Zusammenh{\"a}nge. Mit dem Ziel das Design neuer Experimente in der synthetischen Biologie zu vereinfachen und die Vergleichbarkeit von technischen und biologischen Prozessen sowie zwischen Organismen zu erm{\"o}glichen. Das Ergebnis der durchgef{\"u}hrten Studie zeigte, dass Zweikomponenten-Systeme in ihrem Aufbau sehr konserviert sind. Nichtsdestotrotz konnten viele spezifische Eigenschaften und drei generelle Modifikationsm{\"o}glichkeiten entdeckt werden. Die Untersuchungen erm{\"o}glichten die Identifikation neuer Promotorstellen, erlaubten aber auch die Beschreibung der Beschaffenheit unterschiedlicher Signalbindestellen. Zudem konnten bisher fehlende Komponenten aus TCS entdeckt werden, ebenso wie neue divergierte TCS-Dom{\"a}nen im Organismus Mycoplasma. Eine Kombination aus technischen Ans{\"a}tzen und synthetischer Biologie vereinfachte die gezielte Manipulation von TCS oder anderen modularen Systemen. Die Etablierung der vorgestellten zweistufigen Modul-Klassifikation erm{\"o}glichte eine effizientere Analyse modular aufgebauter Prozesse und erlaubte somit das molekulare Design synthetischer, biologischer Anwendungen. Zur einfachen Nutzung dieses Ansatzes wurde eine frei zug{\"a}ngliche Software GoSynthetic entwickelt. Konkrete Beispiele demonstrierten die praktische Anwendbarkeit dieser Analysesoftware. Die vorgestellte Klassifikation der synthetisch-biologischen und technischen Einheiten soll die Planung zuk{\"u}nftiger Designexperimente vereinfachen und neue Wege f{\"u}r sinnverwandte Bereiche aufzeigen. Es ist nicht die Hauptaufgabe der Bioinformatik, Experimente zu ersetzen, sondern resultierende große Datenmengen sinnvoll und effizient auszuwerten. Daraus sollen neue Ideen f{\"u}r weitere Analysen und alternative Anwendungen gewonnen werden, um fehlerhafte oder falsche Ans{\"a}tze fr{\"u}hzeitig zu erkennen. Die Bioinformatik bietet moderne, technische Verfahren, um vertraute, aber oft m{\"u}hsame experimentelle Wege durch neue, vielversprechende Ans{\"a}tze zur Datenstrukturierung und Auswertung großer Datenmengen zu erg{\"a}nzen. Neue Sichtweisen werden durch die Erleichterung des Testprozederes gef{\"o}rdert. Die resultierende Zeitersparnis f{\"u}hrt zudem zu einer Kostenreduktion.},
  subject      = {Biotechnologie},
  language  = {de}
}